[实用新型]原位电化学反应观测芯片

说明书

本实用新型公开了一种原位电化学反应观测芯片及其应用。原位电化学反应观测芯片包括基底以及设置于基底上表面的第一电极和第二电极，第一电极具有开口部，至少所述第二电极的一端部设于所述开口部内，且所述第二电极与第一电极之间无直接接触，至少在设置于第一电极开口部内的第二电极具有一个以上贯穿所述第二电极的观测窗口，所述观测窗口还向下连续贯穿所述基底的上表面和下表面，以及，在所述观测窗口上覆盖有具有微通孔的薄膜。本实用新型采用性质独特的低应力氮化硅薄膜覆盖原来镂空的观测窗口，并在观测窗口上方的氮化硅薄膜上制作了微米级和/或纳米级的通孔阵列，这一改进使得芯片在实际使用中具有了更大的优势。

技术领域

本实用新型特别涉及一种原位电化学反应观测芯片，属于电镜测试技术领域。

背景技术

随着材料科学的发展，近一个世纪以来，科研人员为研究材料的微观形貌、晶体结构、化学组成以及原子配位等性质，发展了多种表征技术。其中，透射电子显微镜和同步辐射技术是多种表征技术中极具代表性的两种方式。透射电子显微镜(TEM)技术因其超高的空间分辨率和时间分辨率，以及强大的内置分析手段，如经典的电子衍射技术等，而尤为瞩目。同时，同步辐射技术也在迅速发展，国内的同步辐射装置已经历了三代发展，在结构化学、表面物理和化学等领域均得到了广泛应用。近年来发展的原位(in situ)测试技术，更进一步的拓展了透射电子显微镜和同步辐射的应用。原位测试技术可以在多种表征设备中实时地捕捉到由外部刺激(力、热、光、磁、电等)引起待测对象产生的相应物理/化学信号的变化。

科研人员将原位测试技术拓展到电化学领域，尤其在锂电池测试领域后，原位技术更展现出两大独特的优点。一方面，采用原位测试(如原位TEM、原位同步辐射)可以实时捕捉到锂电池电化学反应过程的各种非平衡态和稳态情况，有利于科研人员研究其动力学过程，这些在非原位技术中是难以实现的；另一方面，锂电池中的电极材料以及电解液大多对空气中的氧气和水比较敏感，非原位观察时使得这些材料不可避免的与大气接触，从而引入环境因素的误差，而在原位测试中，整个电化学过程是在设备的腔体中进行，可以很好的避免外在环境引起实验假象。在电子显微镜研究中，原位指所做的实验及测量都是在被测量的对象原先所在的环境下进行的，也指实验观测是实时的，可以动态地观察一个生化或物理反应的过程。

现有技术中一种应用于TEM进行原位电化学反应测量的芯片，如图1所示，芯片1包括基底以及设置于基底上端面的第一电极21和第二电极22，第一电极21具有开口部，所述第二电极一端部具有一个以上贯穿所述第二电极的观测窗口3，至少是第二电极22的一端部设于所述开口部内，且所述第二电极与第一电极之间无直接接触；其可以针对锂硫电池的反应机理进行研究。但是，由于这一芯片结构的观测窗口为完全通透的镂空窗口，因此只能选取尺寸为毫米级且便于镊子夹取进行贴片处理的观测材料，将其局部覆盖于窗口上进行观测；同时，只有悬空在窗口上方的材料能进行TEM观测，使得待测样品在选择时有很大的局限性。此外，现有的技术只能用于TEM中，无法满足多种表征手段联用的需求(如在TEM和同步辐射X线站中对同一目标的原位辩证)。另外，电化学反应中滴加的电解液也可能通过通透的窗口渗透到窗口的梯形侧壁，与裸露的硅基底直接接触，对电化学反应的测试结果造成影响。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种原位电化学反应观测芯片，以克服现有技术的不足。

为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：

本实用新型实施例提供了一种原位电化学反应观测芯片，包括基底以及设置于基底上表面的第一电极和第二电极，所述第一电极具有开口部，至少所述第二电极的一端部设于所述开口部内，且所述第二电极与第一电极之间无直接接触，至少在设置于第一电极开口部内的第二电极具有一个以上贯穿所述第二电极的观测窗口，所述观测窗口还向下连续贯穿所述基底的上表面和下表面，以及，在所述观测窗口上覆盖有具有微通孔的薄膜。

进一步的，所述薄膜的材质包括低应力氮化硅、氮化硼、石墨烯中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。