Development of a XAFS/SAXS simultaneous measurement system in a multi-wavelength dispersive mode for high-speed characterization of nanoscale and local atomic structures

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K21137
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Shirasawa Tetsuro 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (80451889)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): Voegeli Wolfgang 東京学芸大学, 教育学部, 准教授 (90624924)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: ナノ材料 / 小角X線散乱 / X線吸収分光 / ナノスケール構造 / 局所構造 / 放射光

Outline of Final Research Achievements

A novel measurement technique was developed for simultaneous fast measurement of SAXS (Small-Angle X-ray Scattering) and XAFS (X-ray Absorption Fine Structure). A measurement system using a wavelength-dispersive convergent X-ray beam and a novel analysis method were developed, and simultaneous observation of nanoscale structure and local atomic-scale structure of nano-particles with a time resolution of 100 ms was successfully achieved, which is more than 1000 times faster than existing methods.

Free Research Field

表面科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ナノテクノロジーの根幹であるナノ材料の品質評価・管理や新規材料開発には、その構造や化学状態の評価が不可欠である。SAXS法とXAFS法はX線を用いた材料分析の代表的手法である。両手法の相補利用により、異なる長さスケールの構造や化学状態の情報を取得できるため、ナノ材料の特性の理解に極めて有効である。両手法は従来は個別に用いられていたが、本研究により、同時かつ高速計測（従来比1000倍以上）が可能になった。これにより、ナノ粒子を利用した燃料電池などのデバイスにおいて、動作中のナノ粒子の挙動追跡が可能になり、当該デバイスの機能改善や新規ナノ材料開発の加速に繋がることが期待される。