Et scanningstransmission røntgenmikroskop til analyse af kemiske tilstande af lithium

Lithium-ion-batterier (LIB) er meget brugt til daglige produkter i vores liv, såsom hybridbiler, mobiltelefon, osv. men deres opladnings-/afladningsproces er ikke fuldt ud forstået endnu. For at forstå processen, adfærd af lithium ion, fordeling og kemisk sammensætning og tilstand, skal afsløres. En forskergruppe i Institut for Molekylær Videnskab observerede, at scanningstransmission røntgenmikroskop (STXM) kan være en kraftfuld teknik til at udføre røntgenabsorptionsspektroskopi (XAS) med høj rumlig opløsning.

Ved at bruge absorptionskanten af ​​et specifikt element, den 2-dimensionelle kemiske tilstand af en prøve kan opnås. For at analysere lithium ved STXM, Li K absorptionskanten (55 eV) i lavenergiområdet gør det vanskeligt at måle XAS på grund af mangel på et ordentligt optisk element og enorme overtoner af højere orden fra en monokromator, som forurener XAS. Derfor, en lavpasfiltreringszoneplade (LPFZP), et fokuserende optisk element i STXM, blev udviklet til at overvinde disse problemer. LPFZP'en bruger silicium på 200 nm tykt som et substrat for zonepladen, og substratet fungerer som et lavpasfilter over 100 eV ved at bruge Si L _{2, 3} kanter.

Hybridoptikken i LPFZP kan undertrykke de højere harmoniske uden at installere en ekstra optisk komponent i STXM. Som resultat, STXM med LPFZP undertrykker højere ordens harmoniske ned til 0,1% af en original intensitet og gør det muligt at måle XAS-spektre af Li K-kanten. Derefter blev den rumlige opløsning estimeret til 72 nm.

En prøve i tyndt snit af en testelektrode af LIB blev analyseret. Prøven er lavet af Li ₂ CO ₃ ved en fokuserende ionstråleproces. STXM-billedet ved 70 eV og Li K-kant XAS-spektrene er vist i fig. 2(a) og 2(b), henholdsvis. XAS-spektrene opnås med succes fra områderne angivet med cirkler i fig. 2(a).

For at forstå lithiums adfærd i LIB er det nødvendigt for at forbedre dets ydeevne, på hvilket tidspunkt STXM med LPFZP vil være nyttigt at analysere lithium med høj rumlig opløsning.