| 研究課題/領域番号 |
21K18901
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分30:応用物理工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
山崎 智也 北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (50735032)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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| キーワード | 溶液セル / 透過電子顕微鏡法 / グラフェン / アモルファス窒化ケイ素 / クラスレートハイドレート / 高圧環境 / 氷 / 環境セル / 透過型電子顕微鏡 / 窒化ケイ素 / 高圧 / 溶液セル透過型電子顕微鏡法 / 高温高圧環境 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
電子ビームを透過できる薄膜を観察窓として用いた溶液セルは、これまで非常に困難であった透過型電子顕微鏡での溶液試料の観察を可能にする。一方、本手法で観察している溶液セル内の温度圧力環境は良く分かっておらず、それを制御することも困難である。本研究では2層のグラフェン間に厚みを制御して溶液試料を挟み込むことで溶液セルを作製し、溶液中で成長する結晶の成長と溶解を観察する。ここから溶液セル内の温度圧力環境を測定し、溶液セル透過型電子顕微鏡法で高温高圧実験が可能であるかを検証する。本溶液セルが高温高圧セルとして用いることができれば高温高圧条件で溶液中の現象を原子・分子レベルで観察できる強力なツールとなる。
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| 研究成果の概要 |
透過電子顕微鏡（TEM）では、観察試料は通常高真空環境にさらされる。これを溶液セルを用いることで克服し、大気圧以上の圧力環境で溶液試料の観察が可能性かを検証した。
グラフェンを用いた溶液セルは、高温高圧環境の実現に期待されたが、水を内包することが困難であった。この要因がグラフェンに潜在的に存在する結晶欠陥にあると考え、この解決策を示した。アモルファス窒化ケイ素薄膜を用いた溶液セルでは、高圧環境の作製は困難と考えられてきたが、高圧で生成する物質の観察に成功し、高圧環境での観察が可能であることを示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
これまで透過電子顕微鏡（TEM）では、高圧環境下での試料の観察が困難であった。これは、TEMでは電子をプローブとして扱うための高真空環境が必要であるということも一因として挙げられる。本研究では、少なくとも、大気圧の数十倍の圧力環境でTEM観察が可能であることを示し、TEMで可能な観察条件を拡張した。これはクラスレートハイドレートといったエネルギー、カーボンニュートラルに関連する材料の生成過程の観察へ応用できる。
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