2025年中國分析測試科學獎一等獎：基于光學顯微鏡的化學成像新方法研究
完成單位：南京大學
完成人：王偉，王暉，劉沙沙，蘇華，謝若晨，王毅，王子瀟，牛犇，衣炫諾，李浩冉
成果簡介：項目團隊提出了基于折射率成像的新型表面等離激元共振顯微成像新方法，通過測量化學反應過程引起的單個體局部折射率瞬態改變，評估單個體化學反應活性。該成像系統的光學放大倍數從傳統的1-5倍提升至60-100倍，空間分辨率提高至光學衍射尺寸甚至超衍射尺寸。上述方法應用于單顆粒化學成像與測量研究中，取得了以下創新性成果：1）提出了“納米庫侖計”的電化學測量新策略，攻克了單顆粒基礎電化學參數的測量難題，揭示了界面電子轉移過程的空間異質性和時間動態性；2）提出了“單顆粒熱分析”的新概念，將熱分析的樣品用量從毫克推進到皮克水平，排除了顆粒間傳質和傳熱的干擾，實現了材料本征相變溫度的精準測量。
創新點及科學價值：項目團隊在基于光學顯微鏡的化學成像測量領域取得研究進展，通過自主研發的多模態高時空分辨光學顯微成像技術，系統構建了單個體化學測量新方法。創新點如下：
1.基于自主研發的原位電化學顯微成像平臺，提出了“納米庫侖計”的電化學測量新策略，突破了單顆粒基礎電化學參數的測量瓶頸，揭示了界面電子轉移過程的空間異質性和時間動態性。
2.基于自主研發的微區熱場調控化學成像平臺，提出了“單顆粒熱分析”的新概念，將熱分析的樣品用量從毫克推進到皮克水平，排除了顆粒間傳質和傳熱的干擾，實現了材料本征相變溫度的精準測量。
社會經濟效益：“基于光學成像的鋰離子電池體積檢測裝置及其應用”和“一種基于像素重構的圖片漂移校正方法及系統”兩項專利已和元能科技（廈門）有限公司簽署了技術轉讓（專利實施許可）合同。預期運用項目團隊研制的基于光學成像原理的鋰離子電池體積檢測裝置，進行開發、制造和銷售“圓柱電池原位膨脹成像測試系統”。
應用前景：項目團隊在上述基于光學顯微鏡的電化學成像測量中獲得靈感，“見微知著”，開發出基于機器視覺的電池健康早期診斷系統，實現了實際工況下的電池健康研究。系統通過光學成像，以極高的精度和分辨率對電池表面形貌進行實時、無損測量，從而能夠獲取電池在充放電過程中內部化學反應引起的形變。同時，通過將系統獲取的四維（電池表面三維+時間）形變數據和電學數據相結合，可在有限的充放電循環測試圈數內，對電池容量衰減、容量跳水等行為精確預測，從而實現對電池健康的早期診斷。
