利用时间分辨静电力显微镜对聚合物电解质中离子动力学进行非接触成像
材料科学
2018-12-21 v1
摘要
离子传输过程支配着许多经典与新兴器件的性能，从电池存储到现代混合传导电化学晶体管。在此，我们利用时间分辨静电力显微镜（trEFM）研究聚合物薄膜中的局域离子传输动力学。我们通过局域 trEFM 与宏观电化学阻抗谱（EIS）建立了局域与宏观测量之间的对应关系。我们以掺杂双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂（LiTFSI）的聚合物薄膜为模型体系，其中聚合物骨架具有氧杂降冰片烯二羧酰亚胺重复单元以及长度为 n 的低聚环氧乙烷侧链。我们的结果表明，用 trEFM 在时域测量的局域聚合物响应遵循拉伸指数弛豫动力学，这与我们在同聚合物宏观样品的频域 EIS 数据中测得的 Havriliak-Negami 弛豫一致。此外，我们表明 trEFM 结果捕捉到了与 EIS 结果相同的趋势——随着温度升高、盐浓度增加以及聚合物基体中环氧乙烷侧链体积分数增大，离子动力学的变化在两种测量技术中呈现相同趋势。我们从这一关联得出结论：trEFM 数据在纳米尺度上反映了传统 EIS 在器件层面所探测的相同离子过程。最后，作为新兴材料合成的一个应用示例，我们利用 trEFM 与红外光诱导力显微镜（PiFM）对一种用于下一代固态储能的新型二嵌段共聚物电解质进行成像。
引用
@article{arxiv.1810.05770,
title = {Noncontact Imaging of Ion Dynamics in Polymer Electrolytes with Time-Resolved Electrostatic Force Microscopy},
author = {Jeffrey S. Harrison and Dean A. Waldow and Phillip A. Cox and Rajiv Giridharagopal and Marisa L. Adams and Victoria L. Richmond and Sevryn P. Modahl and Megan R. Longstaff and Rodion A. Zhuravlev and David S. Ginger},
journal= {arXiv preprint arXiv:1810.05770},
year = {2018}
}