Comprehensive structure determination of carbon nanotubes

碳纳米管的综合结构测定

基本信息

批准号：
21H01758
负责人：
原野幸治
金额：
$ 10.57万
依托单位：
National Institute for Materials Science (2022-2023)The University of Tokyo (2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は，高速動画撮影によるカーボンナノチューブの構造決定に向けた基盤技術となる，透過電子顕微鏡像における像コントラストの定量化を実施し，およびこれを発展させ，透過電子顕微鏡によるナノ材料観察で普遍的に利用可能な「透過電子顕微鏡像と分子構造をつなぐ原子番号相関分子模型」の提案を行った．近年の電子顕微鏡技術の発展により，原子や分子，さらにはその集合体の動きや反応をあたかも分子模型をみるがごとくに観察することが可能となった．しかし、実際に実験で得られた電顕像を模型で描き出そうとすると，化学者が慣れ親しんだ球棒あるいは空間充填模型から予想されるものとは大きく異なる．これは，空間充填模型は原子の電子雲の広がりを反映した模型であるのに対し，電子顕微鏡像にあらわれる原子像の濃さはその原子の原子番号(Z)に依存したものになるからである．この不一致が分子科学における原子分解能電顕の普及を妨げていた．本研究では我々は，電顕像シミュレーションを用いた検討により、電子線量に応じた画像ノイズを考慮すると，電顕像において視認される原子サイズが原子番号に強い相関を示すことを発見した．これに基づき，原子分解能透過電子顕微鏡で撮影した分子像の特徴を正しく反映する新しい分子模型として，電顕像シミュレーションを用いて決定した原子番号に依存した原子像半径を表示半径に用いた「原子番号相関模型(ZC model)」を新たに提唱した.この模型を用いる事で，ひとつひとつの有機分子像から，ゼオライトや塩化ナトリウムのような無機物の固体まで，様々な物質の電顕像を模型で再現することが可能となった．

今年，我们将量化透射电子显微镜图像中的图像对比度，这是利用高速视频记录确定碳纳米管结构的基础技术，并将其发展成为利用透射电子显微镜观察纳米材料的通用技术我们提出了一种“连接透射电子显微镜图像和分子结构的原子序数相关分子模型”，可用于。电子显微镜技术的最新发展使得观察原子、分子甚至它们的聚集体的运动和反应成为可能，就像观察分子模型一样。然而，当尝试使用模型描绘实际实验中获得的电子显微图像时，这些图像与化学家熟悉的球棒或空间填充模型所预期的图像有很大不同。这是因为空间填充模型是反映原子电子云的扩散的模型，而电子显微镜图像中出现的原子图像的密度取决于原子的原子序数（Z）。这种差异阻碍了原子分辨率电子显微镜在分子科学中的传播。在这项研究中，我们使用电子显微镜图像模拟进行了研究，发现当考虑到取决于电子剂量的图像噪声时，电子显微镜图像中可见的原子尺寸与原子序数表现出很强的相关性。在此基础上，我们开发了一种新的分子模型，可以准确反映原子分辨率透射电子显微镜拍摄的分子图像特征（ZC）。通过使用该模型，可以再现各种物质的电子显微镜图像，从单个有机分子图像到沸石和氯化钠等无机固体。