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2022 年度 実施状況報告書

ナノフェーズダイアグラムの創成にむけた原子配列構造解析法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 22K19043
研究機関東京工業大学

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)

研究期間 (年度) 2022-06-30 – 2024-03-31
キーワード電子顕微鏡 / 原子像観察 / 合金 / 金属クラスター
研究実績の概要

本研究はナノ-サブナノスケールでの相平衡状態図を解明することを目的としている。
まず、ナノ-サブナノスケールにおいて金属ダイマーと合金クラスターを用いて、原子のダイナミクスを観察し、画像解析に基づいて原子間距離を系統的に比較した。単一原子精度で異種金属原子を区別するために、電子顕微鏡画像の原子の明るさによる識別法(z-コントラスト)を採用、合金クラスターの原子レベルの画像解析手法を開発し、自動的に元素を識別し、結合やクラスターを区別することに成功した。
この解析結果を元素の混和性の評価に応用するため、結合数に基づくサブナノスケールの二元合金混和度図を提案した。具体的には、合金クラスターの構成元素の組成や数によって元素の混和性がどのように変化するかを視覚化した。さらに、この解析手法を原子分解能でのin-situ加熱観察と組み合わせることで、「三次元二元合金混和度図」を作成した。バルクでは全率固溶型であるWMoと、共晶型であるAuMoの二元合金系についてそれぞれ、構成元素の数、組成比、温度の三つの次元から合金クラスターの元素混和度を評価することに成功した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初は2022年度内に解析方法の要素技術を確立し、2023年度に実サンプルの分析を実施、原理実証に至る計画であった。実績の概要で述べたように、すでに方法論は確立し、実サンプルの解析も開始しており、これは計画以上の進捗である。

今後の研究の推進方策

2022年度は当初の計画通り画像データを取得し、3D状態図の作成にまで至っている。2023年度はこの手法をさらに発展させ、種々の2元素系に拡張していくとともに、理論計算との比較分析を実施する予定である。

次年度使用額が生じた理由

電子顕微鏡観察用のグリッドやサンプル作成用の蒸着ターゲットなどは研究室所有の在庫を使用することで研究の遂行ができた。これにより当初計画外であった元素の組み合わせを含めたターゲットの購入が可能になり、2023年度の研究を当初計画よりも幅広く実施できる。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2022

すべて 雑誌論文 (2件) 学会発表 (1件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Dynamic hetero-metallic bondings visualized by sequential atom imaging2022

    • 著者名/発表者名
      Inazu Minori、Akada Yuji、Imaoka Takane、Hayashi Yoko、Takashima Chinami、Nakai Hiromi、Yamamoto Kimihisa
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 13 ページ: 2968

    • DOI

      10.1038/s41467-022-30533-y

  • [雑誌論文] Alloying at a Subnanoscale Maximizes the Synergistic Effect on the Electrocatalytic Hydrogen Evolution2022

    • 著者名/発表者名
      Zou Quan、Akada Yuji、Kuzume Akiyoshi、Yoshida Masataka、Imaoka Takane、Yamamoto Kimihisa
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 61 ページ: e202209675

    • DOI

      10.1002/anie.202209675

  • [学会発表] Beyond Nanomaterials: The Science of Subnanometer Particles2022

    • 著者名/発表者名
      Takane Imaoka
    • 学会等名
      IEEE NEMS 2022
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2023-12-25  

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