カーポンナノチューブを活用したナノ構造物質の原子分解能電子顕微鏡観察法の展開

开发使用碳纳米管的纳米结构材料的原子分辨率电子显微镜观察方法

基本信息

批准号：
18710097
负责人：
平原佳織
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18710097/
关键词：
透過電子顕微鏡カーボンナノチューブ

项目摘要

原子分解能を実現する球面収差補正高分解能透過電子顕微鏡(HRTEM)を用いて、ナノ構造物質の原子分解能観察を実現するためにカーボンナノチューブを試料支持体として活用するための基礎研究を行った。本年度は、単層カーボンナノチューブ(SWNT)をナノ構造体の支持体として用いるために重要な課題である、ナノ構造物資内包SWNTのTEM像からSWNTの像のみの選択的除去を、フーリエ変換をベースとした画像処理により、検討した。TEM像構造モデルを用いてマルチスライス方により行ったTEM像シミュレーションでは、支持体となるSWNTの像のみを効果的に除去できることがわかった。ただし、それが可能なときは、最適焦点条件である2nmよりもさらに数nm外れたところでの像の撮影が必要であることがわかった。これは、前年度明らかにできた、球面収差補正TEM像ならではの特徴である、わずか2nm以内の深さ分解能を生かした三次元構造直接観察は難しいものの、本研究の目的である、原子レベルの十分な空間分解能で、ナノ構造物質単体の像観察が可能なことを意味する。実験では、CCDカメラのナイキスト周波数や像強度に起因して、カーボンナノチューブのFFT図形の十分な強度、鮮明度を得るのが難しかったため、フーリエ回折パターンの得やすい、より結晶性の高い基板(酸化マグネシウム)上に白金-ロジウムが一次元鎖状に配置した分子を坦持し、これを球面収差補正TEM観察することで、坦持体コントラスト除去によるナノ構造体単体高分解能観察の有用性を検証した。通常数nm程度もある基板上にわずか一原子レベルの厚みの構造体が存在しても、そのコントラストは基板の回折コントラストに埋もれてしまうにもかかわらず、本結果では、少なくとも運動学的近似の成り立つ範囲では基板のコントラストをきわめて単純な画像処理によって除去でき、わずか数個の白金およびロジウム原子が連なった一次元鎖の各原子が明確に像観察できることを示した。

利用达到原子分辨率的球差校正高分辨率透射电子显微镜（HRTEM），我们进行了利用碳纳米管作为样品支撑体实现纳米结构材料的原子分辨率观察的基础研究。今年，我们将使用傅立叶变换从含有纳米结构的 SWNT 的 TEM 图像中选择性地去除 SWNT 图像，这是使用单壁碳纳米管 (SWNT) 作为纳米结构支撑的一个重要问题，对此我们使用图像处理进行了研究。在利用TEM图像结构模型使用多切片方法进行的TEM图像模拟中，发现仅可以有效地去除作为支撑体的SWNT的图像。然而，当这可能时，已经发现需要在距离最佳聚焦条件2nm远几nm的地方拍摄图像。尽管利用去年公布的球差校正TEM图像的独特特征——仅2纳米的深度分辨率来直接观察三维结构是很困难的，但这正是本研究的目标，这是球差校正 TEM 图像的独特特征，这意味着可以以足够的空间分辨率观察单个纳米结构材料的图像。在实验中，由于CCD相机的奈奎斯特频率和图像强度的原因，很难获得足够强度和清晰度的碳纳米管的FFT图样，因此我们使用了更加结晶的基板（氧化的铂铑排列的支撑分子）在 Mg 的一维链中）并进行球面像差校正的 TEM 观察，我们验证了通过去除支撑对比度对单个纳米结构进行高分辨率观察的有用性。即使在通常为几纳米厚的衬底上存在只有一个原子厚度的结构，其对比度也会被掩埋在衬底的衍射对比度中。如果确实如此，则衬底的对比度可以被掩盖。通过极其简单的图像处理即可去除，并且已经表明，仅由几个铂和铑原子组成的一维链中的每个原子都可以清晰成像。