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X線自由電子レーザーを用いた時分割ナノ材料合成その場観察法の開発

Research Project

Project/Area Number 21J12479
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 28020:Nanostructural physics-related
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

藤田 知樹 (2021)  筑波大学, 数理物質科学研究科, 特別研究員(DC2)

Research Fellow 藤田 知樹 (2022)  筑波大学, 数理物質系, 特別研究員(PD)
Project Period (FY) 2021-04-28 – 2023-03-31
Project Status Discontinued (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywordsナノ粒子合成 / 放射光 / X線自由電子レーザー / その場観察 / 放射光その場観察 / 解析法の開発
Outline of Research at the Start

超臨界水熱合成法は、超臨界水と呼ばれる高温高圧の水中で高性能のナノ粒子を合成する技術である。水溶液を流した配管を部分的に加熱し、合成後すぐに回収することでサイズと形状の揃ったナノ粒子を合成する。配管内の微量の粒子の構造変化の観測は実現していない。本研究では、超高強度のX線光源であるXFELと放射光を使用した時分割実験により、超臨界水中のナノ粒子から回折データを測定する。データからナノ粒子の原子配列を決定する手法を開発する。超臨界水におけるナノ粒子の構造変化をフェムト秒から秒の時間スケールで明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、前年度に開発した解析手法について結果をまとめるとともに、当該手法を使用してこれまでに測定した実験データの再解析を行った。超臨界反応場におけるナノ粒子の核生成と結晶成長をその場観察する手法の開発を目的として、大型放射光施設SPring-8とX線自由電子レーザー(XFEL)施設SACLAにおいてナノ粒子試料の回折実験を行った。
ナノ粒子の構造モデルとデバイの散乱公式を使用した実空間モデリング法により、ナノ粒子の粉末回折データを解析した。モデルに挿入された構造欠陥近傍の原子配列が粉末プロファイルに与える影響を系統的に調べた。検出器の固有ノイズの補正法をこれまでに測定したその場観察実験データに適用し、データのシグナルノイズ比を大幅に改善することができた。補正したデータの再解析から、ナノ粒子のサイズ変化率と水の物性の相関を決定することに成功した。
SPring-8とSACLAにおいてX線回折実験を行った。超臨界ナノ材料合成法の第一人者である東北大学の阿尻雅文教授の研究グループとの共同研究において、SPring-8 BL02B2におけるナノ粒子合成の放射光その場観察実験を行った。直径4 nm以下の微細ナノ粒子から回折データを測定した。SACLA BL2およびSPring-8 BL44B2における国際共同実験に参加した。実験はナノ粒子合成その場観察研究の第一人者であるデンマークオーフス大学のBo Iversen教授の研究グループメンバーと協力して行った。XFEL実験ではリキッドジェット法によりナノ粒子試料からX線散乱データを測定した。放射光実験では、Pair Distribution Function法による構造解析を目的として、ナノ粒子から粉末回折データを測定した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (2 results)

All 2021

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (1 results)

  • [Journal Article] Critical Length for Lattice Expansion of SnO<sub>2</sub> Nanorods and Nanosheets: Implications for Lithium-Ion Batteries2021

    • Author(s)
      Nakamura Ryunosuke、Kasai Hidetaka、Fujita Tomoki、Akamine Hiroshi、Hata Satoshi、Nishibori Eiji
    • Journal Title

      ACS Applied Nano Materials

      Volume: 4 Issue: 9 Pages: 9938-9944

    • DOI

      10.1021/acsanm.1c02615

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] SnO2ナノロッドとナノシートの格子定数のサイズ依存性2021

    • Author(s)
      笠井秀隆, 中村隆之介, 藤田知樹, 赤嶺大志, 波多聰, 西堀英治
    • Organizer
      日本結晶学会年会および会員総会 日本結晶学会創立70周年記念シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2021-05-27   Modified: 2024-12-25  

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