【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.08】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UT0042
利用課題名 / Title
試料ホルダー開発による新たなオペランド電子顕微鏡法の開拓
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
電子顕微鏡/ Electronic microscope,MEMS/NEMSデバイス/ MEMS/NEMS device
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
長澤 翼
所属名 / Affiliation
株式会社メルビル
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
寺西亮佑
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
リチウムイオン二次電池の研究がノーベル賞を受賞して以降、バッテリー材料の高性能化に向けた研究開発が精力的に進められている。さらなる性能向上を実現するには、透過型電子顕微鏡（TEM）を用いた電池材料のミクロ構造評価が重要視されている。
リチウムイオン電池材料を電子顕微鏡で評価するには、試料調製から観察までを大気に晒さずに搬送できる手法と、電子線照射によるダメージを抑制するための試料冷却技術が必要不可欠である。弊社ではこれまで、大気非暴露での搬送が可能な冷却ホルダーの開発に成功してきた。
一方、冷却下での通電によって材料の充放電挙動を観察するニーズも高まっている。そのため、既存の試料ホルダーにMEMSデバイスを組み込み、通電や加熱などの機能を付加できる新たな試料ホルダーを検討・開発した。本報告では、その開発経過および評価結果について述べる。
実験 / Experimental
本実験では、メルビル社製の液体窒素冷却ホルダーを改造し、MEMSチップを装着できる構造に変更した。また、MEMSチップを取り付ける位置に、一般的なφ3 mm試料を取り付けられるようにするアタッチメントを追加で用意した。
MEMSチップおよびφ3 mmアダプタは、ホルダーに設置された4極端子によって上部から挟み込み固定する方式を採用している。試料としては、Agar社製のAu-Pdスパッタリング膜（S106）と、ハルタゴールド社製のTiO2担体上に金ナノ粒子を担持したサンプル（RR2Ti）を使用した。S106はφ3 mmアタッチメントに固定して観察を行い、RR2Tiは加熱用MEMSチップ上に分散して作製した。
MEMSチップには、Norcada社とメルビル社が共同開発した加熱用チップを使用した。観察には透過型電子顕微鏡（JEM-ARM200F Cold FEG）を用い、高分解能像を取得した後、FFT（Fast Fourier Transform）を用いて分解能を評価した。観察温度は、S106を-137℃、MEMSチップ上に分散したRR2Tiを500℃の条件でそれぞれ観察した。
結果と考察 / Results and Discussion
図1に、-137℃で取得したS106のTEM像と対応するFFT像を示す。TEM像からはAu-Pdの格子が鮮明に観察され、FFT像ではパターンが等方的に広がっていることが確認された。
図2に、500℃で取得したRR2TiのTEM像およびそのFFT像を示す。こちらでもAuとTiO2の格子構造が鮮明に観察され、FFT像はS106同様、等方的な広がりを示した。これらのFFT像の比較から、4極端子による上部からの固定方式でも振動の影響が小さいことが示唆された。
以上より、新たに開発したホルダーとMEMSチップを組み合わせたシステムは、冷却下および高温下の両条件で安定した高分解能観察が可能であると考えられる。今後は、通電を伴うその場観察における充放電挙動の評価など、電池材料研究へのさらなる応用展開が期待される。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig 1: (a). -137℃冷却時のAu-PdのTEM像および、(b). (a)のTEM像から得られたFFT像。鮮明なTEM像と動径方向に均一に広がったFFT像が観察されている。
Fig ２: (a). 500℃加熱時のAu/TiO2のTEM像および、(b). (a)のTEM像から得られたFFT像。鮮明なTEM像と動径方向に均一に広がったFFT像が観察されている。
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件