Atomic-level imaging in wood cell walls treated with amine-copper solution

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26660149
• Research Institution: Forestry and Forest Products Research Institute
• Principal Investigator: 松永 浩史 国立研究開発法人森林総合研究所, 木材改質研究領域, 主任研究員 (80391184)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 波多 聡 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (60264107) ; 片岡 厚 国立研究開発法人森林総合研究所, 木材改質研究領域, 室長 (80353639)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: イメージング / 単原子 / 超高分解能電子顕微鏡 / 木材細胞壁 / 木材保存

Outline of Annual Research Achievements

住宅用建築材や土木用木材などでは、腐朽などに対する耐久性を確保するため、銅系水溶性保存剤を含浸させる保存処理が行われる。そのため、木材細胞壁内における保存剤（銅）の分布と性状は、防腐効力の善し悪しを決定づける重要な因子となる。
本研究では、原子レベルで清浄な薄膜作製技術を確立することにより、収差補正分析電子顕微鏡による木材細胞壁中の銅の単原子イメージングを成功させることを目的とし、木材保存剤の主成分であるアミン銅と木材成分との反応機構の解明に役立てる。
多孔質構造の木材から数十nm厚の薄膜（超薄切片）を作製する際、ウルトラミクロトーム法では困難なことから、FIB（集束イオンビーム）法を用いて薄切化した木材細胞壁の超薄切片を用意した。しかし、木材の場合、FIBで作製した超薄切片では、FIBで薄切化する際に削り取られたW（タングステン）やFIB鏡筒の雰囲気内に残留しているWガスなどが保護膜側面の観察面に付着してしまうことから、清浄な薄膜を得るために、劈開法を導入した。
すなわち、アミン銅処理材の小ブロックから、鋭利な刃物で木材細胞壁を引き裂いて、先端部の極薄膜化した劈開面を調製するため、ミクロトーム刃、カッター刃など各種の刃物による劈開を試み、得られた劈開片の先端部における薄膜化の状況を各種顕微鏡等を用いて比較した。その結果、良好な劈開が達成できる条件が明らかになった。
アミン銅処理された木材細胞壁の超薄膜化が劈開法の導入により可能になったことから、これら極薄膜化した劈開面を収差補正分析電子顕微鏡に供し、原子レベルで銅のイメージングを行ったところ、単原子サイズの輝点を多数捉えることが出来た。