Quantifying the localized electrical interface using a force-controlled scanning ion conductance microscopy

Wang, Hongyu

doi:10.1016/j.jcis.2026.140803

Quantifying the localized electrical interface using a force-controlled scanning ion conductance microscopy

2026-09-29

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DOI：10.1016/j.jcis.2026.140803

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假设：固体-液体界面处的电双层（EDL）提供了一种自然的转换路径，用于在不进行物理信号转换和卷积的情况下理解界面电学性质。然而，EDL的超短特征长度和复杂信号解耦对常规技术实现可靠测量构成挑战。此外，基础测量理论中仍存在关键差距。我们假设，结合EDL介导的局部电荷表征与定量电动力学建模的测量平台可以开辟推动界面科学发展的新途径。实验：我们开发了一种力控扫描离子电导显微镜（FCSICM）平台，能够实现界面电荷分布的高分辨率映射。系统评估了离子电流整流（ICR）灵敏度在不同界面条件下的表现，包括偏压电压、基底极性和电解质浓度。为连接这些观测结果与理论，开发了一种具有物理可解释性的电动力学传输模型。此外，该平台的通用性在多种图案和结构上得到验证，其中高纵横比微沟槽对大多数常规扫描探针显微镜探针不可及。发现：力反馈确保了探针-EDL的稳定接触。ICR结果揭示FCSICM对界面条件有显著依赖性，整流比在较高偏压电压（±1 V）和较低浓度（1 mM）时达到峰值（IPDL/IGlass = 1.5），这是由于德拜长度扩展和离子选择性增强。定量电动力学模型忠实地再现了电流-电压特性（RMS误差=0.009），将离子整流从定性观察转化为定量分析工具。在工程基底上同步进行的形貌和表面电荷映射表现出高度一致性，清晰区分了不同材料界面。这些发现共同确立了FCSICM作为理解界面科学的潜在工具。

Keyword:

Interface charge

Electric double layer

Scanning probe microscopy

Nanopipette

Localized charge mapping

Quantifying the localized electrical interface using a force-controlled scanning ion conductance microscopy

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