Forsterite 微粒子の形状による赤外吸収への影響
小池千代枝、今井悠太、野口遼、茅原弘毅、
熊本明仁* 、墻内千尋*、周藤浩士**、土山明
大阪大学理学部* 立命館大学、 **国立天文台

ダスト（微粒子）の赤外吸収・サイズ・ 組成・粒子形状・凝集・温度・結晶性などの 影響を受ける

forsterite 微粒子について粒子形状・凝集の効果を調べる

Waters et al. 1998, Nature 391

NGC 6302

forsterite

Molster et al. 2001

ダスト（微粒子）の赤外吸収・サイズ・粒子形状・凝集・温度・結晶性などの 影響を受ける

Waters et al. 1998, Nature 391

NGC 6302

forsterite 微粒子について粒子形状・凝集の効果を調べる
forsterite

Molster et al. 2001

Sample Preparation
Mg(OH)2 + SiO2(Mg / Si = 2 / 1)

original
600C1day
650C1day
700C1day
800C1day
1150C1day
1200C1day
Fo fineNiB forsterite

加熱蒸発＆ 冷却凝縮

10000

加熱結晶化

球形forsterite（Mg2SiO4）粒子κ (cm2/g)

球形アモルファス粒子
1000

100

108 9 10203040

wavelength (µm)

O2Ar＠ 日清エンジニアリング

50 60 70 80 90100

Forsterite 微粒子のannealing後の赤外スペクトル
出発状態による影響
日清サンプル amorphous
NiA 平均サイズ 11 nm
NiB 平均サイズ 80 nm

凝集分散

形状による影響 － 加熱温度依存
NiA 球状・凝集 → 不規則形状
NiB 球状 → 不規則形状

NiA

形状によるスペクトル変化○どのくらいの加熱温度で両者のスペクトルは同じになるか○69ミクロンバンドの成長の様子

NiB今回の加熱

前回の加熱

今回の加熱

NiB_original

NiB_1100C3h

NiB_SEM

NiB_800C1d

NiB-1200C1dNiA_AM

NiA_800C1d

NiA_TEM

NiA_1000C1d
NiA_1600C3h

NiA_1200C3h

100001000

Original

1600℃3h
100108 9 102030405060 70 80 90100

NiB

wavelength (µm)

original
650C1day
700C1day
800C1day
1150C1day
1200C1day
Fo fine
1500C3h
1600C3h

10000

NiB
Original

1200℃1d1000

κ (cm2/g)κ (cm2/g)

NiA

NiAorig
NiA650C1d
NiA700C1d
NiA800C1d
NiA1000C1d
NiA1200C3h
NiA1300C96h
NiA1500C45.5h
NiA1600C3h

NiA

100108 9 10203040

wavelength (µm)

5060 70 80 90100

1000010000NiA1150C1d
NiB1150C1d
Fo fineNiA800C1d
NiB800C1d
Fo fine1000

1000

1001001150 0C1d

κ (cm2/g)

800 0C1d1010010100

NiA1200C3h
NiB1200C6h
Fo fineNiA1600C3h
NiB1600C3h
Fo fine

1000

1000

100

100

1200 0C_3&6h

1010

1600 0C_3h

10100

10wavelength (µm)

100

どちらのサンプルでも １２００度以上の加熱
ではFo fine とほぼ同じスペクトルになる
NiA1600C3h
NiB1600C3h
NiA1500C3h
NiB1500C3h
NiA1500C 45.5h
NiA1300C60h
NiA1300C96h
NiA1200C3h
NiB1200C6h
Fo fineκ (cm2/g)

10001001010100

wavelength (µm)

NiAorig
NiA650C1d
NiA700C1d
NiA800C1d
NiA1000C1d
NiA1200C3h
NiA1300C96h
NiA1500C45.5h
NiA1600C3h

NiA

1000

69 μm band

100NiA

NiA700C1d
NiA800C1d
NiA1000C1d
NiA1200C3h
NiA1300C96h
NiA1500C45.5h
NiA1600C3h

140120108 9 102030405060 70 80 90100

wavelength (µm)

100
κ (cm2/g)κ (cm2/g)

10000

80
60
40

69 ミクロンバンドは微粒子の形状により変化するか？

20068

6970

wavelength (µm)

7172

NiA__peakfit RT

Intensity (cm2/g)

NiA__subtract RT1001008080606040402020006869707172

NiA700C1d
NiA800C1d
NiA1200C3h
NiA1500C3h
NiA1600C3h68

wavelength (µm)

69707172

NiB_peakfit RT

NiB650C1d
NiB700C1d
NiB800C1d
NiB1150C1d
NiB1200C1d
NiB1500C3h
NiB1600C3h

peak intensity (cm2/g)

100806040200686970

wavelength (µm)

7172

NiA&B peakfit RT

NiA700C1d
NiA800C1d
NiA1200C3h
NiA1500C3h
NiA1600C3h
NiB650C1d
NiB700C1d
NiB800C1d
NiB1150C1d
NiB1200C1d
NiB1600C3h100

Intensity (cm2/g)

806040200686970

wavelength (µm)

7172

増加

69μmのピーク強度
annealing温度減少

700 ℃
1200 ℃
結晶性の増加？

NiA&B__peakfit RT

NiA&B__peakfit RT100

NiA700C1d
NiA800C1d 100
NiA1200C3h
NiB650C1d
NiB700C1d
NiB800C1d
NiB1150C1d 80
NiB1200C1d
Fo fine増加

Intensity (cm2/g)

80

6060

404020200068

69

70

71

1600 ℃
形状効果？

72減少

68

wavelength (µm)

NiA1200C3h
NiB1200C1d
NiA1500C3h
NiA1600C3h
NiB1600C3h
Fo fine

6970

71

72

69 μm band のcooling temperature dependence
400350κ (cm2/g)

300250

NiB1200C1d
NiA1500C3h
NiA1600C3h
NiB1600C3h

9K50K
100K

200200K

150

RT10050068.569.069.5

wavelength (µm)

70.070.5300

cooling temperature (K)250200150100NiB700C1d
NiB1200C1d
NiB1600C3h
Fo-fine50

NiB800C1d
NiA1500C3h
NiA1600C3h

068.8

69.069.2

peak position (µm)

69.469.6

1.2

FWHM (µm)

1.0

NiB700C1d
NiB1200C1d
NiB1600C3h
Fo-fine

NiB800C1d
NiA1500C3h
NiA1600C3h

0.80.60.40.268.8

69.069.2

peak position (µm)

69.469.6

ピーク位置は形状・サイズに依存？
1.2300
1.0

FWHM (µm)

cooling temperature (K)

250

200

150100NiB700C1d
NiB1200C1d
NiB1600C3h
Fo-fine50

NiB800C1d
NiA1500C3h
NiA1600C3h

0.8

0.6

0.4

0.2068.8

69.0

69.2

69.4

peak position (µm)

69.6

68.8

69.0

69.2

69.4

peak position (µm)

69.6

ピーク位置は形状・サイズに依存？
1.2300

1.0

FWHM (µm)

cooling temperature (K)

250

200

150

0.8

0.6100NiB700C
NiB800C
NiB1200C
NiA1500C 0.4
NiB1600C
NiA1600C
Fo-finemill&1000C3h
mill&1200C6h
0.2marusu

50068.8

69.069.2

69.4

peak position (µm)

69.668.8

69.069.269.4

peak position (µm)

69.6

FWHM は結晶性、形状に依存する
1.21.2
NiB700C1d
NiB800C1d
NiB1200C1d
NiA1500C3h
NiB1600C3h
NiA1600C3h
Fo fineFWHM (µm)

1.00.81.00.80.60.60.4

0.40.20.20.00.0050

100 150 200 250 300

mill&1000C3h
mill&1200C6h
marusu050

cooling temperature (K)100 150 200 250 300

まとめ
加熱温度 が １２００度以下
形状によりスペクトルが異なる
球形の粒子のときはピークがシャープで強い
加熱温度 が １２００度以上
最初の状態によらずスペクトルはほとんど同じ形状が不規則状のため
６９ミクロンバンドは、加熱温度により変化
ピーク位置、強度、半値幅が異なる
加熱温度 １２００度以下 結晶化は温度依存
１２００度以上 形状（晶癖）はっきりする