西北大学的研究人员开发了一种在实时分析时容纳气体分子的新方法，利用自然界中发现的蜂窝结构作为灵感，设计出超薄陶瓷膜来包裹样品。

创新的膜平台能够分析低至少数气体原子

除了通过气体原子独特的键推断气体原子的特征之外，封装策略还可以在高真空透射电子显微镜(TEM)中发挥作用，以增强固体纳米结构的成像。这些工具可以广泛使用，从进行基础研究的国家实验室到创建实际应用的创新初创企业。

当电子穿过样品时偏离其原始路径时，图像分辨率和对比度就会降低。由西北大学材料科学家团队设计的氮化硅微芯片最大限度地减少了背景散射。

材料科学家维纳亚克·德拉维德(VinayakDravid)表示：“我们的团队开发了一种非常薄的薄膜，电子可以在最小干扰的情况下通过纳米反应器。”“我们在蜂窝状框架上固定了一层超薄氮化硅薄膜，使我们的电池两侧都有膜。”

Dravid是这篇论文的作者之一，他是西北大学麦考密克工程学院材料科学与工程教授亚伯拉罕·哈里斯(AbrahamHarris)，也是该研究进行的NUANCE中心的创始主任。他还担任国际纳米技术研究所全球倡议副主任。

Dravid研究团队与共同通讯作者、材料科学与工程系研究副教授胡小兵和第一作者、NUANCE中心研究员KunmoKoo一起开发了使用膜的气体电池平台-厚度是市售微芯片的五分之一。

显示反应的前后图像令人震惊。

“传统膜的厚度往往非常大，以在显微镜产生的极高真空下保持机械完整性，”德拉维德说。“想象一下，我必须佩戴非常厚的眼镜，它会吸收大量光线，因此我看不到太多东西。我们用我们的发明生成的图像看起来几乎就像为眼镜除雾一样。”

德拉维德将这种差异与詹姆斯·韦伯太空望远镜的差异进行了比较，在詹姆斯·韦伯太空望远镜中，以前看不见的物体成为焦点。重要的是，该膜允许团队使用光谱法进行“小至少量气体原子”的分析，例如，辨别二氧化碳(CO2)和一氧化碳(CO)等先前外观相同的分子之间的差异，这对于新兴清洁能源技术至关重要。

光谱学使研究人员能够观察电子如何与他们正在成像的原子相互作用，观察它们如何吸收、反射或发射特定能量，同时揭示独特的光谱指纹。

开发一种方法来分析事物如何随时间、压力和温度变化，并了解流体如何与纳米颗粒相互作用，对于分子水平上新兴的清洁能源和电池技术至关重要。凭借这一新进展，可以在纳米和电子长度尺度上更好地分析光伏和催化能源系统等应用技术。

“超薄陶瓷膜可以应用于更广泛的学科，而不仅限于电子显微镜，”胡说。“例如，光或X射线表征有望获得更好的结果。并且该策略可以广泛扩展到需要低厚度但高机械强度的隔膜和机械部件。”

利用新技术，研究人员可以看到分辨率降至约1.02埃，而之前的实验中分辨率约为2.36埃。该团队表示，他们已经实现了迄今为止该领域记录的最高空间分辨率和光谱可见度。

除了显微镜之外，该团队希望将他们的平台技术应用于其他问题，因为封装技术可以应用于任何微芯片或基于光学的技术。

“在任何领域，越薄越好，因为与内部物体本身相比，你从厚容器中获得的信息更少，”Koo说。