我校医学技术学院博士后蔡然所在福田敏男—董立新团队目前在微纳操作机器人研究方面取得重要进展。蔡然博士后主导设计构建的一套基于扫描电镜/透射电镜（SEM/TEM）的微纳操作机器人系统，基于微纳操作构筑复杂微纳器件结构，首次通过原位高分辨透射电子显微镜（HRTEM）揭示了不同尺寸的四方FeSe纳米薄片原子级嵌钾/脱钾反应机制。研究结果以“In situ atomic-scale observation of size-dependent (de)potassiation and reversible phase transformation in tetragonal FeSe anodes”为题，在国际顶级期刊《Infomat》上发表（DOI: 10.1002/inf2.12364），影响因子为24.798（SCI一区）。bob手机在线登陆为第一通讯单位，医学技术学院蔡然博士后为第一作者。

图1 SEM中20+自由度微操作机器人和SEM-TEM共享平台

微纳操作机器人是机器人在纳米尺度上的延拓，是在微/纳尺度上制造具有特定功能结构与器件的方法。基于电子显微镜的微纳操作，是指在电子显微镜的真空腔内嵌入微纳操作器，在电子显微镜实时图像的帮助下完成特定的微纳装配任务。微纳操作机器人技术交叉融合了机器人学、控制学、材料学、生物学和电子显微术等多学科前沿研究，为生物学研究、先进制造技术等一系列应用奠定了基础，提供了技术支撑，因而获得广泛的关注和研究。

离子在固体材料中的迁移是很多应用的基础，包括锂电池，电致变色器件，钙钛矿太阳能电池和类脑芯片等。在各种离子迁移过程中，固相离子迁移过程很复杂，并且很难追踪。为了探索离子迁移中的物质传输机理，研究团队发展了基于SEM微纳操作机器人的复杂器件组装方法，利用微纳加工方法获得了二维平面限域空间的二维FeSe材料，并在TEM中利用微纳操作系统组装成为离子迁移器件，探究了不同尺寸FeSe经历的两种不同结构演变，依次为插层反应和转化反应，并且发现初始的插层行为与尺寸相关。在小尺寸的FeSe纳米薄片中观察到由K离子嵌入而引起的明显膨胀，而在大尺寸的纳米薄片中沿着离子扩散方向形成了意想不到的裂纹。几何相分析（GPA）和有限元分析（FEA）阐明了源自机械和电化学相互作用导致的显著应力产生和裂纹延展。

图2. 钾离子在FeSe的嵌入过程的原位高分辨观察

上述研究工作得到了国家自然基金青年基金、国家重点研发计划、中国博士后基金面上基金等项目的资助。

全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/inf2.12364