2015 Fiscal Year Annual Research Report
In-situ波動場再構成TEM法による化学反応の可視化
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25286059
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
高井 義造 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30236179)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 吉秀 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70221215)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 電子顕微鏡 / 波動場再構成法 / その場観察 / 触媒反応 / 実時間焦点位置変調法 / 球面収差補正 / 原子レベル直視観察 / 焦点位置追尾 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
透過電子顕微鏡を用いたその場観察技術（in-situ observation）は、今や、様々な化学反応を原子１個１個の結合や解離という物理現象に置き換えて理解することを可能にしつつある。我々は遷移金属触媒粒子によるグラフェン生成のその場電子顕微鏡観察に成功しているが、グラフェン生成のその場観察に対し我々が長年に渡って培ってきた波動場再構成技術の１つである実時間焦点位置変調法を適用することで、グラフェンがどのアトミックサイトで合成されているのかを解明できる可能性がある。しかしながらこれまでに波動場再構成技術を用いてダイナミックに起こる現象を原子レベルで正確に可視化することには成功していない。最大の原因は、観察中に試料位置が変化することに起因している。特にZ方向への試料移動は原子レベルでの正確な可視化にとって致命的な障害となっていたからである。
本研究では、安定的に触媒化学反応を起こさせるために、触媒反応の精密な温度制御を実現し、高感度CCDカメラを波動場再構成電子顕微鏡システムに搭載することで、(1) 高速・高忠実度の波動場再構成法を完成させた。また、実時間焦点位置変調電子顕微鏡法の最大の特徴である、フォーカス系列・時系列の2次元連続画像を記録している点を利用し、(2)動的変化を３次元的に追尾可能な波動場再構成法を世界に先駆けて完成させた。さらに、動的追尾する機能を最大限に利用して、(3)原子１個単位の挙動を正確に捉える事に成功し、(4)波動場の実時間解析によりこれまでは不可能であった原子層単位での厚み変化や歪み変化を1/30秒ごとに連続的に直視観察することに成功した。これらの技術開発により、様々な触媒反応の直視観察を実現し、(5)グラフェン生成は触媒金属粒子の最表面で起こるのではなく、触媒粒子内の表面数層の領域で起こっていることを明らかにした。
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| Research Progress Status |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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