実空間における超精密原子位置計測技術の開拓

开发真实空间超精密原子位置测量技术

基本信息

批准号：
21K18196
负责人：
小林俊介
金额：
$ 16.64万
依托单位：
Japan Fine Ceramics Center
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

触媒や電池材料などのエネルギー関連材料では界面や表面などの局所領域において、極めて僅かな原子変位に起因して物性が発現する。すなわち、この局所領域における原子変位を高精度に計測する手法が物性発現の起源を理解するためには必要となる。実空間上で局所領域での僅かな原子変位の計測技術を走査透過電子顕微鏡(Scanning transmission electron microscopy: STEM)法により確立することが本研究の目的である。観察される輝点が原子位置に対応するHAADF法を主としたSTEM法を用いた高精度画像取得・解析技術（電子顕微鏡学）と機械学習アルゴリズムなどを用いた画像処理技術を融合し、既存計測技術の精度を超えた実空間における超精密原子位置計測に取り組む。既存設備を用いて網羅的に計測条件を検討することで原子位置精度を向上させた。そして、PtおよびPt3Co単結晶を用いて格子定数差の測定精度を検証した。その結果、像取得条件を精査することでHAADF STEM像からPtとPt3Co単結晶の格子定数差を良い精度で測定できることを確認した。その応用計測として固体高分子型燃料電池（PEFC）に用いられるPt触媒粒子の計測を実施し、表面におけるPt-Pt原子間距離が粒子内部と異なることを確認した。また、原子位置精度を向上させるために、機械学習アルゴリズムを用いたノイズ除去などの画像処理を得られたHAADF STEM像への適応を検証した。機械学習アルゴリズムを用いたノイズ除去により、非常に明瞭な画像を得ることができる。一方で、画像再構成により原子変位が既定の位置から僅かにずれてしまう。現在、この機械学習アルゴリズムを用いた画像処理において各種パラメータを精査し画像処理にともなうアーティファクトが生じない条件を詳細に検討している。そして、画像の再構築により実験像を超える原子位置精度を達成しうるアルゴリズムの構築を目指していく。

在催化剂和电池材料等能源相关材料中，物理特性是通过界面和表面等局部区域极小的原子位移来表达的。换句话说，需要一种精确测量该局部区域的原子位移的方法来了解物理性质的起源。本研究的目的是建立一种使用扫描透射电子显微镜（STEM）测量真实空间局部区域小原子位移的技术。通过结合使用STEM方法的高精度图像采集和分析技术（电子显微镜），主要是观察到的亮点与原子位置相对应的HAADF方法，以及使用机器学习算法的图像处理技术等。我们将致力于超真实空间中精确的原子位置测量超出了测量技术的精度。我们利用现有设备全面检查测量条件，提高了原子位置精度。然后，我们使用 Pt 和 Pt3Co 单晶验证了晶格常数差的测量精度。结果，我们确认，通过仔细检查图像采集条件，可以从 HAADF STEM 图像中高精度测量 Pt 和 Pt3Co 单晶之间的晶格常数差异。作为应用测量，我们对用于聚合物电解质燃料电池（PEFC）的Pt催化剂颗粒进行了测量，并确认了表面上的Pt-Pt原子距离与颗粒内部的不同。此外，为了提高原子位置精度，我们验证了使用机器学习算法去除噪声等图像处理在HAADF STEM图像中的应用。通过使用机器学习算法去除噪声，可以获得非常清晰的图像。另一方面，图像重建导致原子位移稍微偏离预定位置。我们目前正在使用这种机器学习算法仔细检查图像处理中的各种参数，并详细检查在哪些条件下不会因图像处理而出现伪影。然后，我们的目标是构建一种算法，通过重建图像来实现超过实验图像的原子位置精度。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Atomic-Scale Observations of Oxygen Release Degradation in Sulfide-Based All-Solid-State Batteries with Layered Oxide Cathodes

具有层状氧化物阴极的硫化物基全固态电池中氧释放降解的原子尺度观察

DOI：
10.1021/acsami.2c06950
发表时间：
2022
期刊：
ACS Applied Materials & Interfaces
影响因子：
0
作者：
Kobayashi Shunsuke;Watanabe Hideaki;Kato Takeharu;Mizuno Fuminori;Kuwabara Akihide
通讯作者：
Kuwabara Akihide

走査透過電子顕微鏡を用いた白金表面の原子間距離計測

扫描透射电子显微镜测量铂表面原子间距离

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
大森雄貴;黄馨慧;小林俊介; 桑原彰秀
通讯作者：
桑原彰秀

金属材料実験の手引き　1．組織観察　1-5　組織写真のデジタル画像処理の基礎

金属材料实验指导1.

DOI：
10.2320/materia.61.218
发表时间：
2022
期刊：
Materia Japan
影响因子：
0
作者：
清水亮太;一杉太郎;小林俊介
通讯作者：
小林俊介

電子線誘起蒸着法による酸化ハフニウムの堆積

电子束诱导蒸发法沉积氧化铪

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Ken Nagashima;Josee Maurais;Ken-ichiro Murata,Yoshinori Furukawa;Patrick Ayotte and Gen Sazaki;小林俊介;Ryota Shimizu;小林俊介
通讯作者：
小林俊介

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通讯作者：
梶谷みゆき