LI-COR 通量观测研究•冬季系列研讨会

通量观测研究的 LI-COR“3要素+” 完整解决方案：1. 精准、稳定的分析仪；2. 国际流行的数据处理软件；3. 化繁为简的数据深入分析软件；3+. 多台站数据管理平台。

 通量观测研究 LI-COR“3要素+”

完整解决方案

2021年12月-2022年3月

我们力邀LI-COR 

三位通量研究领域的

科学家

徐六康、李加宏、

Dave Johnson

举办7场讲座

• 生态系统碳水循环对气候变化的影响及相关测量技术

• 涡度相关通量观测方法介绍

• 涡度相关通量观测方法的应用与实验设计

• 涡度相关通量观测的硬件组成

• 涡度相关通量观测的数据采集（含生物气象数据）与协同管理

• 使用EddyPro分析/处理涡度相关通量观测数据

• 涡度相关通量观测的辅助测量：土壤碳水通量、叶片光合、叶面积指数LAI

如果您对通量研究中的其他话题感兴趣，请告诉我们，作为后续的研讨内容。

通过这次研讨，您将掌握观测研究的核心要素，并可收获一张由LI-COR颁发的结业证书。

下周三第yi讲（12月22日上午10:00-11:00），我们邀请到了LI-COR公司的首席科学家徐六康博士，他将以生态系统碳水循环为主题，和大家分享相关研究前沿，着重探讨生态系统与大气之间、叶片及土壤表面的温室气体通量测量技术。热烈欢迎各位老师参会交流~

嘉宾简介

徐六康

徐六康博士，美国LI-COR公司环境科学部首席科学家。2000年获加州大学戴维斯分校土壤学博士学位，1987~1994年系原中科院综考会助理研究员，1994~2001年加州大学戴维斯分校助理研究，2001~2004年加州大学伯克利分校博士后研究。主要研究领域是各种生态系统及土壤介面和大气之间的温室气体和能量交换的调控及其测量技术的研究。发表论文几十篇，获Top 100 World‘s Most Influential Scientific Minds 2014 by Thomson Reuters，top 1% of researchers for most cited documents in Agricultural Sciences。截至2021年底，发表论文总引次数达8070次。

研讨会详情

题目：The Importance of Measuring and Researching Carbon and Water Cycles and Their Impact on Climate Change

主讲人：徐六康博士

主办方：LI-COR和北京力高泰科技有限公司

日期和时间：2021年12月22日（星期三）；上午 10:00-11:00 (北京时间)

点击下方链接报名，成功后您将收到确认邮件。有任何疑问请给我们留言: ) 

报名链接

精彩预告

@Module.1

第yi讲

2021年12月22日 星期三 

上午10:00-11:00

生态系统碳水循环对气候变化的影响及相关测量技术

The Importance of Measuring and Researching Carbon and Water Cycles and Their Impact on Climate Change

@Module.2

第二讲

2022年1月4日 星期二 

上午10:00-11:00

涡度相关通量观测方法介绍

The Theory of Ecosystem Gas Exchange: The Eddy Covariance Method

@Module.3

第三讲

2022年1月11日 星期二 

上午10:00-11:00

涡度相关通量观测方法的应用与实验设计

Eddy Covariance Applications and Experimental Design

@Module.4

第四讲

2022年2月22日 星期二 

上午10:00-11:00

涡度相关通量观测的硬件组成

Instrumentation for Eddy Covariance

@Module.5

第五讲

2022年3月1日 星期二 

上午10:00-11:00

涡度相关通量观测的数据采集（含生物气象数据）与协同管理

Integration of an Eddy Covariance System

@Module.6

第六讲

2022年3月8日 星期二 

上午10:00-11:00

使用EddyPro分析/处理涡度相关通量观测数据

Data Processing with EddyPro

@Module.7

第七讲

2022年3月15日 星期二 

上午10:00-11:00

涡度相关通量观测的辅助测量：土壤碳水通量、叶片光合、叶面积指数LAI

Supplementary measurements to Eddy Covariance

LI-COR 通量观测•冬季系列研讨会

即将拉开帷幕

我们期待与您相见直播间!

更多精彩

敬请关注后续推送

内容来源：https://parallel41.nebraska.edu

农田地表蒸散发（Evapotranspiration，ET）包括农田土壤表面蒸发、植被蒸腾、植被冠层截留降水蒸发、冰雪升华等，它是农业生态系统水文循环的重要环节。精确测量农田地表蒸散发有助于科学管理农业灌溉。

如果用塑料袋罩住一盆植物，用绳子扎紧。等一会儿再回来，你会发现，在袋子的内壁，会有薄薄的一层水膜。这是盆内土壤表面蒸发和植物蒸腾，共同释放出来的水汽。

地表蒸散发（Evapotranspiration，ET）

对单株植物来说，我们可以用这种方法了解盆栽植物在一段时间内的蒸腾耗水。但是，在田间，这种方法似乎不能凑效了。

LI-COR涡度相关通量观测系统能直接测量地表蒸散发。（延伸阅读：地表蒸散自动测量系统在田间水分管理中的应用 ）

LI-COR涡度相关通量观测系统

研究者们在美国中部的重要粮食产区，沿着北纬41度，从东到西架设了多套LI-COR涡度相关通量观测系统，用于农田地表蒸散发的直接测量。北纬41度（Parallel 41）项目（https://parallel41.nebraska.edu）由此得名。

北纬41度（Parallel 41）项目站点组成

北纬41度（Parallel 41）项目提供数据的质量控制和缺失数据插补，最-终产品为逐日的连续地表蒸散发数据。

作为北纬41度（Parallel 41）项目的重要合作伙伴，Glodet（Global Daily Evapotranspiration，https://glodet.nebraska.edu）借助遥感产品和数学模型，在全-球范围内（包括美国、巴西、印度、中东、北非地区）计算给出30m分辨率的地表蒸散发数据。

站点测量和遥感数据结合，生成高空间分辨率ET数据

所有这些数据可以免费下载。

这些数据不仅有助于制定合理的灌溉计划，还有助于预测气候变化情景下的作物产量及水分消耗。

如果您想使用北纬41度（Parallel 41）项目的地表蒸散发数据（包括CO2通量、土壤热通量、感热通量、净辐射、空气温度、降水等），请联系Babak Safa博士（s-bsafa1@unl.edu）。

如果在您的研究中使用了Parallel 41项目的数据集，请使用下面的引用方式。

Robert B. Daugherty Water for Food Global Institute. (Year). Parallel 41 Flux Network. 

University of Nebraska. Lincoln, NE, USA. .

开发团队

LI-COR首席科学家George Burba是该项目的主要成员之一。

Campbell Scientific

通量专 题系列会议

涡动相关法是研究近地面层碳水等通量过程的标准方法之一，基于涡动相关技术的通量观测已经成为不同生态系统碳水循环的重要研究手段，并在全 球形成了多个著名的通量观测网络。

为了让大家对通量观测有更充分的认识，我们将从2022年12月开始陆续举办一系列（共六次）线上交流会议，会议内容包括基础理论，实验设计，设备组成、安装与维护，数据处理及质量控制等主题。Campbell Scientific高级应用科学家和国内相关领域的专家将与大家就不同主题进行线上交流，欢迎大家报名参与。

 全部会议主题

01大气边界层基础理论和湍流定义

02涡动相关方法和常用通量设备介绍

03通量站点选址介绍

04涡动相关设备的选择及安装注意事项

05功率谱和协谱

06谱分析在通量计算中的应用

0710Hz高频原始数据的质量控制

08数据校正方法：坐标旋转，WPL密度效应校正，SND校正

0930min通量数据的质量控制

10通量数据及气象要素插补

11涡动相关系统安装和EasyFlux DL配置

12涡动相关系统的日常维护及常见问题解决方案

第 一次会议

信息及报名方式

第 一次会议主题为大气边界层基础理论和湍流定义、涡动相关方法和常用通量设备介绍，Campbell Scientific高级应用科学家周新华博士和杨柏博士将在会议中与大家进行交流。

会议时间

2022年12月06日

 9:30-11:00 AM

会议形式

腾讯会议

报名方式

1.识别下方二维码或点击阅读原文进入报名页面。

2.进入报名页面后，点击页面下方“报名”，点击“允许”并填写信息。

温馨提示

1.请提前安装腾讯会议。

2.请使用报名时登录的同账号（如同手机号或同微信号）登录腾讯会议，以快速入会，避免重复报名。
3.报名和参会均通过文中二维码或文章底部阅读原文进行，使用报过名的账号登录腾讯会议后可从软件内直接参会。

福建长汀红壤丘陵生态系统国家定位观测研究站, 是由福建农林大学承担实施，长汀水保所参与共建，通过对研究区进行水分、土壤、气象、生物要素的长期连续观测，研究红壤丘陵区水土流失和生态系统退化形成过程、机理等，为水土流失治理和生态建设提供支撑。

    该研究站项目的生态站系统方案和设备服务均由点将技术团队完成，生态站方案包含地表径流泥沙自动监测系统、径流堰水沙自动观测系统、大型蒸渗仪、自动气象站监测系统、多参数水质站、梯度站、土壤水分自动观测系统、碳通量测量系统、树干液流测定系统等，通过物联网方式，将所有站点数据汇集到一个平台，用于整体展示及分析。

     水量平衡场，通过对种植不同植物土壤区间的泥沙流失情况，判断哪些植物可以更有效的防止水土流失。

     大型蒸渗仪，用于研究土壤水分平衡，通过对比不同植被下的土壤水分平衡，了解植被对土壤水分转移的影响。

     多参数水质站，分析山林径流水质情况，便于判断土壤侵蚀情况。

     通过物联网平台，实现整体数据实时在线监测。

PART 01 
引言  

有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）是基于多层有机薄膜结构的电致发光的器件，用作平面显示器时具有轻薄、柔性、响应快、高对比度和低能耗等优点，有望成为新一代主流显示技术。然而，高效率和长寿命依然是阻碍OLED发展的重要因素，因为有机材料易降解和器件界面结构不稳定从而导致OLED器件失效。在此背景下，迫切需要了解器件的退化机制，从而在合理设计和改进材料组合以及器件结构的基础上，找到提高器件寿命的有效策略。

图1. 基于OLED柔性显示器件

 PART 02 
TOF-SIMS表面分析方法  

研究有机/无机混合OLED器件的界面效应是提高其性能和运行稳定性的关键步骤。在众多分析方法中，飞行时间二次离子质谱仪（Time of Flight-Secondary Ion Mass Spectrometer，TOF-SIMS）是表征有机层及其内部缺陷的有效分析工具。TOF-SIMS是由一次脉冲离子束轰击样品表面所产生的二次离子，经飞行时间质量分析器分析二次离子到达探测器的时间，从而得知样品表面成份的分析技术，具有以下检测优势：

（1）兼具高检测灵敏度（ppmm-ppb）、高质量分辨率(M/DM>16000)和高空间分辨率(<50nm)；

（2）表面灵敏，可获取样品表面1-2个原子/分子层成分信息 (≤2nm)；

（3）可分析H在内的所有元素，并且可以分析同位素；

（4）能够检测分子离子，从而获取有机材料的分子组成信息；

（5）适用材料范围广：导体、半导体及绝缘材料。

目前，TOF-SIMS作为一种重要的表面分析技术，可以用于样品的表面质谱谱图分析，深度分析，2D以及3D成像分析，所以被广泛应用于半导体器件、纳米器件、生物医药、量子材料以及能源电池材料等领域。

PART 03 
应用简介  

基于Alq3（8-hydroxyquinoline, aluminum salt，8-羟基喹啉和铝，分子结构见图2）的OLED器件，因其宽视角、高亮度和低功耗的特性，成为下一代平板显示器最有潜力的备选之一。这类器件具有“三明治”结构，在两个电极之间夹有多个有机层。对于OLED器件的研究不仅专注于探索有机材料，还要进行失效分析来确定故障（如显示黑点）产生的原因。在这里，我们展示了TOF-SIMS 对Alq3有机层进行了全面表征。

图2. Alq3的分子结构式

图3和图4均为市售Alq3材料在正离子模式下的TOF-SIMS谱。TOF-SIMS结果表明，利用Au+和Ga+离子源均可检测到Alq3碎片的质量特征峰，但Au+离子源对这些碎片的灵敏度更高。比如，对比相同离子电流下的Au+和Ga+离子束对质量数为315的Alq2分子碎片的灵敏度，发现前者灵敏度提高了23倍。此外，只有Au+离子源才能检测到质量数超过1000的质量片段。这些质谱体现出使用Au+源分析Alq3这类分子量较大的材料的优势。

图3. 正离子模式下Alq3的TOF-SIMS谱。分析条件: 一次离子束Au+，22 keV；样品电流：0.07 pA；分析面积：300 μm2；数据采集时间10 min

4. 正离子模式下Alq3的TOF-SIMS谱。分析条件: 一次离子束Ga+，15 keV；样品电流：0.3 pA；分析面积：300 μm2；数据采集时间10 min

此外，Alq3薄膜必须在高真空条件下沉积才能保持其完整性。为研究大气对Alq3薄膜的影响，分别对暴露在空气前后的样品进行了TOF-SMIS表征，结果如图5所示。TOF-SMIS证明了暴露大气后Alq3薄膜发生了分解，并且随着暴露时间的增长，AlqO2质量片段的强度增加，表明水分和氧气会显著改变Alq3的组成。

图5. 负离子模式下Alq3在大气中暴露前后在的TOF-SIMS谱。分析条件: 一次离子束Ga+，15 kev；分析面积：300 μm2

总之，三重离子束聚焦质量分析器（Triple Ion Focusing Time-of-Flight，TRIFT）结合Au+离子源能显著提高仪器的灵敏度和降低本底，增强TOF-SMIS检测Alq3等高质量数（大分子）材料碎片的能力。

一、引言

光伏发电新能源技术对于实现碳中和目标具有重要意义。近年来，基于有机-无机杂化钙钛矿的光电太阳能电池器件取得了飞速的发展，目前报道的最 高光电转化效率已接近26%。卤化物钙钛矿材料具有无限的组分调整空间，因此表现出优异的可调控的光电性质。然而，由于多组分的引入，钙钛矿材料生长过程中会出现多相竞争问题，导致薄膜初始组分分布不均一，这严重降低了器件效率和寿命。

图1. 钙钛矿晶体结构

二、TOF-SIMS应用成果

由于目前用于高性能太阳能电池的混合卤化物过氧化物中的阳离子和阴离子的混合物经常发生元素和相分离，这限制了器件的寿命。对此，北京理工大学材料学院陈棋教授等人研究了二元（阳离子）系统钙钛矿薄膜(FA1-xCsxPbI3，FA：甲酰胺)，揭示了钙钛矿薄膜材料初始均一性对薄膜及器件稳定性的影响。研究发现，薄膜在纳米尺度的不均一位点会在外界刺激下快速发展，导致更为严重的组分分布差异化（如图2所示），最 终形成热力学稳定的物相分离，并贯穿整个钙钛矿薄膜，造成材料退化和器件失活。该研究成果以题为“Initializing Film Homogeneity to Retard Phase Segregation for Stable Perovskite Solar Cells”发表在Science期刊。[1]

图2. 二元 FAC 钙钛矿的降解机制。（A-H）钙钛矿薄膜的组分初始分布和在外界刺激下的演变行为。（I-N）热力学驱动下，钙钛矿薄膜的物相分离现象的TOF-SIMS表征

TOF-SIMS作为重要的表面分析方法，具有高检测灵敏度（ppm-ppb）、高质量分辨率(M/DM>16000)和高空间分辨率(<50 nm)能力。在本研究中利用TOF-SIMS对发生老化后（晶体相变）的钙钛矿薄膜进行表征，从2D元素分布图中观察到薄膜中的阳离子Cs与FA同时发生了分离（如图2所示），并形成尺寸为几到几十微米的相，将二者的元素分布图像叠加后（见图2 K），观察到分离后的Cs/FA偏析区域在空间上形成互补，证明了每个区域的组成与其晶体结构相关联。此外，TOF-SIMS 3D影像（图2L至2N）表明，垂直方向分布相对均匀，阳离子在不同深度上的聚集方式与表面类似。TOF-SIMS结合XRD和PL结果证明了由于阳离子的局部聚集，从而导致了相分离。

此外，从降解初期的FACs钙钛矿薄膜的TOF-SIMS图像中明显能观察到无色区域（见图3A）Cs的信号更强，表明了区域1（与图2A和E中标注位置一一对应）中的Cs+阳离子有迁移到区域2和3，进一步表明了该膜的降解是由Cs偏析和随后的相变所引起的。

图3. 二元阳离子FACs钙钛矿膜在降解初期的TOF-SIMS图

该研究采用Schelling的偏析模型，并结合TOF-SIMS及其他实验观察数据结果表明：

（1）钙钛矿薄膜初始均一性对薄膜的老化行为有显著影响：薄膜在纳米尺度的不均一位点会在外界刺激下快速发展，导致更为严重的组分分布差异化，最 终形成热力学稳定的物相分离，并贯穿整个钙钛矿薄膜，造成材料退化和器件失活。

（2）薄膜均一性的提升将显著减缓其老化速率：通过在钙钛矿前驱体溶液中引入弱配位的添加剂硒酚，有效调控了溶液胶体环境，提升了薄膜均一性。实验结果表明，均一性提升的薄膜在热、光老化条件下，表现了较好的稳定性，在实验周期内未出现显著的物相分离。同时，经过进一步的器件优化，所制备的太阳能电池器件展现了良好的光电性能，在1 cm²器件上，获得了23.7%的认证效率。在不同温度条件下，器件在LED光源持续照射下，也表现了良好的工作稳定性。

三、TOF-SIMS表面分析方法

飞行时间二次离子质谱仪（Time of Flight-Secondary Ion Mass Spectrometer，TOF-SIMS）是由一次脉冲离子束轰击样品表面所产生的二次离子，经飞行时间质量分析器分析二次离子到达探测器的时间，从而得知样品表面成份的分析技术，具有以下检测优势：

（1）兼具高检测灵敏度（ppm-ppb）、高质量分辨率(M/DM>16000)和高空间分辨率(<50nm)；

（2）表面灵敏，可获取样品表面1-2个原子/分子层成分信息 (≤2nm)；

（3）可分析H在内的所有元素，并且可以分析同位素；

（4）能够检测分子离子，从而获取有机材料的分子组成信息；

（5）适用材料范围广：导体、半导体及绝缘材料。

图4. TOF-SIMS可以提供的数据类型

目前，TOF-SIMS作为一种重要的表面分析技术，可以用于样品的表面质谱谱图分析，深度分析，2D以及3D成像分析，所以被广泛应用于半导体器件、纳米器件、生物医药、量子材料以及能源电池材料等领域。

参考文献

[1] Bai et al. Initializing film homogeneity to retard phase segregation for stable perovskite solar cells, Science (2022). https://doi.org/10.1126/science.abn3148