奧斯瓦爾德熟化機(jī)制（Ostwald ripening）是晶體形核生長(zhǎng)過(guò)程中的經(jīng)典機(jī)制，Ostwald ripening過(guò)程和溶解再結(jié)晶過(guò)程不一樣，通俗講，該過(guò)程指的是晶體生長(zhǎng)過(guò)程中大顆粒依靠攝取小顆粒進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)性生長(zhǎng)。該過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力是粒子總表面積的減少產(chǎn)生的總界面自由能的降低。因?yàn)樵谛魏顺跗?，小顆粒能量較高，不穩(wěn)定，在被大顆粒吸收后融合成較大的顆粒，系統(tǒng)能量更低，趨于穩(wěn)定。而電化學(xué)奧斯瓦爾德熟化（Electrochemical Ostwald ripening，EOR）過(guò)程則包含電子和離子從較小的納米晶轉(zhuǎn)移、傳輸?shù)酱缶ЯＩ?。EOR會(huì)導(dǎo)致金屬的非均勻沉積，這對(duì)金屬離子電池、例如鋰離子電池、鈉離子電池的研究非常重要。

      燕山大學(xué)黃建宇老師課題組利用原位透射電子顯微鏡技術(shù)方法，研究了鈉和鋰的沉積過(guò)程，發(fā)現(xiàn)鋰/鈉金屬在早期生長(zhǎng)過(guò)程中存在電化學(xué)奧斯瓦爾德熟化過(guò)程（EOR）。鈉、鋰生長(zhǎng)初期隨機(jī)形核，然后生長(zhǎng)，在生長(zhǎng)的過(guò)程中小的顆粒會(huì)被大的顆粒吸收掉從而形成一個(gè)更大的晶粒。研究成果以“In situ observation of electrochemical Ostwald ripening during sodium deposition”為題目發(fā)表在《Nano Research》上，燕山大學(xué)黃建宇老師，張利強(qiáng)老師、唐永福老師為論文共同通訊作者，耿林(1/2)和劉秋男(2/2)是該論文的共同D一作者。原位鏈接：https://doi.org/10.1007/s12274-021-3861-6

圖1本項(xiàng)研究中利用澤攸科技（ZepTools）的PicoFemto?系列原位TEM-STM樣品桿搭建了原位測(cè)試環(huán)境。

圖2 沉積在MWCNT/Na2CO3/CO2上的納金屬的EOR過(guò)程

圖3 電化學(xué)奧斯瓦爾德熟化路徑1

圖4 沉積在MWCNT/Na2CO3 or Li2CO3/CO2上的鈉/鋰金屬的EOR過(guò)程

圖5 電化學(xué)奧斯瓦爾德熟化路徑2

      綜上所述，研究人員在鈉、鋰的沉積過(guò)程研究中觀察到了兩種EOR路徑，D一種(EOR1)是實(shí)驗(yàn)過(guò)程圖1（a）&（b）所示的那樣，大的晶粒和小的晶粒開(kāi)始分別在相距較遠(yuǎn)的地方形核生長(zhǎng)，電子和離子通過(guò)MWCNT傳輸從而消耗掉小的晶粒，實(shí)現(xiàn)大的晶粒逐漸變大。另外一種(EOR2)是實(shí)驗(yàn)過(guò)程圖2（c）、（d）、（e）所示的那樣，兩三個(gè)鈉或者鋰顆粒緊挨通過(guò)直接接觸傳輸電子和離子實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)。隨著大晶體的進(jìn)一步生長(zhǎng)，打破了納米晶體接觸點(diǎn)附近的Na2CO3 或 Li2CO3殼，隨后的生長(zhǎng)是化學(xué)Ostwald熟化。

圖 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用的原位TEM樣品桿