獲獎(jiǎng)項(xiàng)目簡(jiǎn)介
2025年中國(guó)分析測(cè)試科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)：基于光學(xué)顯微鏡的化學(xué)成像新方法研究
完成單位：南京大學(xué)
完成人：王偉，王暉，劉沙沙，蘇華，謝若晨，王毅，王子瀟，牛犇，衣炫諾，李浩冉
成果簡(jiǎn)介：項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出了基于折射率成像的新型表面等離激元共振顯微成像新方法，通過測(cè)量化學(xué)反應(yīng)過程引起的單個(gè)體局部折射率瞬態(tài)改變，評(píng)估單個(gè)體化學(xué)反應(yīng)活性。該成像系統(tǒng)的光學(xué)放大倍數(shù)從傳統(tǒng)的1-5倍提升至60-100倍，空間分辨率提高至光學(xué)衍射尺寸甚至超衍射尺寸。上述方法應(yīng)用于單顆粒化學(xué)成像與測(cè)量研究中，取得了以下創(chuàng)新性成果：1）提出了“納米庫(kù)侖計(jì)”的電化學(xué)測(cè)量新策略，攻克了單顆粒基礎(chǔ)電化學(xué)參數(shù)的測(cè)量難題，揭示了界面電子轉(zhuǎn)移過程的空間異質(zhì)性和時(shí)間動(dòng)態(tài)性；2）提出了“單顆粒熱分析”的新概念，將熱分析的樣品用量從毫克推進(jìn)到皮克水平，排除了顆粒間傳質(zhì)和傳熱的干擾，實(shí)現(xiàn)了材料本征相變溫度的精準(zhǔn)測(cè)量。
創(chuàng)新點(diǎn)及科學(xué)價(jià)值：項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在基于光學(xué)顯微鏡的化學(xué)成像測(cè)量領(lǐng)域取得研究進(jìn)展，通過自主研發(fā)的多模態(tài)高時(shí)空分辨光學(xué)顯微成像技術(shù)，系統(tǒng)構(gòu)建了單個(gè)體化學(xué)測(cè)量新方法。創(chuàng)新點(diǎn)如下：
1.基于自主研發(fā)的原位電化學(xué)顯微成像平臺(tái)，提出了“納米庫(kù)侖計(jì)”的電化學(xué)測(cè)量新策略，突破了單顆粒基礎(chǔ)電化學(xué)參數(shù)的測(cè)量瓶頸，揭示了界面電子轉(zhuǎn)移過程的空間異質(zhì)性和時(shí)間動(dòng)態(tài)性。
2.基于自主研發(fā)的微區(qū)熱場(chǎng)調(diào)控化學(xué)成像平臺(tái)，提出了“單顆粒熱分析”的新概念，將熱分析的樣品用量從毫克推進(jìn)到皮克水平，排除了顆粒間傳質(zhì)和傳熱的干擾，實(shí)現(xiàn)了材料本征相變溫度的精準(zhǔn)測(cè)量。
社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益：“基于光學(xué)成像的鋰離子電池體積檢測(cè)裝置及其應(yīng)用”和“一種基于像素重構(gòu)的圖片漂移校正方法及系統(tǒng)”兩項(xiàng)專利已和元能科技（廈門）有限公司簽署了技術(shù)轉(zhuǎn)讓（專利實(shí)施許可）合同。預(yù)期運(yùn)用項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研制的基于光學(xué)成像原理的鋰離子電池體積檢測(cè)裝置，進(jìn)行開發(fā)、制造和銷售“圓柱電池原位膨脹成像測(cè)試系統(tǒng)”。
應(yīng)用前景：項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在上述基于光學(xué)顯微鏡的電化學(xué)成像測(cè)量中獲得靈感，“見微知著”，開發(fā)出基于機(jī)器視覺的電池健康早期診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)際工況下的電池健康研究。系統(tǒng)通過光學(xué)成像，以極高的精度和分辨率對(duì)電池表面形貌進(jìn)行實(shí)時(shí)、無損測(cè)量，從而能夠獲取電池在充放電過程中內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)引起的形變。同時(shí)，通過將系統(tǒng)獲取的四維（電池表面三維+時(shí)間）形變數(shù)據(jù)和電學(xué)數(shù)據(jù)相結(jié)合，可在有限的充放電循環(huán)測(cè)試圈數(shù)內(nèi)，對(duì)電池容量衰減、容量跳水等行為精確預(yù)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池健康的早期診斷。
