| 研究課題/領域番号 |
20H02853
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分36020:エネルギー関連化学
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| 研究機関 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 (2021-2023)
大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 (2020) |
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研究代表者 |
堀場 弘司 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 放射光科学研究センター, 上席研究員 (10415292)
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| 研究分担者 |
北村 未歩 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 放射光科学研究センター, 併任 (00783581)
細野 英司 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (80462852)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2023年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2022年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2021年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2020年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
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| キーワード | 軟X線吸収分光 / Liイオン電池 / 転換可視蛍光収量 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
Liイオン電池等の蓄エネルギーシステムは、固体電極活物質内へのイオンの空間的移動を動作原理とするため、物質中におけるLiイオンの空間的挙動を解明することは非常に重要である。しかしLi元素における唯一のX線吸収端である50 eV付近の極低エネルギー軟X線は物質への透過力が非常に小さいため、通常の軟X線顕微分光の適用が困難であった。そこで本研究では、反射型集光素子や転換可視蛍光収量法などの新しい要素技術を適用して、極低エネルギー軟X線領域でも利用可能な走査型透過軟X線顕微鏡を開発し、Liイオン電池等におけるLiイオン化学状態のナノスケール空間分布の可視化を目指す。
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| 研究実績の概要 |
Liは蓄エネルギーデバイスの根幹を担う元素として近年その重要性が益々高まっており、特にLiイオン電池等の蓄エネルギーシステムは、固体電極活物質内へのイオンの空間的移動を動作原理とするため、物質中におけるLiイオンの空間的挙動を解明することは非常に重要である。Liイオンを元素識別するためにはX線吸収端の利用が必要不可欠であるが、Li元素における唯一のX線吸収端である50 eV付近の極低エネルギー軟X線は物質への透過力が非常に小さいため、通常の透過型集光素子や試料透過X線測定を用いた軟X線顕微分光の適用が困難である。そこで本研究では、反射型集光素子や転換可視蛍光収量法などの新しい要素技術を適用して、極低エネルギー軟X線領域でも利用可能な走査型透過軟X線顕微鏡を開発し、Liイオン電池等におけるLiイオン化学状態のナノスケール空間分布の可視化を目指す。これまでに、50eVでの集光が可能な反射型集光素子であるK-Bミラーシステムの設計・作製を行い、10ミクロン級の集光に成功した。またこの集光システムをARPES装置に組み込み、空間分解能10ミクロンでの分光測定に成功した。
令和4年度は、この開発したマイクロ集光ARPESシステムを用いて様々な微小試料や不均一試料における顕微分光計測を行うとともに、別ビームラインにおいてLiイオンのX線吸収分光計測に取り組み、金属LiやLi化合物等の試料においてLiK吸収端の吸収分光計測に成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究申請における達成目標は、目的である「50 eVの極低エネルギー軟X線領域でも利用可能な走査型透過軟X線顕微鏡」を完成させることにある。完成までの工程としては、
①転換可視蛍光収量法の改善に取り組み、50 eVの極低エネルギー軟X線において高効率・高性能で利用可能なシンチレーション基板の探索と検出システムの最適化を行う。
②K-Bミラー集光システムを構築し、50 eVの極低エネルギー軟X線においてマイクロビームを達成する。
③①と②の両者を融合し、また顕微分光用の高精度試料走査ステージと組み合わせてシステム化することで、50 eVの極低エネルギー軟X線領域でも利用可能な走査型透過軟X線顕微鏡を実現する。
の3段階に分けられる。
現在までに②のK-Bミラー集光システムによる50 eVの極低エネルギー軟X線のマイクロ集光を実現しており、空間分解能10μmでの分光計測に成功していることから、ほぼ目標を達成出来ている。また①についても検出システムの開発が進んでおり、計画通り順調に推移している。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究申請における達成目標は、目的である「50 eVの極低エネルギー軟X線領域でも利用可能な走査型透過軟X線顕微鏡」を完成させることにある。完成までの工程としては、
①転換可視蛍光収量法の改善に取り組み、50 eVの極低エネルギー軟X線において高効率・高性能で利用可能なシンチレーション基板の探索と検出システムの最適化を行う。
②K-Bミラー集光システムを構築し、50 eVの極低エネルギー軟X線においてマイクロビームを達成する。
③①と②の両者を融合し、また顕微分光用の高精度試料走査ステージと組み合わせてシステム化することで、50 eVの極低エネルギー軟X線領域でも利用可能な走査型透過軟X線顕微鏡を実現する。
の3段階に分けられる。
現在までに②のK-Bミラー集光システムによる50 eVの極低エネルギー軟X線のマイクロ集光および顕微分光実験を実現しており、今後は引き続き①の検出システム開発に重点的に取り組んでいく予定である。
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