| 研究課題/領域番号 |
22K19043
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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34:無機・錯体化学、分析化学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
今岡 享稔 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (80398635)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 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: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | 電子顕微鏡 / 合金 / クラスター / ナノ粒子 / 相溶性 / 原子像観察 / 金属クラスター / サブナノ粒子 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の目的は組成、サイズ、温度の3つの次元をもったナノフェーズダイアグラムの創成である。具体的には、ADF-STEM法におけるZコントラストを利用して元素を識別しながら視野内の全原子の座標を連続的に取得、解析することでナノフェーズダイアグラムを創成する。電子回路の微細化はEUV(極端紫外線)リソグラフィの登場により2030年には3nmに迫ると予想されており、微小領域での材料科学は年々その重要性を増しているが、ナノ-サブナノスケールの状態図は第一原理計算による予測が数例報告されているだけのブルーオーシャンである。本研究はこうした状況を打破するために、新しい方法論を導入するものである
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| 研究実績の概要 |
異なる元素を結合して協働効果を生み出すことは，金属触媒の性能向上に効果的な方法である．ナノ粒子化によって表面エネルギー等が駆動力となり金属元素同士の相溶性が向上し，協働効果が利用しやすくなることはこれまで知られていた．しかし，酸化物(無機物)と金属のように物質のカテゴリーが異なる場合，ナノ粒子でも決して混合することはない．これに対し，本研究は概ね粒径1.3nm以下のサブナノスケールのクラスターではその組み合わせによらず自由に混合可能であることを発見している．
zコントラストを応用した元素識別動態イメージングを用いて，様々な二元素クラスターの原子配列構造を解析した．例として通常は絶対に混ざり合わないZr酸化物とPt金属という異質な材料同士が，正則溶液に近いレベルで均一に混合することを発見した．このいわゆる「サブナノ超相溶効果」は多くの元素組成に普遍的であることを原子レベル構造から解明した．
さらに，こうした「サブナノ超相溶効果」は無機化合物の安定組成にも影響することを見出している．Mo酸化物・炭化物のクラスター構造を系統的にHAADF-STEMやXAFSで解析，直径1.3 nm以上のMo粒子はβ′-Mo2Cのようなカーバイド組成あるいは純粋なオキサイドを形成する一方，それ以下のサイズの粒子はオキシカーバイドを形成することを突き止めている．すなわち，サブナノ領域ではバルクでは発現しない化合物組成が現れることを発見した．原子分解能STEMによる動態観察では，オキシカーバイドクラスター内部のみにMo原子の動態が観測されており，原子動態が「サブナノ超相溶効果」の駆動力になっているとみられる．
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