有機材料中の水素と重水素の分布を単一分子スケールで識別することに成功 新たな電子線分光技術により、分子や結合位置の特定に効力

有機材料中の水素と重水素の分布を単一分子スケールで識別することに成功新たな電子線分光技術により、分子や結合位置の特定に効力

2025年3月25日 10:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇多元物质科学研究所　教授　阵内浩司
多元物质科学研究所　讲师　宫田智众

【発表のポイント】

独自に开発した电子线分光技术を用いて、有机材料中の水素と重水素^（注¹^）の分布を、3ナノメートル（苍尘）^（注²^）という极めて高い空间分解能でイメージングすることに成功しました。
计算科学との融合により、高分子科学における长年の未解决课题であったレプテーションモデル^（注³^）の実証に近づく重要な手がかりを得ました。
本手法は、これまで観测が困难だった有机材料内部の化学结合や化学物质の空间分布を精密に特定できる新しいイメージング技术です。より高性能かつ高机能な材料の开発に向けた新たな指针を提供すると期待されます。

【概要】

プラスチックや有机半导体など高机能有机材料の特性を精緻に制御するには、材料内部の微细构造を分子レベルで解明することが不可欠です。しかし、これまで有机材料中の化学结合や分子の位置を分子レベルで特定できる技术がありませんでした。

东北大学多元物质科学研究所の阵内浩司教授と宫田智众讲师ら、产业技术総合研究所ナノ材料研究部门の千贺亮典主任研究员、大阪大学产业科学研究所の末永和知教授、防卫大学校応用物理学科の萩田克美讲师のグループは、电子线による分子振动マッピング法を独自に开発し、炭素に対する水素と重水素の化学结合の违いを见分けることで、有机材料中に存在する重水素标识分子の空间分布を3苍尘の分解能でイメージングすることに成功しました。本技术により、有机材料の精密な构造解析が可能となり、高性能かつ高机能な材料の开発が加速すると期待できます。

本研究成果は、2025年3月24日（英国時間）に、科学誌Nature Nanotechnologyに公開されました。

図1. 本研究で開発した手法の概要

【用语解説】

注1. 重水素：原子核が陽子1つと中性子1つで構成される水素の安定同位体。水素に対して質量は約2倍となるものの、ほぼ同じ化学的性質を示す。同位体は、原子番号が等しく、原子核の中性子数が異なる原子。

注2. ナノメートル（nm）：1ナノメートルは10億分の1メートル。1ナノメートルは1nmと表記する。

注3. レプテーションモデル：高分子のような鎖状構造がレプタイル（reptile：ヘビなどの爬虫類）のように軸方向に運動することを想定したモデルであり、高分子の粘弾特性を説明する代表的なモデル。

【论文情报】

タイトル：Nanoscale C-H/C-D mapping of organic materials using electron spectroscopy
着者：千贺亮典*、萩田克美*、宫田智众、王孝方、眞弓皓一、阵内浩司*、末永和知
*責任著者：東北大学多元物質科学研究所教授陣内浩司、産業技術総合研究所ナノ材料研究部門主任研究員（大阪大学産業科学研究所招へい准教授兼任）千賀亮典、防衛大学校応用物理学科講師萩田克美
掲載誌：Nature Nanotechnology
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