走査化学ポテンシャル顕微鏡の開発

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11555172
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 川田 達也 東北大学, 科学計測研究所, 助教授 (10271983)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 二唐 裕 東北大学, 科学計測研究所, 助教授 (90006148) ; 河村 憲一 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (50270830) ; 八代 圭司 東北大学, 科学計測研究所, 助手 (20323107) ; 水崎 純一郎 東北大学, 科学計測研究所, 教授 (90092345)
• Keywords: 化学ポテンシャル顕微鏡 / 走査プローブ顕微鏡 / マイクロサーマルアナライザ / 酸素センサ / 化学センサ / 固体電解質 / 表面酸素ポテンシャル / 電極反応

Research Abstract

固体表面に吸着した酸素の化学ポテンシャルを測定するプローブを作製した。昨年度開発した手法,およびデータをもとに,プローブをさらに小型化するために,市販の走査プローブ顕微鏡用サーマルプローブ(約5μmφのPt線をV字型に折り曲げたもの)をベースとして利用することとした。この先端にイットリア安定化ジルコニア(YSZ)微粒子を凝着させてることで表面酸素ポテンシャルプローブを形成した。YSZをコートしたプローブの平面分解能は約0.1〜0.5μm程度であり,通常のサーマルプローブとほぼ同等の値となった。このプローブ先端を,導電性を持つ試料の表面に接触させ,プローブ基体の白金線と試料との間に発生する起電力を測定することで,Nernst式から表面の実効酸素ポテンシャルが得られることになる。実際の測定では,さらに試料を高温に加熱する必要があるため,試料サイズは約3mm角までとした。また,試料加熱用のステージも,プローブおよび走査機構にダメージを与えないものである必要がある。われわれの試作した加熱ステージでは約500℃までの測定が可能であった。ただし,高温では熱によるゆらぎと思われる長周期のノイズが観測された。より高温での測定のためには,冷却の工夫が必要となろう。YSZ単結晶上に電極として金のグリッド(400メッシュ)を加熱付着させたものについて測定を試みたが,予想したよりも電極の起伏が大きく,走査機構の制限からうまく画像をとることが出来なかった。現在より起伏の小さな電極をフォトリソグラフィーによって作製することを試みている。

Research Products

• [Publications] T.Kawada: "A Novel Technique for Imaging Electrochemical Reaction Sites on a Solid Oxide Electrolyte"Solid State Ionics. 131. 199-210 (2000)
• [Publications] T.Kawada: "Electrochemically Induced Non-equilibrium Oxygen on a Solid Oxide Electrolyte"Trans.Mater.Res.Soc.Jpn.. 25(1). 51-54 (2000)