Probing of Local Multifield Coupling Phenomena of Advanced Materials by Scanning Probe Microscopy Techniques

Advanced Materials - Tập 30 Số 47 - 2018
Tao Li1,2, Kaiyang Zeng2
1Center for Spintronics and Quantum System, State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, School of Materials Science and Engineering, Xi'an Jiaotong University, Shaanxi, 710049 Xi'an, China
2Department of Mechanical Engineering, National University of Singapore, 9 Engineering Drive 1, Singapore 117576, Singapore

Tóm tắt

AbstractThe characterization of the local multifield coupling phenomenon (MCP) in various functional/structural materials by using scanning probe microscopy (SPM)‐based techniques is comprehensively reviewed. Understanding MCP has great scientific and engineering significance in materials science and engineering, as in many practical applications, materials and devices are operated under a combination of multiple physical fields, such as electric, magnetic, optical, chemical and force fields, and working environments, such as different atmospheres, large temperature fluctuations, humidity, or acidic space. The materials' responses to the synergetic effects of the multifield (physical and environmental) determine the functionalities, performance, lifetime of the materials, and even the devices' manufacturing. SPM techniques are effective and powerful tools to characterize the local effects of MCP. Here, an introduction of the local MCP, the descriptions of several important SPM techniques, especially the electrical, mechanical, chemical, and optical related techniques, and the applications of SPM techniques to investigate the local phenomena and mechanisms in oxide materials, energy materials, biomaterials, and supramolecular materials are covered. Finally, an outlook of the MCP and SPM techniques in materials research is discussed.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1088/1361-6641/aa726f

Qin Q.‐H., 2009, Effective Coupling Properties of Heterogeneous Materials

10.1002/adma.201402824

10.1016/j.jmps.2018.02.016

10.1007/s11831-007-9012-8

10.1002/nme.5475

10.1002/adma.201704524

10.1021/acsami.8b05289

10.1002/admi.201600842

10.1063/1.5009152

10.1016/j.jpowsour.2009.01.021

10.1016/S0065-2156(02)80104-1

10.1016/j.tafmec.2003.11.019

10.1016/0022-3697(87)90120-X

10.1016/S1369-7021(08)70119-6

10.1021/nn304930x

10.1002/cssc.200800087

10.1111/j.1551-2916.2005.00383.x

10.1007/s10853-005-5915-7

10.1016/j.jmps.2012.08.008

10.1016/S1359-6454(03)00331-8

10.1016/S0020-7683(00)00162-1

10.1038/natrevmats.2016.46

10.1080/00150199408245120

10.1126/science.1113357

10.1007/s11661-011-0847-0

10.1007/s10008-011-1545-y

10.1016/j.electacta.2012.02.032

10.1016/j.tsf.2010.10.014

10.1016/j.mechmat.2015.05.005

Zeng K. Y., 2006, Handbook of Theoretical and Computationl Nanotechnology, 387

10.1002/adma.201606165

10.1007/s12034-009-0037-5

10.1088/0022-3727/43/39/395104

10.1063/1.3521281

10.1038/srep00587

10.1016/j.jallcom.2017.03.169

10.1016/j.actamat.2016.10.051

10.1021/acsami.5b01988

10.1557/jmr.2015.310

10.1016/S0167-5729(02)00077-8

10.1103/PhysRevB.60.4961

10.1103/PhysRevB.64.193411

10.1002/9781118360668

10.1080/10408430903362230

10.1002/9783527699773.ch3

10.1016/j.surfrep.2010.10.001

10.1007/978-3-319-75687-5

10.1088/0957-4484/12/4/321

10.1063/1.4948396

10.1063/1.346713

Ferri F. A., 2012, Atomic Force Microscopy: Imaging, Measuring and Manipulating Surfaces at the Atomic Scale

10.1146/annurev.matsci.29.1.505

10.1093/nsr/nwx074

10.1002/pssa.201400360

10.1039/C5AY00557D

10.1016/j.jpowsour.2008.02.054

10.1021/acs.langmuir.6b01932

10.1063/1.2172216

10.1017/S1431927606060156

10.1109/TUFFC.2006.169

10.1146/annurev.matsci.37.052506.084323

10.1146/annurev-matsci-071312-121632

10.1016/j.jmat.2015.03.001

10.1063/1.4901102

10.1063/1.4742933

10.1063/1.4927816

10.1063/1.4927747

10.1021/acs.langmuir.6b01018

10.1038/nnano.2010.174

10.1017/S1551929512000764

10.1063/1.3460637

10.1021/nn305648j

10.1146/annurev.matsci.37.052506.084331

10.1039/C3NR05292C

10.1007/978-3-540-85037-3_5

10.1007/978-1-4419-7167-8_4

10.1016/j.biomaterials.2016.08.038

10.1021/acsami.7b06809

10.1063/1.3626847

10.3762/bjnano.4.20

10.1016/j.eurpolymj.2013.03.037

10.1021/acsnano.7b04530

10.1021/acsnano.7b04381

10.1063/1.2345593

10.3762/bjnano.9.148

10.1039/c2cc15939b

10.1021/acs.chemrev.6b00448

10.1126/science.1218693

10.1063/1.882324

10.1038/nnano.2011.213

10.1016/j.nanoen.2012.01.004

10.1038/s41528-017-0007-8

10.1149/2.0111703jss

10.1002/adma.201602013

10.1016/j.rser.2010.11.032

10.1016/j.rser.2011.07.104

10.1038/nnano.2013.100

10.1021/nn2024557

10.1038/nnano.2014.14

10.1109/TMAG.2017.2707402

10.1103/PhysRevB.95.064420

10.1021/acs.nanolett.5b03274

10.1038/nphys3594

10.1002/adma.201700767

Wong M. F., 2010, J. Appl. Phys., 107, 1

10.1111/j.1551-2916.2010.04204.x

10.1016/j.jmat.2016.08.001

10.1038/nmat2137

10.1016/j.ultramic.2005.10.005

10.1143/JPSJ.10.149

10.1143/JPSJ.12.1158

10.1109/58.883516

10.1021/nl049453i

10.1016/j.jsb.2005.10.008

10.1103/PhysRevLett.108.078103

10.1063/1.4801982

10.1074/jbc.R114.612697

10.1016/S1369-7021(08)70235-9

10.1021/nn2013518

10.1038/nenergy.2017.32

10.1126/science.aan2301

Sadewasser S., 2018, Kelvin Probe Force Microscopy: From Single Charge Detection to Device Characterization, 119, 10.1007/978-3-319-75687-5_5

10.1002/pip.2698

10.1021/nl062989e

10.1021/acsnano.6b05825

10.1038/nenergy.2016.93

10.1016/j.eurpolymj.2013.03.005

10.1063/1.1542926

10.1021/jp712086q

10.1002/aenm.201500615

10.1039/C4EE03523B

10.1038/nature12622

10.1038/s41467-017-00245-9

10.1103/PhysRevLett.56.930

10.1063/1.4922210

Kocun M., 2014, Microsc. Anal., 28, 21

10.1088/0957-4484/18/47/475504

10.1088/0957-4484/18/43/435503

10.1088/0022-3727/44/46/464006

10.1146/annurev-physchem-040513-103609

10.1017/S155192951000101X

10.1126/sciadv.1700255

10.1021/am301220h

10.1007/978-0-387-28668-6_30

10.1038/ncomms15173

Nonnenmann S. S., 2013, Scanning Probe Microscopy for Energy Research, 457, 10.1142/9789814434713_0016

Wu S., 2013, Scanning Probe Microscopy for Energy Research, 481, 10.1142/9789814434713_0017

10.1016/j.microrel.2017.07.082

10.1063/1.4976729

10.1073/pnas.1605982113

10.1063/1.1350627

10.1063/1.1427145

10.1016/S0167-5729(99)00003-5

10.1039/C5CP00230C

10.1097/CCM.0000000000002732

10.1016/j.jpowsour.2017.03.082

10.1021/acsami.6b16321

10.1149/2.1021605jes

10.1039/C7CP06992H

10.1021/acsami.7b16188

10.1016/j.jmat.2018.01.005

10.1063/1.4949473

10.1017/S1551929517001043

10.1038/s41535-017-0061-4

10.1126/sciadv.1602165

10.1080/1023666X.2017.1391740

10.1002/smll.201603525

Garcia R., 2013, Scanning Probe Microscopy for Energy Research, 529, 10.1142/9789814434713_0019

10.1063/1.3374885

10.1039/B501599P

10.1126/science.1188119

10.1002/adfm.201000799

Sadewasser S., 2011, MRS Proc., 668, H5.4, 10.1557/PROC-668-H5.4

10.1088/0957-4484/27/24/245705

10.1021/acsami.6b11423

10.1063/1.4975629

10.1063/1.4933289

10.1038/nmat1712

10.1021/jp3090843

10.1021/nl203956q

10.1063/1.4891349

10.1063/1.4927809

10.1063/1.5023407

10.1063/1.4884422

10.1021/acsnano.5b02227

10.1038/srep30579

10.1016/j.cap.2016.12.012

10.1021/acs.nanolett.6b04247

10.1021/acsnano.5b02078

10.1103/PhysRevB.68.134415

10.1002/smll.201200752

10.1021/acs.jpclett.5b00389

10.1016/j.actamat.2015.01.021

10.1063/1.3668119

10.1103/PhysRevB.87.220101

10.1016/j.polymer.2013.07.062

10.1016/j.actamat.2014.08.058

10.1039/C7NR04245K

10.1021/jp000114x

10.1126/science.1080615

10.1038/nmat1731

10.1038/nature14004

10.1038/nmat2184

10.1021/nl051406i

10.1039/c3nr00770g

10.1038/nmat2373

10.1021/nl301432z

10.1088/0953-8984/27/46/463003

10.1063/1.3692583

10.1038/srep20450

10.1063/1.2801695

10.1103/PhysRevB.87.134426

10.1126/science.aaa1442

10.1126/science.1214143

10.1088/0953-8984/24/43/432201

10.1038/nnano.2016.234

10.1103/PhysRevLett.114.177203

10.1126/science.1234657

10.1038/nmat4934

10.1002/adma.201401958

10.1021/acsnano.6b07869

10.1002/aelm.201600283

10.1002/admi.201600033

10.1038/srep32347

10.1088/1361-6528/aab226

10.1088/1361-6528/aa536d

10.1063/1.1992666

10.1002/adma.201004519

10.1039/C3NR05034C

10.1021/nn203831h

10.1016/j.jpowsour.2011.08.115

10.1063/1.3699214

10.1016/j.electacta.2006.12.076

10.1021/nl300219g

10.1557/mrs.2012.144

10.1039/C5CP01999K

10.1039/C6RA17681J

10.1088/1361-6463/aa7571

10.1002/smtd.201600063

10.1002/aenm.201700920

10.1021/acs.jpclett.5b00182

10.1002/aenm.201600330

10.1002/aenm.201502104

10.1021/acs.jpcc.8b00804

10.1021/acs.jpcc.6b02443

10.1021/acsenergylett.6b00697

10.1021/acsenergylett.8b00121

10.1002/aenm.201703392

10.1002/adfm.201705363

10.1002/aenm.201800138

10.1002/aelm.201600138

10.1063/1.4890246

10.1038/ncomms6900

10.1021/jz502666j

10.1021/acs.jpcc.5b11469

10.1021/acs.cgd.6b00279

10.1021/acs.jpcc.7b10413

10.1126/sciadv.aao5616

10.1039/C7EE00420F

10.1016/j.nanoen.2018.02.049

10.1039/C6NR09310H

10.1038/s41535-018-0104-5

10.1016/j.actamat.2011.03.001

10.1016/j.jsb.2012.06.004

10.1016/j.actbio.2013.01.003

10.1007/978-3-540-85049-6_2

10.7150/thno.19748

10.1007/978-0-387-28668-6_23

10.1146/annurev-genet-110711-155608

10.1088/1361-6463/aa5c55

10.1016/j.biomaterials.2017.09.024

10.1126/science.1229675

10.1038/nature08731

10.1002/adma.201504019

10.1039/c3cp52501e

10.1039/C7CC04313A

10.1021/nn5045867

10.1063/1.2957468