Comprehensive structure determination of carbon nanotubes
Project/Area Number |
21H01758
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 28030:Nanomaterials-related
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Research Institution | National Institute for Materials Science (2022-2023) The University of Tokyo (2021) |
Principal Investigator |
原野 幸治 国立研究開発法人物質・材料研究機構, マテリアル基盤研究センター, 主幹研究員 (70451515)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古川 俊輔 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (70625590)
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Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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Budget Amount *help |
¥16,510,000 (Direct Cost: ¥12,700,000、Indirect Cost: ¥3,810,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
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Keywords | カーボンナノチューブ / 透過電子顕微鏡 / 構造決定 / 画像解析 / 高速イメージング / 電子顕微鏡 / 動画撮影 / ナノ材料 / 炭素材料 |
Outline of Research at the Start |
本研究ではカーボンナノチューブ(CNT)の精密な構造決定法を開発する.最新鋭の電子検出器を用いた原子分解能電子顕微鏡動画撮影と独自アルゴリズムに基づく画像処理を融合した手法により,これまで不可能であった一つ一つのCNTのらせん方向を含めた構造決定手法を確立する.さらに多数のチューブの観察に基づく統計解析により,混合物であるCNTの精密組成情報を提供することで,CNTの構造と機能の相関の理解に繋げ,材料応用を加速する.
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Outline of Annual Research Achievements |
本年度は,高速動画撮影によるカーボンナノチューブの構造決定に向けた基盤技術となる,透過電子顕微鏡像における像コントラストの定量化を実施し,およびこれを発展させ,透過電子顕微鏡によるナノ材料観察で普遍的に利用可能な「透過電子顕微鏡像と分子構造をつなぐ原子番号相関分子模型」の提案を行った. 近年の電子顕微鏡技術の発展により,原子や分子,さらにはその集合体の動きや反応をあたかも分子模型をみるがごとくに観察することが可能となった.しかし、実際に実験で得られた電顕像を模型で描き出そうとすると,化学者が慣れ親しんだ球棒あるいは空間充填模型から予想されるものとは大きく異なる.これは,空間充填模型は原子の電子雲の広がりを反映した模型であるのに対し,電子顕微鏡像にあらわれる原子像の濃さはその原子の原子番号(Z)に依存したものになるからである.この不一致が分子科学における原子分解能電顕の普及を妨げていた.本研究では我々は,電顕像シミュレーションを用いた検討により、電子線量に応じた画像ノイズを考慮すると,電顕像において視認される原子サイズが原子番号に強い相関を示すことを発見した.これに基づき,原子分解能透過電子顕微鏡で撮影した分子像の特徴を正しく反映する新しい分子模型として,電顕像シミュレーションを用いて決定した原子番号に依存した原子像半径を表示半径に用いた「原子番号相関模型(ZC model)」を新たに提唱した.この模型を用いる事で,ひとつひとつの有機分子像から,ゼオライトや塩化ナトリウムのような無機物の固体まで,様々な物質の電顕像を模型で再現することが可能となった.
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要欄で述べたZC模型の提案により,カーボンナノチューブをはじめとするナノ材料の電子顕微鏡像からシミュレーションを介することなく構造を推定することが可能となり,今後の研究を加速させる準備が整った.
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Strategy for Future Research Activity |
当初研究予定通り,カーボンナノチューブ試料の高速動画の各フレームを自動的に処理しSN比を向上させるアルゴリズム開発を行い,個々のカーボンナノチューブのカイラリティ決定を実現する.さらに,純粋なカーボンナノチューブのみならず他のチューブ状ナノ材料(窒化ホウ素ナノチューブなど)やそれらの化学修飾体への応用も視野に入れる.
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Report
(1 results)
Research Products
(16 results)