IMRAM

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

東北大学
多元物質科学研究所

LAST UPDATE 2021/05/04

  • 研究者氏名
    Researcher Name

    宮田智衆　Tomohiro MIYATA
    講師　Lecturer

  • 所属
    Professional Affiliation

    東北大学多元物質科学研究所
    Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

    計測研究部門　高分子物理学研究分野
    Division of Measurements, Polymer Physics and Chemistry

  • 研究キーワード
    Research Keywords

    高分子
    透過型電子顕微鏡
    単原子
    Polymer
    Transmission Electron Microscopy
    Single Atom
研究テーマ
Research Subject
走査透過型電子顕微鏡法を用いた高分子材料の原子分解能解析
Atomic-resolution analysis of organic materials using transmission electron microscopy

研究の背景 Background

高分子材料はその柔軟性や軽量性といった性質から産業的に広く利用されている。しかし高分子材料を原子・分子スケールで直接観察できる手法が存在しないことから、その物性を決定している材料内部の高分子鎖一本一本の形態や分子鎖同士の絡み合い構造、また異種物質との接着状態については未だ不明瞭なままとなっている。

Polymeric materials are widely used owing to their lightness and flexibility. However, the conformation of individual polymer chains, entanglement structure of polymer chains and adsorption structures between polymers and inorganic materials, determining the materials properties, have not been revealed due to the lack of atomic/molecular-scale observation methods. Thus, new methods to observe and analyze polymeric materials at atomic resolution are desired.

研究の目標 Outcome

走査透過型電子顕微鏡法（STEM）は物質内部を原子分解能で観察することが可能であり、さらに微分位相コントラスト法や電子エネルギー損失分光法等の手法を組み合わせることで、局所領域における電場や化学結合状態等も観測することができる。本研究では、従来固体材料に用いられてきたこれらの手法を高分子材料観察に適用し、高分子鎖の形態や吸着構造を原子レベルで明らかにすることを目標としている。

Scanning transmission electron microscopy (STEM) is available for direct observation of atomic positions and nanostructures in materials. In addition, use of differential phase contrast method and electron energy-loss spectroscopy with STEM enables us to observe local electric field and chemical bonding states. My research aims to apply these methods to polymer observation and reveal the conformation and adsorption structures of polymer chains at atomic scale.

研究図Research Figure

Fig.1. Schematic of the STEM system. A convergent electron beam is scanned on a sample, and transmitted electrons are detected with several detection angles.

Fig.2. Schematic of a chemically modified polymer chain with heavy atoms.

Fig.3. ADF-STEM image of a modified polymer chain with heavy atoms. The bright spots are corresponding to the respective heavy atoms.

文献 / Publications

化学工業, 69巻, 727-734 (2018).  Science Advances, 3, e1701546 (2017).  Ultramicroscopy, 178, 81-87 (2017).  Microscopy, 67, i162-i167 (2018).  Microscopy 63, 377-382 (2014).

研究者HP