日本金属学会会報■■■

2019年12月 1 日発行（ 毎月 1 回 1 日発行）

Vol.58 No.12 ISSN 1340-2625

金属なんでもランキング！〜比熱〜

特集「高度微細構造解析に関する観察支援事業」〜文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム
微細構造解析事業体の紹介〜

講義ノート 焼結の基礎̶理論的背景から実際まで̶

Ⅲ．多粒子系の焼結緻密化挙動■

58

先達からのお便り 石田清仁先生（東北大名誉教授）

MTERE2 58（12）711〜816（2019）https://jim.or.jp/

2019

https://www.jim.or.jp/journal/m/（←まてりあ記事オンライン）

https://www.jim.or.jp/journal/m/

2019
Vol.58No.12

金属なんでもランキング No. 6

比熱……………………………………………………………………………711

特集「高度微細構造解析に関する観察支援事業」～文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム微細構造解析事業体の紹介～
企画にあたって 竹口雅樹 ………………………………………………………………………………713
微細構造解析プラットフォームが目指す研究開発基盤の構築 藤田大介 ……………………714
微細構造解析プラットフォーム(東北大学) 今野豊彦 權 垠相 西嶋雅彦 …………………717
最先端ナノマテリアル計測共用拠点(物質・材料研究機構)
竹口雅樹

中山佳子

根本善弘

…………………………………………………………………………722

先端ナノ計測プラットフォーム拠点(東京大学)
熊本明仁

松畑洋文

柴田直哉

幾原雄一 ………………………………………………………………727

高性能電子顕微鏡による反応科学・ナノ材料科学研究支援拠点(名古屋大学)
荒井重勇

山本剛久 ………………………………………………………………………………………733

ナノテクノロジー設備供用拠点(大阪大学) 保田英洋 ……………………………………………738
ナノマテリアル開発のための超顕微鏡解析共用拠点(九州大学)
松村

晶

村上恭和

波多

聰

安田和弘

工藤昌輝

福永裕美

…………………………………………………………………………746
最先端構造観察・計測共用拠点(京都大学) 倉田博基 ……………………………………………754
阿内三成

鳥山誉亮

前野宏志

先進ナノ構造・状態解析共用拠点(北海道大学)
柴山環樹

松尾保孝

Agus Subagyo

坂口紀史

渡辺精一 ……………………………………………758

最先端放射光ナノ計測・解析共用拠点(日本原子力研究開発機構)
米田安宏

吉越章隆

竹田幸治

塩飽秀啓

松村大樹

菖蒲敬久

田村和久 …………………………763

QST 微細構造解析プラットフォームが提供する放射光利用技術(量子科学技術研究開発機構) 片山芳則 高橋正光 佐々木拓生 綿貫 徹 町田晃彦 齋藤寛之 ………………………………770
産総研先端ナノ計測施設(産業技術総合研究所)
齋藤直昭

講義ノート

松林信行

井藤浩志

富江敏尚

藤井

焼結の基礎―理論的背景から実際まで―

剛

浮辺雅宏 ……………………………………776

．多粒子系の焼結緻密化挙動

吉田英弘……………………………………………………………………………………………………782
焼結緻密化の理論的な背景から実際の事例まで，最近のトピックスを交えながら概説．

学会・研究会だより

第20回 KIMJIM シンポジウム開催報告

はばたく

電子顕微鏡を通して学んだこと

先達からのお便り

蒼い軌跡

本会記事

会告 ………………………………………………795
会誌・欧文誌12号目次 …………………………807
次号予告 …………………………………………807
2020年度代議員候補者選挙投票依頼…………808
新入会員 …………………………………………808

今月の表紙写真

FIB 加工したフレークボール形状タングステン酸ビスマス粒子(W/Bi＝0.55)の (a)上部 SEM 像，(b)断面 SEM 像．文献
(12)．(柴山環樹 松尾保孝 Agus Subagyo 坂口紀史 渡辺精一 761頁 図 4(a)(b)より)

小島由継 ………………………………………789

前田拓也 ……………………………………………………791

石田清仁 ………………………………………………………………………………………792
支部行事 …………………………………………811
掲示板 ……………………………………………812
金属学会シンポジウム開催報告 ………………813
行事カレンダー …………………………………814

表紙デザイン北野玲

複写をご希望の方へ

本会は，本誌掲載著作物の複写に関する権利を一般社団法人学術著作権協会に委託しております．本誌に掲載された著作物の複写をご希望の方は，(一社)学術著作権協会より許諾を受けて下さい．但し，企業等法人による社内利用目的の複写については，
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6
41 乃木坂ビル 3F FAX 03
3475
5619 E
mailinfo＠jaacc.jp http://www.jaacc.jp/
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参考文献(1) 改定 4 版(2) 初版

金属データブック日本金属学会編，丸善，(2004).

元素大百科事典渡辺正他，朝倉書店，(2007).

次号金属素描
ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan

No. 7

ナトリウム



O

2

O

3

企画にあたって
竹

口

雅

樹

「文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム事業」は，

いて紹介頂いた．イノベーションの基盤的推進力として先端

ナノテクノロジーに関する最先端の研究設備とその活用のノ計測の重要性は世界的な共通認識であり，日本では微細構造

ウハウを有する機関が緊密に連携して，全国的な設備の共用

解析プラットフォームがナノテク・材料研究開発の基盤とな体制を共同で構築する事業であり，ナノテクノロジー関連科

るべく活動してきたことが述べられている．微細構造解析プ

学技術において基本となる 3 つの技術領域「微細構造解析」

ラットフォームでは事業当初から「最先端」「産業は学問の「微細加工」「分子・物質合成」で構成されている．「微細構道場」「グローバル」がキーワードであり，代表機関(NIMS)

造解析」領域である微細構造解析プラットフォームは，我がと実施機関は一体となってこれらのキーワードを意識した活国の最先端計測技術群の横断的かつ最適の組み合わせによる動を行ってきたことが紹介されている．続いて 11 の実施機

「知の集約化」により，ナノメートルからマイクロメートル

関の実施責任者の方々から各実施機関の特徴と支援実施例をのスケール領域における微細構造解析分野において全国レベ紹介頂いた．

ルの共用に供する枠組みを 11 の機関によって形成し，ナノ

本特集で紹介された各実施機関の特徴や事例をご覧頂き，

テク・材料分野における学問的・技術的課題の解決によるイ

是非，ナノテク・材料研究開発に対して本事業の活用の検討

ノベーションに寄与するとともに我が国のナノテクノロジーを頂きたい．また，今後の日本の研究インフラとしての先端の更なる発展，競争力向上，人材育成に貢献することを目的

計測の将来に対する本事業の取り組みに対してご意見・ご要とした活動を行っている．

望をお寄せ頂ければ幸いである．

2012 年 7 月か ら開 始され た 10 年プロ ジェ クト であ り，
2019 年度はその 8 年目にあたり，これまで本事業を通じて最後に，本特集において本事業の取り組みや支援事例を分多くの支援成果や新手法・技術が創出されてきた．ナノテ

かりやすく紹介頂いた執筆者の皆様，本企画をご支援頂いた

ク・材料の研究において最先端構造解析は新規材料における会報編集委員会前委員長の山本剛久先生(名古屋大学)に心よ機能発現由来や特性要因の発見に必要不可欠であり，それがりお礼申し上げます．

本事業によって誰もが容易にアクセスでき，高度な技術を持
つ技術スタッフや構造解析の専門研究者の支援によって高い★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

レベルでの解析サポートまでが受けられるという仕組みが構1993 年築されたことは画期的である．高額であり多機能な装置を使
いこなし，維持し，データ解釈に悩むといった労力が軽減され，コスト的にも時間的にも高効率に研究成果が得られることから，今ではナノテク・材料分野の研究業界においてなくてはならないインフラとなっていると言えよう．
この特集では，最初に微細構造解析プラットフォーム事業の運営責任者である物質・材料研究機構(NIMS)の藤田大介
先生に微細構造プラットフォーム事業の概要と活動状況につ竹口雅樹

大阪大学大学院工学研究科後期課程応用物理学コース専攻 修了
1993 年 4 月1998 年 3 月 日本電子株式会社 EOD 技術本部
1998年 4 月2001年 3 月 科学技術庁金属材料技術研
究所
現在 物質・材料研究機構
2001年 4 月2012年 7 月現在 微細構造解析プラットフォーム運営マネージャー
専門分野透過型電子顕微鏡◎透過型電子顕微鏡によるその場観察と 3 次元観察に関する技術開発と応用研究に従事．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

物質・材料研究機構 技術開発・共用部門電子顕微鏡ステーションステーション長(〒3050047 つくば市千現 121)
Preface to Special Issue on Introduction of Advanced Characterization Nanotechnology Platform(MEXT); Masaki Takeguchi(Transmission Electron Microscopy Station, Research Network and Facility Services Division, NIMS, Tsukuba)
Keywords: advanced characterization nanotechnology platform (ACNP), research infrastructure, research support network
2019年11月11日受理[doi:10.2320/materia.58.713]

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan微細構造解析プラットフォームが目指す
研究開発基盤の構築
藤

田

大

介

術が障壁となっているとし，計測技術を米国が先導すること.

基盤的研究力としてのナノテクノロジーと先端計測が戦略的に重要とした(5)．この観点からもナノテクノロジー
における先端計測技術である「微細構造解析技術」はイノベ

我が国の産業は“卓越したものづくり”をコアコンピタンーションの基盤技術の一つといえる．

スとし，イノベーションによって競争力の強化を図ってきた．第 5 期科学技術基本計画では超スマート社会の実現を.

ナノテクノロジープラットフォームの概要

提唱しているが，情報と人工知能により仮想空間と現実空間が融合した未来社会創造を意味する(1)．これにより大変革時

ナノテク・材料におけるイノベーションの持続的創出には代においても持続可能な世界を実現し，持続可能な開発目標

先端ナノテク設備共用のインフラが必要とされる(6)．科学技(Sustainable Development Goals: SDGs)などグローバルな術戦略として欧米はナノテク・材料分野の研究インフラへ重課題の解決を目指すと理解できる． 2018 年度科学技術白書

点投資してきた．計測がイノベーションの障壁となる場合，に よ れ ば SDGs と 科 学 技 術 イ ノ ベ ー シ ョ ン の 推 進 が 謳 わ

最先端の計測機器と計測ノウハウをパッケージとして利用でれ，研究成果を生み出す人材力や研究活動を支える知の基盤

きる共用支援プラットフォーム( PF)構築がキーとなる．ナな どの “基 盤的な 力”の 強化 が重 要とさ れた(2) ．さ らに

ノテク共用化の嚆矢となるナノテクノロジー総合支援事業

2019 年度科学技術白書では価値の中心がモノから情報に移( 2002 ～)とイノベーション指向のナノテクノロジーネット

行する知識集約型社会への転換が起きるとし，「基礎研究に

ワーク事業( 2008 ～)において，ナノ計測，微細加工，分子よる知の蓄積と展開」の重要性が高まるとされた(3)．「知の合成，極限環境，放射光に関わる研究支援が実施された．ナ

基盤」強化として研究施設の整備，共用，ネットワーク化のノテクノロジープラットフォーム(以下，ナノプラと略す)は促進を図るための取組が重要である．

大学・国研等が協力体制を組み，産学官のユーザーに利用機

イノベーションの基盤的推進力としてナノテクノロジーと会を等しく提供するプロジェクトとして 2012 年から開始さ先端計測を挙げることができる． 60 年前にファインマンがれた．現在， 25 機関・ 38 組織が参画している．微細構造解

ナノテクノロジーを予言した通り，原子スケールの制御と加析評価(微細構造解析 PF )，ナノスケールの精密加工(微細工，原子分解能の電子顕微鏡などの新技術が前世紀末までに加工 PF)，分子物質の合成(分子・物質合成 PF)が支援領域実現された．さらに走査型トンネル顕微鏡( STM )などの新である．ナノプラはセンター機関・代表機関・実施機関が連

たな原子分解能計測法が次々と発明されることによりナノテ

係し，一体的に機能することにその特徴がある．約 1000 台

クノロジーはイノベーションの基盤技術に成長した．

以上の先端機器設備を Web サイトで紹介し，利用申請にあ

一方，先進諸国ではイノベーションにおける先端計測の重たっては，様々なユーザー利便性の向上が図られている(7)．

要性が強く認識されている．計測分析の世界市場を俯瞰する

年間利用課題数は約 3000 件超，企業利用率は約 3 割に達すと米国が圧倒的占有率( 60 超)でありドイツと日本がそれるなど，アカデミアと産業界の研究課題解決に貢献している．

に続く(4)．米国は産業分野のイノベーションに対して計測技
物質・材料研究機構 先端材料解析研究拠点拠点長(〒3050047 つくば市千現 1
21)
Construction of Research Infrastructure by Advanced Characterization Nanotechnology Platform; Daisuke Fujita(Research Center for Advanced Measurement and Characterization, National Institute for Materials Science, Tsukuba)
Keywords: nanotechnology, platform, research infrastructure, advanced characterization, advanced electron microscopy
2019年 9 月 2 日受理[doi:10.2320/materia.58.714]



特

集

図1

.

微細構造解析プラットフォームの構成．(オンラインカラー)

微細構造解析プラットフォームの概要

物質・材料研究機構(NIMS)は微細構造解析 PF の代表機
関として全国 11 実施機関を取り纏め，オールジャパンで最先端計測共用基盤の構築を推進している．最先端ナノ計測施
設群を横断的に組み合わせ「知の集約化」を図り，産業競争力の向上や研究人材の育成を推進する．参画機関が開発・整備した先端的なナノ計測装置群を研究支援に供することにより「飛躍的知」の創出をめざす．さらに，産業界のニーズに応える研究支援と異分野融合を行う．
2011 年の「次期施設共用ネットワーク意識調査」によれば上位 10 件のうち 9 件までが計測分析設備であり，電子顕

図2

微細構造解析プラットフォームにおける利用件数と企業利用件数の年次推移．(オンラインカラー)

微鏡， X 線分析・表面分析，組成構造分析，高性能走査電子顕微鏡，放射光計測，走査型プローブ顕微鏡等の先端ナノ計測技術によって占められた．特に利用者ニーズの非常に高い先端電子顕微鏡を重点コア設備としつつ，放射光，先端プている．一方，企業利用件数も順調に伸長し，企業利用率はローブ顕微鏡，強磁場 NMR などの最先端計測設備を有する

目標の 20 を超える約 30 にまで達している．利用料収入

11 機関(北大，東北大， NIMS ，産総研，東大，名大，京も企業利用率の拡大に伴い順調に増大する傾向にある．利用

大，阪大，原子力機構，量研機構，九大)を結集し，微細構件数ならびに利用日数はほぼ飽和に達したことから今後は研造解析 PF を構成した(図)．全国 6 ブロックに拠点配置す究支援の質の向上に力を入れる．

ることにより，地域ニーズに応える研究支援と横断的な異分野融合を推進している．

微細構造解析 PF ではユーザーに優しい共用システムを構築し，実施機関や最先端計測設備の情報，支援形態や利用事
例の紹介，利用相談や課題申請の情報，地域セミナーなどの.

微細構造解析プラットフォームの活動成果

イベント紹介などの情報を発信している(8)．多様な支援ニーズに対応する多様な利用形態を設定し，利用機会の公平性と全利用件数ならびに企業利用件数の年次推移を図に示す．

実効性を確保するため審査ガイドラインを共通化した．

2012年当初事業目標では年間600件としていたが順調に利用

新規ユーザー開拓のための広報アウトリーチ活動も活発に件数が増加した．現在は年間約 1000 件の利用課題に対応し行っている．例えば設備利用講習会は共用設備と支援内容の

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan理解を通じて機器利用を促進するために実施し，施設見学や問の道場である」の言葉を引用することが多い．基礎学理に実習を含むなど技術スタッフとユーザーが直接に交流する場

基づき応用研究が進み産業技術へ発展するプロセスが重要でとしている．地域セミナーは実施機関が担当する地域のユーある．微細構造解析 PF は産業界のイノベーションを加速す

ザーや潜在利用者を対象にし，最新技術動向や企業計測ニーるとともに飛躍的知の創出と先端計測人材の育成に資する好ズをリサーチする場として活用している．さらに，各実施機

循環を提供したい．

関の支援現場の動画コンテンツや利用に至るハードルを下げる漫画チラシなどの効果的な広報活動にも取り組んでいる．

文

献

一方，技術支援者の人材育成を目的として，事業当初より
技術スタッフ交流プログラムも実施している．若手技術支援者が，希望する別の実施機関に 1 週間程度滞在し，支援者間の人的交流を促進しつつ高度計測技術の習得を行うものである．技術スタッフが先端計測ノウハウを共用することにより PF 全体としての先端計測支援能力の向上に資する．また，技術スタッフの海外研修制度を独自に設け，欧米・豪
州・アジアの先進的な共用システムを学び，研究支援能力の向上に資するとともに国際的人材育成にも寄与している．さらに，中長期的な技術スタッフの交換や合同ワークショップなどを目的とした MOU (豪州 AMMRF など)を通じて先端
計測共用支援における国際的な連携を推進している．

( 1 ) 内閣府総合科学技術・イノベーション会議編第 5 期科学技
術基本計画(2016)( 2 ) 文部科学省科学技術・学術政策局企画評価課編平成 30 年版
科学技術白書(2018).
( 3 ) 文部科学省科学技術・学術政策局企画評価課編令和元年版
科学技術白書(2019).
( 4 ) NIST Special Publication 1048, NIST(2007).
( 5 ) 調査報告書「日本分析機器産業の国際競争力強化について」，
産業技術総合研究所(2011).
( 6 ) 研究開発の俯瞰報告ナノテクノロジー・材料分野，科学技術振興機構 研究開発戦略センター(2017).
( 7 ) https://www.nanonet.go.jp/( 8 ) https://www.nims.go.jp/acnp/★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

用も増加し，国際的な先端ナノ計測共用拠点として順調に成1986年 東京大学大学院工学系研究科修士課程修了
同年 東京大学生産技術研究所助手
1991 年 工学博士，科学技術庁金属材料技術研究所
研究員
2006年 NIMS ナノ計測センター長
2010年 NIMS ナノテクノロジー基盤領域長
2011年 先端的共通技術部門長
2012 年 文科省ナノテクノロジープラットフォーム
微細構造解析 PF 運営責任者
藤田大介
2016年 NIMS 理事
2018年 4 月現職
専門分野ナノ材料科学，ナノ物性計測，表面科学，
真空科学◎極限環境場表面敏感計測手法，オペランドナノ計測手法の開発と応用に従事．電子，フォトン，イオン，相互作用力等を用いた表面敏感ナノ解析技
術を中心に活動．

長した．微細構造解析 PF では本多光太郎博士の「産業は学★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

. ま

と

め

微細構造解析 PF を立ち上げて 8 年近くが経過し，アカデ
ミアのみならず大企業や中小企業の研究者に対する支援課題
数は前身のナノテクノロジーネットワーク事業に比較して飛躍的に増大した．セミナー，設備利用講習会，ワークショッ
プ，広報活動，国際連携などを通じて内外における可視性は高まった．国内のみならず海外機関の研究者による申請や利



特

集

微細構造解析プラットフォーム(東北大学)
今 野 豊 彦 權垠 相
 西 嶋 雅 彦
ものであり， CINTS 設置の一年後，テクニカルサポートセ

.

は じ

め

に

ンター( TSC(2) )が学内に設置され，ナノテク関連以外の装置共用体制もスタートした．

東北大学におけるナノテク関連支援事業の歴史は長く，第一方， 2011 年 3 月 11 日の震災により本学の超高圧電子顕一期超高圧電子顕微鏡による支援(20022006年度)，第二期

微鏡は筐体内部の加速管の崩壊により使用不可能となった．

イノベーション創出事業(20072011年度)，第三期ナノテク

当時はすでに北大－名大－阪大－九大を中心とした超高圧電

ノロジープラットフォーム事業(20122021年度)の三期にわ

子顕微鏡連携ステーションが順調に活動を行っていたこともたっている．参画分野も第一期では電子顕微鏡による構造解あり，東北大学では電顕を用いた学内外への支援活動の主力

析分野のみであったが，第二期では微細加工，分子・物質合を超高圧電顕から収差補正電顕へ移行した．現在の第三期事成，強磁場，構造解析という異なった分野が一枚岩となって業としてのナノテクノロジープラットフォーム事業(ナノプ

学内外の研究者に対する支援活動を行った．本学が法人化しラ事業)がスタートしたのはこの次期であり，東北大学ではたのは 2004 年であり，その前にスタートした第一期では課

当初，微細加工，分子・物質合成，構造解析の分野がそれぞ

金制度や知財保護に関する枠組みが不十分であったため産業れのプラットフォームの実施機関としてこの事業に参画し界への支援等も十分ではなかった．この反省を受けて，第二た．一方，分子・物質合成の実施責任者の異動などに伴い，期では使用料金に関わる制度設計，産業界への支援，分野融2018年からこの分野は構造解析 PF に統合され，本学では現合を通してイノベーションを創出していくという方針が文科

在，微細加工と構造解析の分野において支援活動を行ってい省から強く出された．一方，法人化して間もない大学でも経る．本稿では構造解析分野における動向をまとめる．

営の自立化に関わる財務改革が中期目標の中に謳われ，この事業における課金制度の確立は法人化した大学の方針とも一.

開放している装置群と支援例致した．そのため，第二期事業への参画と同時に本学では「共用設備運用組織」としてナノテク融合技術支援センター

表に CINTS として学内外に提供している装置をまとめ(Center for Integrated NanoTechnology Support: CINTS(1))

た．材料の組成，構造・組織さらに分子構造に至るまで広範を産学連携推進本部(当時)内に設置し，複数の部局を横断すな装置群をワンストップで利用できる体制ができている．こる分野を越えた支援体制を確立した．また，この事業が採択

れら装置群には東北地区で唯一の機能を有する先端的な装置

されて間もない 2007 年 7 月には本学財務部裁定の貸付基準も含まれているが，仮に装置が最先端であっても，このことが施行され，分野横断，産学連携，課金制度による自律したは最先端の支援と同義ではないのは当然である．多様なユー運営に向けての枠組みが整った．この枠組みは大学全体の装ザーの声に応えつつ，汎用機器からハイエンド機器を的確に置共用や受益者負担による装置利用の考え方の先鞭をつける

使いわけ，ユーザーのニーズに踏み込んだ支援を行っていく東北大学金属材料研究所教授(〒980
8577 仙台市青葉区片平 211)東北大学大学院理学研究科巨大分子解析研究センター准教授
東北大学先端電子顕微鏡センターナノテク支援室特任准教授
Structural Analysis Platform of Tohoku University; Toyohiko J. Konno, Eunsang Kwonand Masahiko Nishijima(Institute forMaterials Research, Tohoku University, Sendai. Research and Analytical Center for Giant Molecules, Tohoku University, Sendai.
The Electron Microscopy Center, Nanotechnology Support, Tohoku University, Sendai)
Keywords: electron microscopy, NMR, mg alloy, Fullerene, Biomaterials
2019年 7 月31日受理[doi:10.2320/materia.58.717]

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan




表1

Mg76.7Al10Y13.3 合金の組織の反射電子像．
装置名(製造元)

透過電子顕 JEMARM200F
微鏡(JEOL)

主な仕様
冷陰極 FE 銃，収差補正(照射系・結像系)，EELS

Titan3 60300 (TFS) 熱 FE 銃，収差補正(照射系・結像系)
走査型電子 SU8000, S
5500
(HH)
顕微鏡

冷陰極 FE 銃，低加速電圧観察，インレンズ(S5500)

収束イオン Versa 3D, Quanta 3D デュアルビーム，試料ピック
アップ，3D 構築
ビーム装置 (TFS)
核磁気共鳴 JMMECA800(JEOL)
装置
発光分光

ICPE9000 (SS)固体 NMR(マジック角回転速度 80 kHz)ppb レベルの検出能力と広いダイナミックレンジ

図1

Mg76.7Al10Y13.3 合金の組織の反射電子像．

製造元JEOL日本電子株式会社，TFSサーモフィッシャー
サイエンティフィック株式会社， HH 株式会社日立ハイテクノ
ロジーズ，SS株式会社島津製作所
主な仕様 FE (電界放射型)， EELS (電子線エネルギー損失分
光)ことが最も重要である．以下，いくつかの例を通してこの状況をみていきたい．


マグネシウム合金における規則相の構造解析

2001 年に Mg Zn Y 合金中に発見された長周期積層構造

図2(LPSO 構造)は超々ジュラルミンを超える優れた機械的特性

Mg75Al10Y15 合 金 の LPSO 相 の [ 11̃00 ] 入 射 の
ABFSTEM 像と HAADFSTEM 像．

と耐燃，耐腐食性を示す事から，現在盛んに開発実用化が進められている．仙台高等専門学校においても 2015 年， 10Hの LPSO 相 の [ 11̃00 ] 入 射 の ABF STEM 像 と HAADF 

構造と呼ばれる新しい積層構造を持つ LPSO 型 Mg Al Y

STEM 像を示す．L12 クラスター(Al6Y8)の中心位置に原子合金が存在が示された．この系は，Mg 基 LPSO 合金においの存在を示すコントラストが明瞭にみられ Al または Mg 原て多くの結果が報告されている Zn を含む合金系と比較し未子がクラスター中心位置に存在している事が確認された．更

知な点が多く，構造解析を進めるためには構成元素をある程にコントラストの弱い，あるいはほとんどみられない位置度識別できる電子顕微鏡が必要であった．当プラットフォー(白矢印)もあり一部空孔になっている可能性がある．これら

ム で は SEM / FIB を は じ め ， 収 差 補 正 TEM を 用 い て ，の結果より，クラスター内に特定の原子の占有等，新規構造

MgAlY 合金の構造解析をテーマとする高専専攻科の学生が従来の構造モデルとは異なる可能性が示唆されている．まに研究支援を行った．ここでは MgAlY 合金，MgAl(Y,た ， 図  に Mg75Al10Y12.5Gd2.5 合 金 の 10H 型 構 造 相 のGd )合金における観察の概要を述べる．(各試料は，高周波[ 112̃0 ]入射の STEM EDS マッピングを示す．添加( Y 置

溶解により射出鋳造，熱処理は Ar 雰囲気中530～550°
Cで行換)元素の Gd がクラスター内の Y 位置を一部占有している．

われた．）

Gd の置換添加量の増大と共に L12 クラスターの c 軸方向に

図に FIB に付随した反射電子検出器によって取得され方向のクラスター間距離の増加と共に，不規則化が進行する

た Mgbal(Al3Y4)x 合金の組織を示す．反射電子像では原子番様子が観測され，Y に対する Gd の置換が c 軸方向のクラス

号を反映したコントラストが得られるが，像の濃淡から二種

ター間相互作用を弱める効果を有していることが明らかにな類の領域の存在が確認できる．デュアルビーム機能を有してった．

いるので，この中の任意の領域から FIB により TEM 試料

これら の研究 は高 専専 攻科生 によ りなさ れたも ので あを抽出することが可能である．結果を要約すると，新規り(3)(4)，支援業務の一環として装置利用に関わるチュートリ

LPSO Mg 合 金 の 理 論 組 成 で あ る x ＝ 3.3 近 傍 に お い て ，アル的指導，そして LPSO 相の安定性に関する議論など，

LPSO 相を形成する L12 クラスターの c 軸方向での不規則な

材料科学そのものに関わる助言なども日常的に行ってきてお18R 型 LPSO 構造(濃灰)が確認され，添加元素量 x の減少

り，当プラットフォームでは今後も年齢やバックグランドにに伴い 10H 型構造が 18R 型構造へと変化する事が一連の観関係なく，エントリーレベルのユーザーにはこのような支援察により示された．

姿勢を続けていくことが必要であると考えている．

構造観察の一例として，図に単相に近い組成(x＝4.0)で



特

集

図3




Mg75Al10Y12.5Gd2.5 合 金 ( 533 °C 熱 処 理 ) の
HAADFSTEM 像と STEMEDS マッピング．

リチウムイオン内包フラーレンの分光解析

図4

Li＋ ＠ C60 の合成過程で生じる不溶性固体の 7Li
固体 NMR スペクトルと構造モデル．

り，工程の簡略化と単離における効率性の向上を同時に実現している．

1985年に実在することが示されたフラーレン(C60)は医薬

このように本事業では東北地区で最高性能を有する固体から電子材料まで幅広い応用が考えら得ている物質である．

NMR を産業界に開放しているが，この結果がプロセッシン

学術的にもその合成法，金属元素をインターカレートし周期

グレベルまで直結していることを強調したい．このような支構造を有する固体や，逆に金属元素を二十面体の内部に含む

援は電子顕微鏡を用いた構造解析に関しても同様であり，特内包フラーレン(M ＠ C60)など，様々な観点から研究が進めに東北地区の企業との産学連携の枠組みは当事業により加速られている．リチウムイオンを C60 フラーレンケージ中に閉している．

じ込めたリチウム内包フラーレン( Li＋ ＠ C60 )は 2010 年に初めて単離され，その構造が明らかになって以来(5)，様々な基礎および応用研究が行われている(6)．東北地区にもリチウム

バイオマス由来のグラファイトナノシェルチェーンの構造解析

イオンを内包した Li＋＠C60 を合成する企業(イデア・インタ

近年の利用形態の動向の一つにプラスチック，生体材料なーナショナル社(7))があり，電子を授受する機能が高いこと

ど，いわゆるソフトマターの解析依頼の増加があげられる．

から様々な工学的利用が考えられている．電子授受は触媒や一連の支援事業が開始された 2001 年では実施部局である金電極などの応用に直結するが，一方でそのためには電子状態

属材料研究所が得意とする合金の組織・構造解析が支援の主を正確に把握しておく必要がある．特に，リチウムがフラー体であったが，現在はソフトマターに関する支援が全体の 3レンに内包できているか外接しているかの情報は合成プロセ

割を超えている．内容も樹脂に埋め込まれた数 nm の金属微スを開発する上で不可欠である．これは，従来の ICP 法に粒子の分散状態から細胞の断面観察まで多岐にわたっていよるリチウムの定量や元素分析などの破壊的方法では得られる．ここではバイオマス由来のナノ構造体の観察を紹介する．

ない．また，破壊的な分析法を用いた場合，貴重なサンプル

北海道には豊富な木材資源があることから，木材資源からの回収が不可能であった．このプラットフォームで提供して水素等の燃料を回収した後に木炭化されたアモルファス状カいる固体 NMR は C および Li の共鳴周波数領域における化

ーボンをナノ構造化する研究開発が進められている．北見工学シフトを精密に解析することが可能であり，さらに ICP

業大学のグループでは針葉樹や広葉樹起源の木炭に対して酢による Li 定量と併用することにより， M ＠ C60 の内部構造

酸金属塩を用いた含浸処理を施すことで，触媒金属を注入だけではなく， M ＠ C60 が通常の C60 にどのような形で囲まし，熱処理によりナノグラファイトチェーンを得ることに成れクラスターを形成しているか予測することが可能である．

功した．得られた集合体は高い比表面積を有することから触プロセッシングという観点からも M＠C60 を単離するために媒や誘電体としての応用が期待されているが(8)(9)，一方でイオプティマムな工程の提示につながる．

オン状に浸透した金属がどのような状態で木炭のグラファイ

図に Li＋ ＠ C

60 製品の製造過程で生じる不溶性物質につト化を促進しているかというメカニズムは，試料がグリコーいて行った固体 7Li NMR の測定により推測される Li＋＠C60

スやリグニンからなる木細胞という複雑構造体であることもを中心とするクラスター構造モデルを示す．この知見をもとあり，推測の域を出ていなかった．電顕観察という観点からにユーザー企業ではこの結果を受け， Li＋ ＠ C60 の単離・精すると，カーボンを主体としたナノ構造体の観察は，ダメー

製プロセスを検討し， Li＋ を C

60 フラーレンにイオン注入す

ジを避けるという観点からは低加速における観察が望まれる際に残ったイオンを除去するプロセスを変更することによた．そのため当実施機関では．酢酸ニッケル水溶液中で含浸

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan




図6

空気中で焼成しアモルファスマトリックスを除去したグラファイトナノシェルチェーンの高次構造(二次電子像( 3 kV )によるステレオペア(左右の目で右左の像をそれぞれ観る))．

いる．すなわち，これらの金属粒子が触媒作用を起こすこと
により炭化したアモルファス状の木片がグラファイト化していることがわかる．
この構造は表面積が大きいことから触媒や電子材料素材としての応用が考えられるが，そのためには触媒として用いた
図5( a ) カ ラ マ ツ 木 粉 フ レ ー ク の 全 体 像 ( SEM ( 30kV ))，( b ) および( c) 表面突起部(白い縁で囲んだ部分)の STEMBF および STEMHAADF 像．

金属を除去し，さらにグラファイト化しないまま残っている
アモルファスカーボンの領域を除去する必要がある．前者の目的を達成するためには酸洗処理が，後者の目的のためには
アモルファスカーボンとグラファイトの酸化挙動の差を利用した空気中での焼成処理が行われている．図に大気中にて処理された粒径 0.52.0 mm 程度のカラマツ木粉，ならびに焼成しアモルファスマトリックスを除去した後の GNSC か500°
Cにおいて熱処理された同素材を SEM モード，STEM

らなる高次構造を示す．これは加速電圧 3 kV で撮影した二BF モード，STEMHAADF および TEM により観察した．

)傾斜することに次電子像である．これは試料を数度(510°

図は含浸とその後の低温熱処理後のフレークを 30 kV

よって得られたステレオペアであり， GNSC が立体的に成の加速電圧で撮影した SEM 像である．試料は TEM 観察用長している状況がわかる．

のマイクログリッド上に担持されており，グリッドとなるカ

一連の支援結果には学術的にも新規な内容が多く，ユーザ

ーボン膜とともに試料そのものが電子線を透過している．詳ーとディスカッションを繰り返す過程で最終的に当事業の支細に観察すると表面に突起部があることがわかる．(b)およ援員により論文(10) にまとめられ公表された．このことはアび(c )は白枠領域の突起部を拡大し，STEM BF(明視野)な

カデミアに対し十分通用するレベルに支援員がいて初めて実

らびに STEMHAADF モードで撮影した写真である．特に現することであり，同時に支援業務が単に装置共用という範後者において直径 10 nm 程度の粒子状のコントラストが観疇を越えた，学問的にも未踏の領域の研究テーマとして位置察されるが，このことからこの領域に金属状の粒子が存在づけられる可能性を秘めていることを示唆している．

し，かつその粒子を中心とするカーボンが木炭フレークの表層部に突起していることがわかる．このように酢酸ニッケル

.

お

わ

り

に

水溶液により含浸した木粉内には 500°
C処理により金属ニッ
ケル微粒子が分散しているだけではなく，この温度において

本稿では東北大学におけるナノプラ支援事業による活動の一部の領域ではすでに反応が進行していることが明らかとな一断面をまとめた．年間の支援日数は400日近くに達し，こった．さらに 900°
Cにおいて焼成処理を施すと，均一なコンの数は増え続けている．この傾向は広い意味では文科省が掲トラストを呈するマトリックス内に曲がりくねりながら成長げる「ラボ改革 ― Society5.0 時代にふさわしい研究環境へするコントラストが観察される．詳細に調べるとこれはグラ―」の方向性と一致しており，その意味ではこの事業は同じ

ファイトが 50 nm 程度のシェル状となり，それが連なった

く文科省が掲げる「研究力向上改革 2019 」のフロントラン

ものであることがわかった．この構造は ``GraphiticNano

ナーともいえる．今後も最先端機器がすべての研究者に開放

Shell Chain''(GNSC)と呼ばれている．この GNSC 内にすべされ，この国の研究力が世界をリードしていく立場に引き続てに金属ナノ粒子が存在するわけではなく，( b )および( c )き居られることを祈念して本稿を終える．

の写真からもわかるように凝集した粒子はまばらに分散して



特

集

文

献

( 1 ) http://cints
tohoku.jp/( 2 ) https://tsc.tohoku.ac.jp/( 3 ) 菅原 栞「 MgAl Y 合金の新規 LPSO 相近傍組成における組織変化」，仙台高等専門学校専攻科 平成30年度専攻研究論
文．
( 4 ) 阿部亮太「MgAl(Y, Gd)合金の組織における希土類元素の添加効果」，仙台高等専門学校専攻科 平成30年度専攻研究論
文．
( 5 ) S. Aoyagi, et al.: Nature Chemistry, 2, (2010) 678.
( 6 ) 最近の研究報告例Y. Kawashima, K. Ohkubo and S.
Fukuzumi: J. Phys.Chem. A, 116(2012), 8942; H. Ueno, Y.
Nakamura, N. Ikuma, K. Kokubo and T. Oshima: Nano Res., 5(2012), 558; Y. Matsuo, H. Okada, M. Maruyama, H. Sato, H.
Tobita, Y. Ono, K. Omote, K. Kawachi and Y. Kasama: Org.
Lett., 14(2012), 3784.
( 7 ) http://www.lic60.jp( 8 ) T. Suzuki, T. Yamada, N. Okazaki, A. Tada, M. Nakanishi, M.
Futamata and H. T. Chen: Mater. Sci. Res. Int., 7, (2001) 206212.
( 9 ) K. Suzuki, T. Suzuki, Y. Takahashi, M. Okimoto, T. Yamada

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan

and N. Okazaki, et al.: Chem. Lett., 34(2005), 870.
(10) Y. Kodama, K. Sato, K. Suzuki, Y. Saito, T. Suzuki and T. J.
Konno: Carbon, 50(2012), 3486.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
今野豊彦
1993年 米国スタンフォード大学大学院修了
略歴 新日本製鐵株式会社中央研究本部，東北大学金属材料研究所 助教，准教授，大阪府立大学 教授を経て，2006年 4 月より東北大金研 不定比
化合物材料学研究部門 教授
専門分野主に電子顕微鏡を用いた構造・組織解析◎金属や酸化物の構造安定性の起源と物性との関わり，組織形成が研究対象．担当講義は解析力学，統計物理，構造解析学など．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

今野豊彦

權

垠相

西嶋雅彦




最先端ナノマテリアル計測共用拠点(物質・材料研究機構)
竹 口 雅 樹1

) 中 山 佳 子2
) 根 本 善 弘2)援を提供している．ナノテク・材料分野から技術立国日本を

.

NIMS 微細構造解析プラットフォームについて下支えするために，アカデミアのみならず，産業界との交流と連携を積極的に推進し，産業界が有する技術的課題を解決

NIMS 微細構造解析プラットフォームは，「最先端ナノマすることも重要なミッションである．

テリアル計測拠点」としてつくば市 3 地区(桜，千現，並木)設備としては， TEM が最も多く，様々な種類の材料のと西播磨地区( SPring 8 )に位置している(1) ． NIMS の最先

TEM 試料作製(薄片化)に対応し得る試料作製装置群と豊富

端ナノ計測設備群と計測解析ノウハウを融合し，国内外の物な作製ノウハウを有していることも NIMS 微細構造解析プ

質・材料に関する研究者や技術者を支援している．設備としラットフォームの大きな特徴である．表は NIMS 微細構ては，高性能の透過電子顕微鏡(TEM )や走査透過電子顕微

造解析プラットフォームの TEM 支援担当である電子顕微鏡

鏡( STEM )群を中心として，走査型ヘリウムイオン顕微鏡

ステーションが有する主な試料作製技術を示している(2)．集や極低温高磁場 STM ，先端 SPM， TOFSIMS 等による表束イオンビームや楔形研磨で薄片化した後，仕上げに低加速面ナノ解析，高輝度放射光による X 線構造解析や光電子分

Ar ビームを組み合わせるなど，高品質な薄片試料を得るに

光計測，強磁場固体 NMR 等の最先端計測装置群の相補的活は，様々な工夫が必要である．また，薄片試料作製のプロセ用により，表面からバルクに至る先端ナノ計測による研究支スには，TEM による予備観察は必須であり，図に示すよ

表1
試

料

作

NIMS 微細構造解析プラットフォームで提供する主な TEM 試料作製方法．
製

法

備

考

ディンプル・グラインダー＋
精密イオン研磨装置PIPS(クライオ対応)

直径 3 mm および 2 mm 四方に整形した試料中央部分に機械研磨で窪みをつけ，その後 Ar イオンで研磨する．あらゆる材料に適する．標準的な TEM 試料作製方法．

イオンスライサー(冷却ステージ無し)

対角 3 mm の短冊形に整形した試料を 100 mm まで機械研磨をし，その後 Ar イオ
ンで研磨する．機械研磨に弱い材料に適する．広い領域を薄く出来る．

集束イオンビーム＋大気中ピックアップ

集束 Ga イオンビームで任意の場所を薄片化後，大気中に取り出し，光学顕微鏡観
察しながらガラスプローブを用いて薄片をグリッドに固定する．

デュアルビール＋マイクロサンプリング(SEMEDS 有り)

SEM で観察をしながら集束 Ga イオンビームで任意の場所を薄片化する．リフト
アウトからグリッド固定までの一連の作業が装置内で実現可能．

楔形研磨

楔形に機械研磨した後，通常，化学機械研磨(CMP)研磨で仕上げを行う．広い領域で薄い試料が作れ，最小厚さ 10 nm 以下も可能．試料ダメージが少ない．

ウルトラミクロトーム(クライオ対応)

バイオや有機材料などソフトマテリアルのための試料作製方法．

アルゴン・イオンミリング物質・材料研究機構 技術開発・共用部門電子顕微鏡ステーション1)ステーション長 2)NIMS エンジニア(〒3050047 つくば市千現 121)
Advanced Nanomaterial Characterization Platform (National Institute for Materials Science); Masaki Takeguchi, Yoshiko Nakayama andYoshihiro Nemoto (Transmission Electron Microscopy Station, Research Network and Facility Services Division, NIMS, Tsukuba)
Keywords: insitu TEM, heating, MEMS, FIB, sample preparation
2019年 9 月 9 日受理[doi:10.2320/materia.58.722]



特

集

図1

TEM 観察と FIB 加工の繰り返し作業．

図2

MEMS チップ搭載試料予備観察専用の試料ホル
ダー．

うに，試料加工と TEM 観察を繰り返して TEM 本番実験に適した試料に仕上げなければならない．

鏡 JEM ARM1000 や 超 高 真 空 透 過 型 電 子 顕 微 鏡 JEM 

電子顕微鏡ステーションでは，日進月歩で登場する新しい

2000VF などによる様々な in situ TEM 技術の開発を行っ

材料や技術に対応するよう心掛けている．材料や構造，目的てきた(3)(6) ．その後，文部科学省の低炭素研究ネットワーに応じて作製条件は異なり，試行錯誤が求められる．本稿でク 事 業 ( 2010 年 度 ～ 2014 年 度 ) に お い て ， こ れ ら in situ

は最近普及し始めた MEMS 技術を用いた MEMS チップにTEM 観察技術を共用利用する研究者に広く提供するためによる加熱 in situ TEM 観察に関して我々が手掛けた支援事

実動環境対応透過型電子顕微鏡法(TEM)の開発とその公開例を紹介する．

を実施し，現在は文部科学省ナノテクノロジープラットフォ

. FIB 加 工 薄 片 の MEMS チ ッ プ 搭 載 と in situ
TEM 観察環境とは，材料が実際に動作する状態もしくはそれに近い状ーム事業( 2012 年度～ 2022年度)に引き継がれている．実動態を意味する我々の造語である．そのような背景の中，我々は2010年に Protochips 社の加熱ホルダー Aduro を導入し，ここでは MEMS 技術を用いた微細加工により加熱やバイ
アス印可ができる機能を付した微小チップを MEMS チップ

以降，FIB 加工薄片による実動環境 TEM 実験に取り組んできた．

と呼ぶことにする．それらの多くは Si 上 Si3N4 膜をベース初期に取り組んだテーマは，燃料電池のアノード電極の酸に多層セラミックス膜および金属電極のパターンが微細加工化還元反応 ex situ TEM 観察であった．燃料電池のアノーにより製造されている． Si3N4 膜/ Si 基板のミクロな領域にド電極の酸化還元反応は化学的変化と構造変化を伴い，酸化

対し，Si をエッチングして，電子ビームが透過可能な Si3N4

還元反応の繰り返しによるアノード電極材料の熱膨張率差を膜を残し，試料を保持可能とする構造である．Si3N4 膜には伴う体積変化によって電極/電解質界面のボイド形成や剥離微小な穴が開いており，完全な貫通穴となっているタイプやなどの劣化現象が生じる．このような酸化還元反応のナノス

カーボン膜が貼られているタイプなどが存在する．市販品とケール評価のため，TEM 試料ホルダーへ試料を装着したまして最初に普及したものは局所加熱が出来るホルダーであっま別チャンバーで酸化還元反応が行える ex situ ガス反応実

たが，その後，バイアス印可あるいは加熱しながらのバイア

験システムを自作した．図(a)はガス反応チャンバーの外ス印可が出来るものが登場した．さらに最近ではこれらのチ観である．このチャンバーでは 10－5 Pa から大気圧まで様々

ップを貼り合わせるなどして製造されたガスセルや液体セル

なガス種の雰囲気制御が可能である．図 3 ( b )，( c )は Pro-のホルダーの市販化も始まっている．ここでは我々がこれま

tochips 社の初期の Aduro 型ホルダーおよび MEMS 加熱チで取り扱ってきた加熱の TEM 試料作製および insitu TEM

ップを装着した時の先端部の写真である．このホルダーをガ観察の事例について紹介する．

ス反応チャンバーに挿入し，ガス雰囲気にして， 1200 °Cまこれらの MEMS 加工チップを用いた in situ TEM 観察

での高温に加熱することができる．試料ホルダーはそのままを行うためには，適切に試料保持を行う必要がある．今やTEM に挿入することができるので，反応前後の同一試料部

TEM 試料準備は， FIB 加工が一般的となっているが， FIB

分を観察することができる．図 3(d )(f)は FIB 加工された加工薄片を MEMS チップ上に適切に配置し，固定するに

Ni / Y2O3 stabilized ZrO2 ( YSZ )の〈 011 〉方位試料を MEMS

は，工夫が必要である．また，前述の様に in situ TEM 観

加熱チップの薄膜部に装着した時の低倍率から高倍率の察までに FIB 加工と TEM 予備観察を繰り返す作業を実施

TEM 像であり，カーボン膜穴に見たい試料の薄い部分がセ

す る た め ， 我 々 は 予 備 観 察 の た め の MEMS チ ッ プ 専 用ットされていることが分かる．

TEM ホルダーを保有している(図)．

我々のグループでは，これまでイオン照射超高圧電子顕微

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan図はこの Ni/YSZ 試料を 700°
Cで酸素ガス中加熱した前後の TEM 像である．酸素ガス圧はおよそ 10 Pa とした．場




図3

(a) Ex situ ガス反応実験システム．(b ) Protochips 社製 Aduro 型試料ホルダー．(c) Aduro 型試料ホルダーの先端部．(d) MEMSchip 薄膜部の TEM 像．(e) FIB 加工試料を搭載した部分の TEM 像．(f) 観察対象部の TEM 像．

った．次に加熱実験のための試料固定の検証実験の例を紹介する．

. FIB 加工薄片の MEMS 加熱チップへの搭載についてFIB 加工において一般に用いられるのはイオンビームによるカーボンやメタルのデポジションである．メタルデポジ
ションは加熱によりメタル原子が表面を拡散してしまわない
図4(a) 酸素ガス反応前および(b) 酸素ガス反応後のNi/YSZ 試料の TEM 像．

ような工夫が必要であり，加熱実験での試料固定には注意が必要である．また，デポジションによる試料の固定では，試料の熱膨張により，しばしばデポジション部分の剥がれや試料の破損が生じる．そこで我々は FIB 加工においてカーボ

所はほぼ同一場所であり，Ni が NiO に変化していることがンデポジションと G－2 エポキシによる加熱用実験のためのわかる． Ni 酸化の過程では界面の破壊が見られず密着した固定法の比較を行った．試料には樹脂を熱固化させ，FIB加界面を維持しながら Ni 酸化が進んでいた． Ex situ 酸化還工によって薄片化したものを用いた．まずマイクロプローブ

元反応を繰り返しても結果は同様であった．このことから，を用いてごくごく微量のアラルダイトを Si3N4 膜につけてそ

Ni/YSZ 試料などの燃料電池のアノード電極材料の巨視的なの上に FIB 加工試料を仮固定したものを用意し，それぞれ

TEM 試料の場合では電極/電解質界面のボイド形成や剥離に対し，低加速イオンビーム照射カーボンデポジション固定が観察されるのに対し，本実験では FIB で作製した単純なおよび G－2 エポキシ固定を行い，加熱による変化の違いを

Ni/YSZ 単結晶試料では密着界面が維持されることが確認さ

調べた．

れた．
この実験では，試料はただ MEMS チップ膜上に置いただ

図はカーボンデポジション固定試料の加熱前後の様子である．カーボンデポジション接着部のところは 180°
Cあたりけである．加熱により試料の方位および高さが変化したが，から 300°
Cにかけてゆっくり Si3N4 膜から剥がれ，また，ガ

試料位置が大きくずれることはなかった．しかしながらリウムの液滴の析出が見られた．更なる加熱によりガリウム

MEMS チップの保管・運搬時や TEM 内実験の際の試料のの液滴は蒸発し，また，試料は約 2 mm ほど動いたが 850°
C

脱落のリスクには細心の注意を払わなければならない．我々あたりで移動は止まり，そこから 1200 °C まで試料位置に変は共用利用研究者への提供のためには， MEMS チップ上で化はなかった．カーボンデポジション接着部は MEMS チッの試料固定方法の確立が必要であると判断し，その検討を行

プ Si3N4 膜から剥がれはしたものの，カーボンデポジション



特

集

図5

カーボンデポジション保持の加熱効果．

図6G－2 エポキシ保持の加熱効果について．

図7

Gadolinium doped ceria ( GDC )と電解質 yttria stabilized zirconia ( YSZ )界面の焼結プロセスのそ の 場 TEM 結 果 ． 右 上 側 が GDC ， 左 下 側 がYSZ である．( a )( b )は 2 か所固定試料の加熱前
後，( c )( d )は 1 か所固定試料の加熱前後の様子を表している(7)．

図8

Fe2O3 と Si の薄片重ね合わせ試料の加熱実験の様子(8) ．( a ) は薄片重ね合わせた試料を MEMS
加熱チップの上に配置した様子を示す光学顕微
鏡写真．( b ) は加熱前の TEM 像．( c ) は 700 °C
30時間加熱後の TEM 像．

接着部およびカーボンデポジション保護膜も分解する様子はなかった．
図は G－2 エポキシによって固定した場合の試料の加熱前後の様子である．この試料はまず G－2 エポキシを 1 滴マ
イクロプローブでつけ，120°
C 40分間ホットプレートで焼き固めた．焼いた後の G－2 エポキシ滴は試料と Si3N4 の間に
浸 透 し 固ま っ た と推 測 し てい る ． 図 3 の試 料 よ り薄 い ため，加熱により試料の一部はカールしたが，試料は 1200 °C
加熱でも安定に固定されていた．

. FIB 加工薄片 MEMS 加熱チップによるその場加熱 TEM 観察例
現在，我々は FIB 加工試料の加熱実験の場合には，材料や試料形状，実験目的に応じてカーボンデポジションと G－
2 エポキシを使い分けているが，原則として G－ 2 エポキシを使用して試料片を固定するようにしている．これにより運搬中の脱落以外にも，加熱により試料の移動がない．もう一

GDC と YSZ の界面での剥離が生じたのに対し，1 か所のみ

点注意すべきことは，試料の 2 か所を固定すると加熱によ固定した場合は剥離なく焼結による構造の変化が観察するこる試料の熱膨張によって試料に応力がかかり，しばしば試料とができた．このように加熱実験では MEMS チップへの固破損が生じてしまう事である．したがって固定は 1 か所と定には注意が必要である．

するのが良い．

図は，酸化鉄(Fe2O3)の Si による還元過程を観察するた

図は，固体酸化物燃料電池に用いられる中間層

め，2 種類の酸化鉄(Si3N4)と Si の 2 種類の FIB 加工薄片をGadolinium doped ceria ( GDC ) と 電 解 質 yttria stabilized

接触させて加熱実験した例である(8)．製鉄で行われる鉄鉱石

zirconia (YSZ )界面の焼結プロセスにおける変化の様子をそ(酸化鉄)の石炭による還元プロセスでは，大量の炭酸ガスがの場 TEM 観察した結果である(7)．この時は固定にはカーボ生じてしまうため，炭酸ガスを発生しない Si 系化合物によンデポジションを用いている．図 7 ( a )( b )は FIB 加工試料

る酸化鉄の還元プロセスは興味深い．図 8(a)は FIB によっの 2 か所を固定した場合の加熱前後，図 7(c)(d)は 1 か所のて 作 製 さ れ た Fe2O3 と Si の 薄 片 を 重 ね 合 わ せ た 試 料 をみ固定した場合の加熱前後の TEM 像である．加熱実験には，MEMS 加熱チップの上に配置した様子を示す光学顕微鏡写

DENSsolutions 社 製 の Wildfire 型 試 料 ホ ル ダ ー を 用 い ，真である．高温によって試料位置が変化すると両者の接触が1200°
Cまでは 100°
C/min の昇温速度，1200°
Cから 1300°
Cまなくなる可能性があるため，G－2 エポキシによって 2 つのでは 50 °
C / min の昇温速度で加熱し， 1300 °C で 1.5 時間保持

試料片の固定を行った．図 8 ( b )は接触部分の TEM 像であした．2 か所を固定した試料の場合は，加熱の初期の段階でる．首尾よく 2 枚の FIB 加工薄片が重なり合っている様子

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan

が分かる．図 8 ( c )に 700 °C で 30 時間加熱した結果を示す．

発グループ石川信博氏にご提供頂いた．その他，文部科学省

最終的には酸化鉄が溶けて破壊されているが，Fe 析出物(黒ナノテクノロジープラットフォーム事業を含む電子顕微鏡ス

いコントラストのもの)が形成されていることが分かる．組

テーション利用者や共同研究者の協力が我々の技術向上に大成 は 特 性 X 線 分 光 ( EDS ) で も 確 か め ら れ ， 確 か に Si がきく寄与していることは間違いない．ここに感謝申し上げる．

Si3N4 を還元することが分かった．なお，Si をSiO2 置き換え

文ても同様の結果が得られている．

. ま

と

め

MEMS 加熱チップの登場により， 1300 °C まで加熱が可能，高温でも高分解能観察が可能，温度を変えても熱ドリフ
トはすぐに収まる，などの特徴から，加熱 in situ TEM 観
察が広く一般ユーザーでも実施可能となり，ナノテクノロジ
ープラットフォーム事業でも多くのユーザーから利用希望がなされるようになった．
これまで我々は共用支援や共同研究などですでに多くのMEMS チップを用いた加熱実験を手掛けてきたが，我々の試料固定方法により試料を郵送しても問題なく実験が出来るため，一部の支援については，試料作製と MEMS チップへの搭載までを NIMS で実施し，それを他の機関へ郵送して加熱実験を行うという，複数機関での連携支援の実績も出始めている．固定方法については G－2 エポキシによる固定がベストとは思っておらず，より良い方法を探索中である．メーカーによる MEMS チップの進化もまた日進月歩であり，我々としては，今後も引き続きノウハウを蓄積し，ナノテク
ノロジープラットフォーム事業などを通じて外部に共有していきたい．
FIB 加工薄片の MEMS チップ搭載のノウハウ構築とユー

献( 1 ) NIMS 微細構造解析プラットフォーム
https://www.nims.go.jp/nmcp/( 2 ) NIMS 電子顕微鏡ステーション
https://www.nims.go.jp/tem/( 3 ) S. E. Donnelly, R. C. Birtcher, C. W. Allen, I. Morrison, K.
Furuya, M. Song, K. Mitsuishi and U. Dahmen: Science, 296(2002), 507
510.
( 4 ) C. W. Allen, R. C. Birtcher, S. E. Donnelly, M. Song, K.
Mitsuishi, K. Furura and U. Dahmen: Philos. Mag. Lett., 83(2003), 57
64.
( 5 ) M. Takeguchi, M. Tanaka, H. Yasuda and K. Furuya: Sur.
Sci., 493 (2001), 414419.
( 6 ) M. Takeguchi, K. Mitsuishi, M. Tanaka and K. Furuya:
Microscopy and Microanalysis, 10 (2004), 134138.
( 7 ) T. Shimura, Y. Miyazaki, Y. Nakayama, M. Takeguchi and N.
Shikazono: Solid State Ionics, 342 (2019), 115058.
( 8 ) 石川信博，三井 正，竹口雅樹，三石和貴日本顕微鏡学会
第73回学術講演会発表要旨集(2017)．
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
竹口雅樹
1993年 大阪大学大学院工学研究科後期課程応用物理学コース専攻 修了
主な略歴
1993年 4 月1998年 3 月 日本電子株式会社 EOD 技術本部
1998年 4 月2001年 3 月 科学技術庁金属材料技術研究所
現在 物質・材料研究機構
2001年 4 月専門分野透過型電子顕微鏡◎透過型電子顕微鏡によるその場観察と 3 次元観察に関する技術開発と応用研究に従事．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

ザー支援への展開は，物質・材料研究機構電子顕微鏡ステー
ションの技術スタッフの中山佳子氏，西宮ゆき氏，古川晃士
氏，松尾明子氏，石井千恵氏，宮崎吉宣氏(現住化分析センター)，根本善弘氏らの日々の努力の成果である． GDC 
YSZ 加熱実験のデータは東京農工大学工学府機械システム

工学専攻志村敬彬氏にご提供頂いた．酸化鉄(Fe2O3)の Si による還元のデータは物質・材料研究機構実働環境計測技術開



竹口雅樹

中山佳子

根本善弘

特

集

先端ナノ計測プラットフォーム拠点(東京大学)
熊 本 明 仁1

) 松 畑 洋 文2
) 柴 田 直 哉3
) 幾 原 雄 一3)

理運営し，無機材料原子構造計測部門，電子状態計測部門，

.

は じ

め

に

微量元素計測部門，有機材料・バイオ材料計測部門，低炭素
材料・デバイス物性構造計測部門の 5 部門から構成されて東京大学微細構造解析プラットフォームは，大学院工学系

いる．図に本組織図を示す．これより，本プラットフォー

総合研究機構内に設置されているナノ工学研究センターと先ム事業は，工学系のみならず，理学系，医学系，農学系が横端ナノ計測センターによって運営されている．組織内の共用

断的に連携し取り組んでいることが分かる．機構内共用設備

施設は，TEM/STEM 群(12台)，SEM 群(4 台)，試料作製

53 台のうち，本事業で運営し提供している装置は 35 台であ装置群( 19 台)， X 線回折施設群( 8 台)， SIMS ( 1 台)， XPSるが，カメカ製の NanoSIMS(SIMS)，アルバック・ファイ( 1 台)， FIB SEM ( 2 台)， AFM ( 1 台)，物性および電気特製の VersaProbe ( XPS )，日本電子製の JEM 2800 ( TEM /性計測施設群(5台)に分類され，全部で53台の設備が共用化

STEM )，リガク製の SmartLab ( X 線回折装置)，日本電子されている．本組織は，総長を実施機関長として工学系が管製の JEMARM200F Cold dual SDD(STEM)等の装置は利

図1

東京大学微細構造解析プラットフォームの組織図．(オンラインカラー)

東京大学大学院工学系研究科総合研究機構1)卓越研究員 2)コーディネート室室長 3)教授(〒1138656 東京都文京区弥生 21116)
Advanced Characterization Nanotechnology Platform, the University of Tokyo; Akihito Kumamoto, Hirofumi Matsuhata, Naoya Shibata
and Yuichi Ikuhara (Institute of Engineering Innovation, The University of Tokyo, Tokyo)
Keywords: aberration corrector, scanning transmission electron microscopy, energy dispersive xray spectroscopy, high resolution transmission
electron microscopy, nanoparticle, metal/ceramics heterointerface, inorganic/organic hybrid.
2019年 8 月 8 日受理[doi:10.2320/materia.58.727]

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan面積 100 mm2 の高感度 SDD ( Silicon drift detector ，シリコ
ンドリフト検出器)を搭載しており，高分解能・高効率な分析を行っている．一方，収差補正 TEM は，HRTEM(Highresolution transmission electron microscopy，高分解能透過型電子顕微鏡法)による原子分解能観察が実施でき，広範な視野を瞬時に捉える特徴を活かして，その場観察の用途に利用できる．また，電子線照射に敏感な有機分子や有機・無機
複合材料界面の非周期構造の解析にも活用されている．本稿
ではまず， STEM と SDD により特性 X 線を検出・分析す
る STEM EDS マッピングを例に挙げ，イメージングと組み合わせた原子分解能構造解析への応用，および HRTEMを用いたセラミックス粒界や有機・無機複合材料の構造解析について述べる．
図2

総合研究機構共用設備における利用件数の年度ごとの推移．(オンラインカラー)

.

複合金属ナノ粒子触媒の原子分解能構造解析

CVD ( Chemical vapor deposition ，化学気相蒸着)法によ用者が多く，稼働率が100に近い状態である．これら一連って，石英ガラス基板上の金属ナノ粒子から，垂直に配向しの装置は，東京大学，他大学，公的研究機関，大企業，中小

た SWCNT ( Single walled carbon nanotubes ， 単 層 カ ー ボ

企業の研究機関等からの数多くのユーザーが利用している．

ンナノチューブ)を成長させることができる(3) ． SWCNT

図は，共用設備の利用件数を年度ごとに示したグラフであは，カイラル指数(n, m)で表現される幾何学構造(カイラリり，年々増加傾向にあることがわかる． 2015 年度以降は，

ティ)の違いによって電気伝導性が変化することから，初年度に比べると増加の割合に変化がみられるが，これは事

SWCNT の構造を制御する一次元結晶成長メカニズムに興業活動が国内で浸透し利用者数が飽和に近づいていることに味が持たれている．ここでは， SWCNT の触媒に着目し，よるものと見ている．また当機構内には，日本電子，リガク

SWCNT のカイラリティの構造制御が可能な触媒ナノ粒子など装置メーカーとの産学連携研究を推進するための産学連の開発， SWCNT の構造制御のメカニズムに関する解析例

携室を設置し，共同研究の推進や装置の保守管理・利用技術について紹介する．

に関する業務の推進，さらにはセミナー等による情報交換の触媒として，CoW 系の合金ナノ粒子を用いると，合成し場を設けている．電子顕微鏡に関しては， 2005 年 6 月より

た SWCNT のうち 92のものがカイラルベクトル(12, 6)を

東京大学・日本電子産学連携室が設置されており，本プラッ持つように選択成長することが報告されている(4)．本報告でトフォーム事業の技術の向上面で一翼を担っている．本稿では，Co と W 金属を含む触媒ナノ粒子の構造と形成メカニズ

は，このように整備された高性能な TEM /STEM の共用設

ムを理解するため，TEM/STEM 解析に適した CoWC 系

備を通じて，最近実施された原子分解能構造解析について紹の触媒ナノ粒子の合成と構造解析を実施した(5)(6)．CoWC介する．

系触媒ナノ粒子は，MEMS 加工により作製した SiO2 支持膜上に作製した．次に， CVD 反応によって( 12, 6 ) SWCNT

.

原子分解能 STEM 共用設備の概要

を選択成長させ，同時に進行する触媒の構造変化についても本機構で共用設備として運用している原子分解能電子顕微ステン)および炭化物 Co6W6C の二つの結晶相が存在するこ鏡は，収差補正機を搭載した STEM 専用機が三台， TEMと，また，反応の進行とともに bcc (体心立方)構造の W が専用機が一台稼働している． STEM は TEM に比べて像解消失していくことが確認された(6)．

調べた．電子回折により， CVD 反応前の触媒は W (タング

釈や局所元素分析で優位性があることから(1)(2)，幅広い用途

図  は ， SWCNT 合 成 前 の 触 媒 ナ ノ 粒 子 に つ い て ，でかつより多くの利用希望者を受け入れるために三台稼働しSTEM EDS マッピングで得られた Co ( a ピンク色)， Wている．これらの装置では，原子番号 Z のおよそ二乗に比(b黄色)の元素分布を示している．図 3(c)は，二つのマッ

例した像コントラストを得る HAADF(Highangle

annular

プを重ね合わせており，Co 粒子が分布する位置には必ず W

darkfield，高角散乱環状暗視野)法，軽元素原子の可視化にが存在している．したがって， SWCNT 合成前の触媒は，有効な ABF ( Annular bright field ，環状明視野)法を用いる

図 3( c )中の四角で囲った型と型の二種類のナノ粒子をことができ，さらに EELS(Electron energy loss spectro-

形成していることが明らかとなった．図(d)に型と型

scopy，電子エネルギー損失分光法)や EDS(Energy disper-の模式図を示した．電子回折図形に現れた結晶相は W とsive Xray spectroscopy，エネルギー分散型 X 線分光法)を

Co6W6C であったことから，型は W ナノ粒子であり，

併用した計測も可能である．特に EDS の検出器として検出

型は W と Co6W6C とが共存するナノ粒子であると考えられ



特

集

る．

構造を形成していることが確かめられた．Co6W6C 粒子中の図 4 は， SWCNT の高温合成中に生成した炭化物 Co6W6

析出した Co と母相の Co6W6C との異相界面構造の形成は，

C と金属 Co のヘテロ界面構造を捉えたナノ粒子である．こ特異的なカイラリティを有する SWCNT の核形成の要因とれより， Co6W6C / Co は[ 112̃0 ] hcp Co //[ 111 ] Co6W6C およ

推察され，今度さらなる解析が望まれる．

び[0001]hcpCo//[11̃0]Co6W6C のエピタキシャルな方位関係を形成していることがわかった．図 4(b )(d )の同一ナノ粒子から取得した STEM EDS マッピングより，単一ナノ.

金属/セラミックスヘテロ界面構造における
STEM 観察

粒子内の元素分布が分かる．図 4(e)(f)の HAADFSTEM
像の平均像と[111]方向から見た Co6W6C のシミュレーショ

本節では，パワーモジュール用の絶縁基板における接合メン像はよく一致しており， Co W C 触媒ナノ粒子中には，カニズムの研究を紹介する．パワーモジュールは電気自動車

W Co 超硬合金に含まれ h 相としてよく知られた Co6W6Cのモーター駆動のための電力変換に用いられ，放熱性の高い絶縁基板が組み込まれている．その絶縁基板では，添加元素を含む金属 Al とセラミックス AlN を直接接合し，発熱に耐える安定なヘテロ構造を形成している．ヘテロ構造の安定性
はこのモジュール材の信頼性と密接に関係しており，接合界面の形成メカニズムの理解が望まれる．実用化されている材
料は，接合体作製時に添加元素や微量な不純物が含まれている．そこで本研究では， Mg や Si が微量添加されている Al
合金を AlN 上で溶融接合し， Al 合金/ AlN 界面を作製しその原子レベルの構造解析を，STEMEDS マッピング法によって行った(7)．
図は Al 合金と AlN 結晶との溶融接合界面構造の同時に撮影された HAADF STEM 像と ABF STEM 像である．
界面を挟んで下方が[ 112̃0 ]晶帯軸入射の AlN であり， AlN
バルク領域の HAADF STEM 像と ABF STEM 像より，
コントラストの弱い斑点は N 原子カラムに対応しており，
図 5(b)中の構造モデルのように，上方が Al 極性であるとわかる．一方，界面を挟んで上方には Al 合金が存在しているが fcc 構造の Al 合金は低指数の晶帯軸から外れており，原図3(a) SWCNT 成長前の CoWC 触媒における Co
元素マップ(ピンク色)，( b ) W 元素マップ(黄色)，および(c) a と b の合成像．(d)「W 相のみ」からなる型，および「W と Co6W6C 相が共存」
した型の二つのナノ粒子の模式図．

図4( a ) CVD 開始から 3 分後， SWCNT 成長開始時の CoWC 触媒ナノ粒子の原子分解能 HAADF
STEM 像．Co6W6C 相と Co 相が格子整合したヘテロ界面を形成している．( b e ) a と同一粒子で実施した Co 元素(ピンク色)と W 元素(黄色)のSTEM EDS マップ．( e ) HAADF STEM 像の平均像，( f)［ 111]晶帯軸入射の Co6W6C 結晶のシミュレーション像および(g)構造モデル．

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan

図5

Al 合金/AlN 単結晶の HAADF
STEM 像および，
ABFSTEM 像．AlN[112̃0]軸入射のシミュレー
ション像をそれぞれ挿入している． AlN の構造
モデルは b 中に挿入されている．



子カラムが見られない．一方，Al 合金と AlN 単結晶の界面とから，材料開発へのフィードバックが迅速に行え，共用設

では， AlN バルク結晶とは異なる第一，第二および第三層備で解析するユーザーにとっても利用しやすいツールである．

の遷移構造が認められる．界面構造は STEM 像から金属原子カラムと軽元素の原子カラムの区別はできるが，元素種ま.

ジルコニアセラミックス結晶粒界偏析の構造解析

では識別が不可能である．
図は原子分解能 STEM EDS マッピングによる解析結元素分析により明らかにされる界面偏析は，その形成プロ果を示している．マッピングは ABF 像を用いて実施され，セスだけでなく，材料特性そのものにも影響を及ぼす．ここ像撮影中のドリフト補正や撮影後のスペクトルの重ね合わせ

では，ジルコニアセラミックスの結晶粒界偏析に関するにより X 線マップの像強度を向上させた(7) ．図 6 ( a )には

TEM 及び STEM を用いた構造解析を紹介する．ジルコニ

Al, Si, Mg, N, O の STEMEDS マップを重ね合わせて表示

ア セ ラ ミ ッ ク ス の う ち ， Y TZP ( Yittria stabilized

した． O と Mg は，界面構造第一層で最大強度を示すこと

tetragonal zirconia polycrystal，イットリア安定化正方晶ジがわかった．第一層はバルク結晶構造から推察でき， MgO

ルコニア多結晶体)は高強度で強靭性なセラミックス材料と岩 塩 型 構 造 の MgO6 の 八 面 体 に 類 似 し て い る こ と が わ か

して産業利用されている．しかし，熱水中に長時間晒される

る．界面第二層については， Al の原子カラムに相当する極と亀裂が発生・進展し，力学特性が低下するという LTD

大点が金属原子カラム位置に対応するが，軽元素原子カラム( Low temperature degradation ， 低 温 劣 化 ) の た め に ， Y 

位置では， O や N の区別ができていない．この第二層はTZP の活用の幅が制限されていた．LTD は，正方晶ジルコ

AlN バルク結晶中の AlN の極性を反転させた場合のコント

ニアが水と反応することで単斜晶ジルコニアへと相変態する

ラストによく似ている．これら界面構造の検討に対し理論計現象であり，体積膨張と亀裂を伴うことで進行する． LTD

算を行ったところ， Al 金属は AlN の Al 極性に接合するよを防ぐためには，熱水環境下での正方晶相の安定性を高める

りも N 極性に接合した場合の方がエネルギー的に有利であことが解決方策の一つであると考えられており，その具体的ること， MgO6 が導入されることで AlN の極性反転構造がな方法として， 3Y TZP (イットリア濃度が 3 mol の Y 

安定となることが確認された(7)．この結果から，溶融接合さ

TZP )にアルミナを添加することで LTD 耐性を向上させた

れた Al 金属と AlN セラミックスとの強固な接合では，外来報告がなされている(8)(12)．これらの報告では，アルミナの元素種である Mg と O 原子によって，より安定な界面遷移役割として，偏析自由エネルギーの上昇や焼結における粒成構造をもたらすことが明らかになった．STEMEDS マッピ

長の抑制(8)，粒界における非晶質相の存在(9)，アルミナの溶

ングは，測定後のデータ解釈が他の分析手法と比較して容易質によって生成した酸素空孔(10)(11)，アルミナ結晶粒の水酸であり，想定していない不純物に対しても解析対象であるこ化(12) に因るなどが検討されている．一方，アルミナ添加量
が 1 mol以下においても Y TZP の焼結速度，微細組織，力学特性に影響を及ぼすことが確認されており，これまで多結晶体の微細構造解析に関して 3Y TZP に対するアルミナ
微量添加の効果が系統的に調べられてきた(13)．そのような構造解析では，多結晶中のアルミナ析出物，非晶質などの第二相の有無を明らかにするため， HRTEM 観察と STEM EDS 分析が併用されている(14)(15)．

図  ( a ) と ( b ) は ， ア ル ミ ナ が 0.12 mol  添 加 さ れ ，1500 °
C ， 2 時間の焼結により得られた 3Y TZP の粒界付近の HRTEM 像を示している．像中には，粒界を挟んだ両側の結晶に対応する NBD ( Nano beam electron diffraction ，
ナノビーム電子回折)図形を示した．二つの NBD 図形は，
左側と右側の結晶でそれぞれ正方晶ジルコニアの[ 111 ]と[100]方位であることがわかった．この条件では，粒界は観察方向に対して傾いている．図 7( b)は，粒界が観察方向と平行(エッジオン)となるように試料を傾斜させ，かつ，二つの結晶格子像が得られる条件で撮影した HRTEM 像である．対応する NBD 図形は，図 7 ( a )の一部の回折斑点が残存し，格子像の面方位や面間隔と一致する．また，HRTEM
像は，粒界を挟んで二種類の格子像しか現れていないことか
図6

Al 合 金 / AlN 単 結 晶 の ( a ) 原 子 分 解 能 STEM EDS マッピング，(b) 構造モデル，および(c) 同時取得した ABFSTEM の平均像．

ら，粒界には非晶質や第二相が存在しないことが明らかになった．これらの HRTEM 像は，図 7(c)の明視野 TEM 像中の矢印でに示す粒界から撮影された．この粒界近傍の組成を

特

集

図8
図7

0.12 mol のアルミナ添加された 3Y TZP 粒界の構造解析．( a ) 粒界が傾斜した HRTEM 像，( b ) エッジオン粒界での HRTEM 像，( c ) 明視
野 TEM 像，および( d )( b )と同じ領域・傾斜条件で取得した粒界近傍のイットリアとアルミナの濃度プロファイル．

HAp / PAA ナ ノ ロ ッ ド の ( a ) 明 視 野 TEM 像 ，(b) 電子回折図形，破線で囲んだ領域(c) c と(d)d からそれぞれ取得した暗視野 TEM 像，および(e) HRTEM 像．

できる新しい有機無機複合材料の開発が進められている(17) ．ここでは，たんぱく質によく似た基本構造の酸性高
分子 PAA ( poly ( acrylic acid )，ポリアクリル酸)を用いて明らかにするために，EDS が可能な STEM 機に試料を搬送

HAp(Hydroxyapatite [Ca10(PO4)6(OH)2］，ヒドロキシアパ

し，同じ粒界をライン分析した．図 7(d )には，ライン分析タイト)結晶の合成した有機無機複合材料の構造解析についの結果をジルコニア中のアルミナとイットリアの濃度としてて紹介する(18) ． PAA 存在下の水溶液中でカルシウムイオ

表した．アルミナとイットリアの濃度は，粒界で急峻に上昇

ン，リン酸イオン，炭酸イオンを反応させると非晶質のしていることが明らかになり， Al3＋ は非晶質や第二相を伴HAp 前駆物質を含む分散液が生成する．この分散液の温度

わず，正方晶ジルコニア結晶粒界に Y3＋ と共偏析しているや濃度を調整することで， HAp の結晶化したコロイドが生ことが明らかになった．

成する．このコロイドは液晶のような偏光特性を示し，応力1500 °
C ， 2 時間の焼結で得られた 3Y TZP は，一部で立場や磁場に応答してその光学特性を変化させる．図は，こ方晶ジルコニアが生成する(15)．同焼結条件でアルミナ添加のコロイドを TEM 支持膜に滴下し乾燥させた試料であり，量を増加させると，焼結体中の立方晶相の割合が増加し観察された棒状のナノ粒子(以下，ナノロッド)の TEM 明視

た(14)．立方晶相は，より高い Y3＋ 濃度で形成するので，立野像，電子回折図形および， HAp 結晶方向の異なる 002 反方晶相の増加は，アルミナ添加により Y3＋ の粒界拡散が促射で結像した暗視野像である．暗視野像はナノロッドの長軸進され，粒内 Y3＋ の濃度ムラが発達したことを示唆してい方向が c 軸に沿っていることを示している．したがって，コる．YTZP においては，このような粒界拡散がもたらす相ロイドの偏光特性は， c 軸配向した HAp ナノロッド結晶の変態は GBSIPT(Gain boundary segregationinduced phase

複屈折性に由来すると考えられる．このナノロッドが液晶中

transformation ，粒界偏析誘起相変態)と呼ばれ(15) ， TEMの有機分子のような流動性を保つ理由については，以下のよによる微細構造解析によってはじめて発見された．GBSIPT

うに考察した．図 8 (e )は結像系収差補正器を搭載した透過の現象に基づき，添加元素の粒界拡散促進効果で焼結密度を型電子顕微鏡により撮影された，ナノロッドの HRTEM 像

上げ，かつ粒内 Y 分布の不均質化が進行しない焼結温度条である．電子線照射による試料損傷等の影響を低減させるた件も見つかっており，驚異的な水熱劣化耐性を示す新たな材

め ， 加 速 電 圧 120 kV ， 液 体 窒 素 で 冷 却 さ れ た ク ラ イ オ

料開発もなされている(16) ．このような TEM 及び STEM 

TEM ホルダー( Gatan 社製 Model 636)にて観察された．図EDS による解析結果が産業材料の開発の重要なヒントに繋8(e)のナノロッドは， HAp の結晶粒同士が非晶質物質を介がっている．

して c 軸方向に連結しており，有機物を介して結晶化が進行するバイオミネラリゼーションの様相を呈している(19) ．

.

有機無機複合ナノ材料の高分解能観察

HAp 結晶の周囲には，図 8(e)の破線で示す非晶質物質等の結晶とは異なる構造が見られ，多くは単原子ほどの大きさのたんぱく質などの生体高分子により無機結晶の結晶成長が輝点が数珠状に並んでいる様子が見られる．また，このナノ制御される仕組みは，歯や骨の形成過程に見られ，バイオミ

ロッドの CK 端に由来する EELS スペクトルは，形状やピ

ネラリゼーションと呼ばれる自己組織的な現象として知られーク位置ともに通常の非晶質カーボンとは異なっており，合ている．バイオミネラリゼーションに学び，環境負荷を低減

成時に添加されていた酸性高分子 PAA を構成する炭素に由ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan来することを示唆していた(20) ． HAp 結晶表面が PAA に覆業を介した共同研究により遂行されたものです．

われているものとすると，ナノロッド表面で Ca と結合した

文

PAA 高分子の双極子モーメントが有効に働き，ナノロッド

間での静電反発を誘起する．これにより，コロイド中のナノロッド同士の凝集を防ぐことができ，液晶性に不可欠な流動性が有機分子ではなくナノロッド結晶で可能になった要因であると考えられる．静電反発の誘起は，ナノロッド表面が負に帯電していることを示したゼータ電位測定の結果とも一致
する(18)．この液晶性を有する HAp/PAA ナノロッドは，水中に分散させることで機械的応力や磁場による外部からの刺激に応答してその配列方向を可逆的に変化させることが可能であることも明らかになり，歯や骨に類似したナノ構造の形
成を人工的に制御する可能性が見出された． HAp や PAAのような生体に調和した素材は，人工骨やインプラントといった医療用途などの実用的材料として期待され，その材料設
計は，原子・分子レベルで起こる現象に基づいている．最近
では STEM においても原子分解能レベルにて有機無機複合
材料が直接観察され(21)(22)，電子顕微鏡技術の急速な発展とともに有機・無機問わず原子・分子レベル構造解析の基盤が強化されつつある．

.

お わ

り

に

原子的な尺度で物質の構造を捉えることは，材料の機能や現象を基本から理解するための極めて有効な手段である．収差補正技術が導入されてほぼ 20 年が経過しているが，その間に高性能な周辺機器開発についても大きな進展が見られ，原子レベルでの観察データの質は日々向上している．また，
本稿で紹介したように高精度な原子分解能イメージングや高感度な元素分析により，データの解釈が容易になり，物質の形成メカニズムに関する新たな発見や現象の理解にもつながっている．こうしたハード面での向上は，装置の高度化・高機能化によるところが大きいが，一方で新たな像解釈や解析手法の開発も必要になり，支援に携わる研究者や技術スタッ
フの果たす役割も依然重要である．本稿で紹介した研究課題
は，いずれも異なる分野の研究課題であるが，支援研究者との共同研究により，綿密なディスカッションを交えながら遂行されたものである． TEM / STEM での最新の分析技術を異分野で活躍する研究者に提供するためには，支援側が提供する電子顕微鏡の専門知識だけでなく，解析手法自体の開発も必要であり，共用設備を運用する支援研究者がその役割の多くを担っている．東京大学微細構造解析プラットフォーム
は，こうした背景を鑑み，研究支援に資するソフト・ハー
ド・人的技術の向上に努めている．

献( 1 ) S. J. Pennycook and P. D. Nellist (Eds.): Scanning Transmission Electron Microscopy, Springer (2011).
( 2 ) 幾原雄一まてりあ，56(2017), 254259.
( 3 ) Y. Murakami, S. Chiashi, Y. Miyauchi, M. H. Hu, M. Ogura,
T. Okubo and S. Maruyama: Chem. Phys. Lett., 385(2004),
298303.
( 4 ) F. Yang, X. Wang, D. Zhang, J. Yang, D. Luo, Z. Xu, J. Wei,
J.Q. Wang, Z. Xu, F. Peng, X. Li, R. Li, Y. Li, M. Li, X. Bai,
F. Ding and T. Li: Nature, 510(2014), 522524.
( 5 ) H. An, A. Kumamoto, R. Xiang, T. Inoue, K. Otsuka, S.
Chiashi, C. Bichara, A. Loiseau, Y. Li, Y. Ikuhara and S.
Maruyama: Sci. Adv., 5(2019), eaat9459.
( 6 ) H. An, A. Kumamoto, H. Takezaki, S. Ohyama, T. Qian, T.
Inoue, Y. Ikuhara, S. Chiashi, R. Xiang and S. Maruyama:
Nanoscale, 8(2016), 1452314529.
( 7 ) A. Kumamoto, N. Shibata, K. Nayuki, T. Tohei, N. Terasaki,
Y. Nagatomo, T. Nagase, K. Akiyama, T. Kuromitsu and Y.
Ikuhara: Sci. Rep., 6(2016), 22936.
( 8 ) T. Sato and M. Shimada: J. Mater. Sci., 20(1985), 39883992.
( 9 ) H. Tsubakino, R. Nozato and M. Hamamoto: J. Am. Ceram.
Soc., 74(1991), 440443.
(10) A. A. NogiwaValdez, W. M. Rainforth, P. Zeng and I. M.
Ross: Acta Biomater., 9(2013), 62266235.
(11) F. Zhang, K. Vanmeensel, M. Inokoshi, M. Batuk, J.
Hadermann, M. Van Meerbeek, I. Naert and J. Vleugels: J.
Eur. Ceram. Soc., 35(2015), 741750.
(12) J.F. Li, R. Watanabe: J. Mater. Sci., 32(1997), 1149
1153.
(13) K. Matsui, H. Yoshida and Y. Ikuhara: Int. Mater. Rev., 63(2018), 375
406.
(14) K. Matsui, K. Nakamura, A. Kumamoto, H. Yoshida and Y.
Ikuhara: J. Eur. Ceram. Soc., 36(2016), 155162.
(15) K. Matsui, H. Horikoshi, N. Ohmichi, M. Ohgai, H. Yoshida
and Y. Ikuhara: J. Am. Ceram. Soc., 86(2003), 14011408.
(16) K. Matsui, H. Yoshida and Y. Ikuhara: Sci. Rep., 4(2014),
4758.
(17) A. Arakaki, K. Shimizu, M. Oda, T. Sakamoto, T. Nishimura
and T. Kato: Org. Biomol. Chem., 13(2015), 974989.
(18) M. Nakayama, S. Kajiyama, A. Kumamoto, T. Nishimura, Y.
Ikuhara, M. Yamato and T. Kato: Nat. Commun., 9(2018),
568.
(19) J. J. De Yoreo, P. U. P. A. Gilbert, N. A. J. M. Sommerdijk, R.
L. Penn, S. Whitelam, D. Joester, H. Zhang, J. D. Rimer, A.
Navrotsky, J.F. Banfield, A. F. Wallace, F. M. Michel, F. C.
Meldrum, H. C äolfen and P. M. Dove: Science, 349(2015),
aaa6760.
(20) M. Nakayama, W. Q. Lim, S. Kajiyama, A. Kumamoto, Y.
Ikuhara, T. Kato and Y. Zhao: ACS Appl. Mater. Interfaces, 11(2019) 1775917765.
(21) X. Hao, C. Chen, M. Saito, D. Yin, K. Inoue, S. Takami, T.
Adschiri and Y. Ikuhara: Small, 14(2018), 1801093.
(22) X. Hao, A. Yoko, C. Chen, K. Inoue, M. Saito, G. Seong, S.
Takami, T. Adschiri and Y. Ikuhara: Small, 14(2018),
1802915.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
熊本明仁
2011年 立命館大学大学院理工学研究科一貫制博士課程修了
2011年 東京大学大学院工学系研究科総合研究機構 特任研究員
2019年 1 月より現職 日本電子株式会社技術統括センター兼東京大学・日本
電子産学連携室
専門分野材料電子顕微鏡◎原子分解能分析による構造評価技術の開発と応用に従事．
収差補正 TEM/STEM を用いた構造解析技術や分析技術支援を中心に活動．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

本稿で紹介した研究は，東京大学工学系の丸山茂夫教授，
Rong XIANG 助教， Hua AN 博士，加藤隆史教授，梶山智

司助教，中山真成博士，三菱マテリアル株式会社中央研究所の秋山和裕氏，黒光祥郎博士，東ソー株式会社の松井光二博士および関連各位とのナノテクノロジープラットフォーム事



熊本明仁

松畑洋文

柴田直哉

幾原雄一

特

集

高性能電子顕微鏡による反応科学・ナノ材料科学研究支援拠点(名古屋大学)
荒 井 重 勇 山 本 剛 久


.

は じ

め




に



主要設備の紹介とその観察支援例
ガス環境下での高分解能観察を実現した RSHVEM

名古屋大学で実施している微細構造ナノテクノロジープラ

RSHVEM は，加速電圧が 1 MeV ，サイドエントリー型

ットフォーム(以下，微細構造 PF)は，同大学未来材料・シの超高圧電子顕微鏡である．図にその外観を示す．本体はステム研究所の超高圧電子顕微鏡施設に整備されている設備

約 300 ton のコンクリートの上に設置されており，そのコン群，および，技術員の協力のもと微細構造 PF 専任スタッフとで対応している．同施設には雰囲気遮断型のガス環境観
察・分析が可能な環境型超高圧電子顕微鏡をはじめとして特徴のある設備が整備されており，これまでに数多くの微細構造解析支援に取り組んできた．本稿では，微細構造 PF へ提供しているいくつかの特徴的な先端設備の紹介，ならびに，
これまでの支援内容をご紹介させていただきたい．

.


設備について

設備概要

大 型 設 備 で あ る 反 応 科 学 超 高 圧 電 子 顕 微 鏡 ( Reaction
Science
HVEM

High Voltage

Electron

Microscopy;RS )(1)(2) を中心として，プローブコレクター型およびTEM /プローブコレクター型走査透過型電子顕微鏡(以下，STEM )，汎用型の透過型電子顕微鏡， 3 台の集束イオンビー ム ( FIB,FIB SEM ) ， 簡 易 型 の 走 査 型 電 子 顕 微 鏡( SEM )，および，試料加工のための設備群などが整備されている．また，得られたデータ解析のための各種処理ソフト
やその利用スペース，打ち合わせ室なども整備されており，
例えば利用者が数日滞在する場合にも十分な作業環境を提供することができるのも特徴の一つである．

図1

反応科学超高圧電子顕微鏡( Reaction ScienceHighVoltage Electron Microscopy; RSHVEM)の外観模式図．

名古屋大学未来材料・システム研究所特任准教授
名古屋大学工学研究科教授
Excellent Support Center for Reaction Nanomaterials and Biological Science by Electron Microscopy; Shigeo Araiand Takahisa
Yamamoto(Nagoya University, Nagoya)
Keywords: HVEM, STEM, TEM, Insitu, FIBSEM
2019年 7 月30日受理[doi:10.2320/materia.58.733]

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japanクリートごとエアダンパーを用いて地面から除振されてい察技法の世界自体を大きく広げることができるのである．図る．本体含め補器類など一式は，約 4 階建てに相当する専は準備されている各種 TEM ホルダーの予備排気システム

用の建屋に収められ，試料準備・操作など十分なスペースがを示している．各種目的とする実験に対応できる TEM ホル確保された優れた利用環境が用意されている．上述したが，ダーの選択肢が大きく広がるのである． RSHVEM のもう

この RSHVEM には，ガス遮断型の雰囲気制御機構が搭載一つの特徴として，走査機能を有していることを挙げることされていること，走査観察機構や分析のための電子線エネルができる．その観察例の一例を図に示す．この結果は銅単ギー損失分光器(EELS)も装備されている．

結晶における繰り返し変形に伴う変形帯を TEM 観察時と図は雰囲気遮断機構の構造模式図である．通常観察時

STEM 観察時とで比較して示したものである(東京工業大(ガスを導入しない高真空下での観察)には，図 2( a )のよう

学藤居俊之先生，宮澤知孝先生からの技術支援依頼案件かに試料周囲は高真空状態である．ガスを導入する場合には，ら引用)．STEM 観察時の方が，より詳細な構造が明瞭に観図 2 ( b )のように雰囲気遮断部材が TEM ホルダーの上下を察されていることが理解できる(4)(6) ．これは， BF STEM

囲うように試料室内に挿入され，試料近傍の空間と鏡筒部分法の特徴の一つである試料の厚みにより生じる色収差やひずとを遮断する．ガスはこの遮断された内部の空間(試料近傍みにより生じる回折コントラストを低減できる効果による．

の領域)に充填され，ガス種や圧力が専用の制御システムでこの効果は，生物系試料に対しても有効に作用することが確調整される．この遮断部分には電子線を通過させるための微認されており，さらには，試料への照射ダメージを低減させ

小径の穴(オリフィス)が上下に設置されている．ガス環境下る利点もある． STEM によるトモグラフィー観察も実現さ

での利用時には，このオリフィスから漏れ出すガスを排気すれている(7)(8)．ご興味のある読者の方は是非参考文献をご参る差動排気機構により，基本的には試料極近傍領域以外の鏡

照いただきたい．

筒部分は常に高い真空度に保たれるのである．加圧できる最大圧力は 0.1 気圧( 13,000 Pa )であり， 11,000 Pa 下においても Au の格子像を観察することが可能である(3)．ガス環境下での観察を実現するための手法には様々な方法が考案されて用いられている．これに対してこの雰囲気遮断方式は，使用する TEM ホルダー自体への制限がないことが大きな特徴であり，この利点は実際に観察を行う上で強力な武器となる．
単にガス環境下での観察ができるだけではなく，例えば，針で試料を押し込むインデントホルダーや冷却ホルダーなど観

図2



RS HVEM に装備されている雰囲気遮断機構の模式図．
( a ) 通常観察時(退避状態)，( b ) 雰囲気導入時(挿入状態)

図3

RS HVEM に用いることのできる様々な TEM
ホルダー．

図4

RS HVEM で撮影を行った，銅単結晶を室温で繰り返し変形させたときに生じる特定面に沿った局所変形帯の明視野像(5)(6).
( a ) TEM 照射明視野像，( b ) STEM 照射時の明視野像(東京工業大学，藤居俊之先生，宮澤知孝先生からの依頼案件から引用)

特

集




Cut & See 観察による立体再構築像が得られる直交型体構造構築に成功した例を示している(近畿大学山根浩二

FIBSEM

先生，名古屋大学大井崇生先生，谷口光隆先生からの技術

FIB は Ga イオンを照射してナノスケールでの微細加工を支援依頼案件より引用)．植物の葉肉細胞は，細胞内に光合行う設備である． FIBSEM は，この鏡筒に SEM 鏡筒が設成を行う葉緑体がある非常に重要な細胞であるにも関わら置されており(Dual beam)，一般的な SEM 観察が可能であず，イネでは約 15 mm と大きいことや，細胞壁が複雑な突るだけではなく，FIB で切削した面を SEM 像で撮影し，さ起構造を有していることなどから， TEM や SEM を用いた

らに， FIB で加工し撮影するという工程を繰り返すことで一般的な観察手法では細胞全体の詳細な構造を観察すること

立体像を構築させていくことができる Cut & See 機構を有が困難であった．そこで，その葉肉細胞に対して Cut & See

している．ここで紹介する FIB SEM は，図に示すよう

観 察 を実 施 し ，そ の 立体 構 造 を構 築 さ せた の が 図 6 で あに FIB の鏡筒(Ga イオン銃の方向)と SEM 鏡筒の光軸とがる(10) ．その断面組織を順に追っていくことで，葉肉細胞中直交していることが特徴である． FIB 切削面をそのまま上にある葉緑体の構造を確認することができる．その結果，葉方から正しく観察できる点において大きな優位性がある．

緑体の数が当初予想されていた個数である 80 個程度よりも

図は，この FIB SEM を用いてイネの葉肉細胞全体の立少なく，僅か 15 個前後であること，また，その葉緑体は複雑な突起状構造をした細胞壁の内側から細胞内壁全面を覆うように分布していることが明らかとなった．特に，細胞内壁
全面を覆う葉緑体の構造に関する知見は非常に重要であり，この構造は，気孔から取り込む二酸化炭素の吸収効率の向上
や，その漏出の抑制に効果的である．ところで，イネは塩害に脆弱であることが知られている．この塩害を受けたイネの葉肉細胞についても同様な観察を行うと，上述した葉緑体の特徴的な構造が壊れている様子が観察されている(11) ．塩害によって葉緑体が細胞内壁から剥がれてしまうのである．これらの支援成果は，ナノプラットフォームの 2018 年度秀でた成果に選出された．

.
図5

FIB SEM ( Hitachi MI4000L )の Ga イ オ ン 照 射
軸および SEM 光軸の模式図．
株 日立ハイテクノロジー HP より引用(引用当時の模(
式図))

その他観察支援の例

本項では過去実施した構造解析支援案件から以下の二件を選び，簡潔に紹介させていただきたい．


Ir doped SrTiO3 薄膜中に自律成長したナノピラー

構造の解析
光触媒を用いて水を高い効率で分解できるデバイスは，近年の環境保全の観点から注目されている．東京大学のリップ
マ先生らは，水を高い効率で分解する特徴的な構造を持つ
Ir ナノピラー構造を作り込むことで高い効率を発揮できる

水分解光電極の開発に成功した(12)(13)．ここで紹介する支援
例は，その構造解析を実施した例である(東京大学川崎聖治先生，高橋竜太先生，リップマミック先生からの技術支援
依頼 案件よ り引用 )． Ir が添 加された SrTiO3 薄膜 を PLD(Pulsed Laser Deposition)法を用いてホモエピタキシャル成
長させると，その薄膜表面にナノスケールのドット状の構造が現れる．このドット状の構造は，AFM 観察によって確認されてはいたもののその内部も含めた詳細な構造を解析するには至っていなかった．そこで，その構造解析を依頼されたのである．手法として，まず一般的な断面観察法を適用し
図6

FIB SEM の Cut&See により構築したイネの葉肉細胞の立体構築像の一例(10)(11).
(近畿大学山根浩二先生，名古屋大学大井崇生先生，谷口光隆先生からの技術支援依頼案件より引用)

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia JapanTEM 薄片を作製したのちにその構造を観察したところ，図に示すような特徴的な構造が作り込まれていることが明らかとなった．薄膜に対して断面方向から観察を行った図 7( a )に示すように，ホモエピタキシャル成長した SrTiO3 薄




図7

Ir doped SrTiO3 薄膜中に自律成長した Ir ナノ
ピラーの構造(12)(13).
( a ) 薄 膜 断 面 方 向 か ら の HAADF STEM 像 ，(b) 薄膜平面方向からの低倍 HAADFSTEM 像(東京大学川崎聖治先生，高橋竜太先生，リップマミ
ック先生からの技術支援依頼案件より引用)．

膜中に，基板垂直方向へナノピラーが成長していることが確認される．このナノピラーの先端部に注目すると，僅かにSrTiO3 薄膜から盛り上がって成長していることが分かる．

当初観察されていた AFM では，薄膜上面の構造観察しかできないため，薄膜内部に存在するこのような特徴的な構造を予想するには至らなかったのである．そこで，さらに平面方

図8

無鉛ハンダ材(IMCC)粒子の FIBSEM Cut&See
像(写真の上段 6 視野)および TEM EDS マッピ
ング像(写真の下段カラー像)，(有限会社ナプラ関根重信氏からの技術支援依頼案件
より引用)

向からの観察試料についても準備した．これは，試料を基板側から研磨加工し，薄膜部分のみを TEM 観察領域に持ち込む手法である．この種の試料作製の場合には，最終的には基に高いことが知られている．これを防ぐため電気配線接合に板側(薄膜下面から)からのミリング処理のみとなるため，片は Sn に鉛(Pb)を加えた「鉛はんだ」が広く使用されてきた．

面ミリングでしばしば問題となる試料上面へのコンタミ堆積

近年，環境問題から「無鉛はんだ」普及が進められているが，が生じる．そこで，精密研磨機を用いて基板下面側から慎重

その耐久性などに大きな問題が残されてきた．特に半導体のに機械研磨を行い，最終仕上げ時間を僅か 5 分に短縮させ高性能化や作動温度の増加，また，情報処理量の増加に起因た．この方法により，上述したような Ar ミリング処理で生した定常的もしくは瞬間的な高温状態が原因となり，接合部

じるコンタミ堆積の影響や，ミリングダメージを大きく低減が溶融してしまう問題も浮上している．鉛の代替えとして，することが実現できたのである．この方法で作製した TEM

融点の高い金や銀などを用いる方法もあるが，価格面や高温試料を用いた観察結果を図 7(b)に示す．図 7(a)で確認されでの安定性などに難点があった．これに対して，有限会社ナたナノピーラー状の構造が，薄膜中に点在していることが分プラは， Sn に一定の割合で銅( Cu )などを混合し， Sn 中にかる．この構造に対して EELS 分析を実施したところ，成ナノ金属間化合物をコンポジット化した直径 10 mm 程度の長したピラーが金属 Ir であることも確認された．この一連

機 能 性 微 粒 子 金 属 を 含 む 無 鉛 ハ ン ダ 材 ( IMCC ) を 開 発 しの支援により，この薄膜が有している高い水分解触媒としてた(14) ．この IMCC は Pb レスにもかかわらず熱的な安定性の機能機構が詳らかにされたのである．この成果は，日経テに優れており，その機能性は従来の鉛ハンダを凌駕している

クノロジーなど各種メディアで報道されるとともに，ナノプことが特徴である．この構造解析支援では，IMCC が有するラットフォームの 2017 年度秀でた成果最優秀賞に選出され

熱的安定性の理由を明らかにするために，FIBSEM による
Cut & See などを実施した(有限会社ナプラ関根重信氏かた．


鉛フリーはんだ材の構造解析

らの依頼案件から引用)．図は直径約 10 mm の IMCC を
FIBSEM で 1 回あたり 20 nm ずつ切削しながら， 250枚の電子回路などに多用されているハンダは，スズ( Sn )を主SEM 像を撮影した連続切削断面像の一例である．濃い灰色成分にした低融点合金が用いられている． Sn は 13°
C 以下のの部分が Sn ，薄い部分が Sn Cu 合金であり， Sn Cu 相が低温において aSn(立方晶)，室温では bSn(体心正方晶)，

IMCC 微粒子内部に均等に分散されていることが分かる．さ

161°
C以上の高温では gSn(斜方晶)と呼ばれる三つの同素体

らに，切片を FIB 加工し TEM を用いて組成マッピングをが存在する．特に低温での b Sn から a Sn への構造変化で行ったところ，図 8 に示すように， bSn 中に存在しているは大幅な体積膨張(約 30 )が生じるため，ハンダ処理した

SnCu 金属間化合物が，SnSn 結晶の粒界に局在化し，Sn

接合部の破壊の切っ掛けとなる．また aSn は比抵抗が非常

Sn 粒界間の方位差により生ずる歪みを緩和していることが



特

集

明らかになった．すなわち Sn Cu 金属間化合物は，低温か察，TEM 試料作製法，超高分解能観察など多岐にわたって

会報 まてりあ，57 (2018), 612.
( 7 ) T. Imai, K. Higuchi, Y. Yamamoto, S. Arai, T. Nakano and N.
Tanaka: Microscopy, 65(2016), 185189.
( 8 ) N. Tanaka, J. Usukura, M. Kusunoki, Y. Saito, K. Sasaki, T.
Tanji, S. Muto and S. Arai : J. Phys.: Conference Series, 522(2014), 012008.
( 9 ) K. Murata, M. Esaki, T. Ogura, S. Arai, Y. Yamamoto and N.
Tanaka: Ultramicroscopy, 146(2014), 3945.
(10) T. Oi, S. Enomoto, T. Nakao, S. Arai, K. Yamane and M.
Taniguchi: Annal. Botany, 120(2017), 2128.
(11) K. Yamane, T. Oi, S. Enomoto, H. Miyake and M. Taniguchi:
Plant Cell and Environment, 41(2018), 563575.
(12) S. Kawasaki, R. Takahashi, T. Yamamoto, M. Kobayashi, H.
Kumigashira, J. Yoshinobu, F. Komori, A. Kudo and M.
Lippmaa: NATURE COMMUNICATIONS, 7(2016), 11818.
( 13 ) 川崎聖治，高橋竜太，リップマー ミック応用物理， 87(2018), 366369.
(14) 関根重信，特開201925540 (P2019
25640A).
(15) 中尾知代まてりあ，58(2019), 214215.

いる．微細構造解析 PF では，私たちの有している高度な構★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

ら高温までの温度変化に対し bSn から他のスズ同素体への構造変化を抑制する「アンカー効果」を担っていたのである．
これらの支援成果は，日刊工業新聞などで報道されるとともに，ナノプラットフォームの 2018 年度の秀でた成果に選出
された．

.

お わ

り

に

本稿では名古屋大学の微細構造解析 PF で実施した支援例のいくつかを含めその活動内容の概略を紹介させて頂いた．
この PF では，無機材料から生物系試料まで種々の解析支援に取り組んでおり(15)，また，その観察手法もガス環境下観造解析ノウハウを提供できる技術支援相談を随時受け付けているので，ご利用をお待ちしています．最後になりましたが，支援成果の引用許可を頂きました先生方に心より感謝申し上げます．

文献荒井重勇
1982年 名古屋工業大学卒
2005年 名古屋大学 博士(工学)2013年 名古屋大学 特任准教授(ナノテクノロジープラットフォーム専任)
専門分野電子顕微鏡および材料学◎超高圧透過型電子顕微鏡を用いた各種材料のナノ構造評価技術の開発とその応用に従事．特に，ガス環境下などに代表されるその場観察技術の開発を行ってきた．現在はナノテクノロジープラットフォーム専任教員として活動．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
( 1 ) 荒井重勇応用物理，86 (2017), 25
30.
( 2 ) 田中信夫，臼倉治郎，楠美智子，斎藤弥八，佐々木勝寛，丹司敬義，武藤俊介，荒井重勇顕微鏡，46 (2011) 156159.
( 3 ) 荒井重勇日本顕微鏡学会第 70 回記念学術講演会要旨集，(2014), 20.
( 4 ) T. Fujii, T. Kajita, T. Miyazawa and S. Arai: Materials Characterization, 57(2018), 206211.
( 5 ) 首藤洋志，小野寺暁理，荒井重勇，宮澤知孝，藤居俊之日本金属学会誌，82 (2018), 176181.
( 6 ) 宮澤知孝，鍛冶田貴大，藤居俊之，荒井重勇日本金属学会

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan

荒井重勇

山本剛久




ナノテクノロジー設備供用拠点(大阪大学)
保

.

は じ

め

田

英

洋

に

阪大微細構造解析プラットフォームは，超高圧電子顕微鏡センターによって実施されている．産業科学研究所によって実施されている微細加工プラットフォームならびに分子・物
質合成プラットフォームとともに 3 つのナノテクノロジー
プラットフォームにより「大阪大学ナノテクノロジー設備供用拠点」として学内規定に基づいて運営されている．阪大微細構造解析プラットフォームの最大の特徴は，無機・金属材
料から生体・高分子にいたるハードからソフトまでの試料の作製と観察に対応している点にある．図に示すように，3MV 超高圧電子顕微鏡(日立 H3000)， 1 MV クライオ超高

圧走査透過電子顕微鏡(日本電子 JEM 1000EES )， 300 kV
クライオ電子顕微鏡(Thermo Fisher Scientific Titan Krios)，
200 kV 走 査 透 過 分 析 電 子 顕 微 鏡 ( 日 本 電 子 JEM 
ARM200F ) ， 集 束 イ オ ン ビ ー ム 走 査 電 子 顕 微 鏡 ( FIB SEM)複合ビーム装置(Thermo Fisher Scientific Scios 2)と材料系および生物系の試料作製装置群等を供用に付している．観察に最適な加速電圧や試料温度を変化できる範囲が広い点において，様々なサイズや状態にある観察対象をカバーすることができる．試料作製装置についても，材料系の薄膜作製装置のみならず，生物試料の超薄切片作製から重金属による染色ツール，生物試料を無染色で非晶質氷中に包埋する装置等にいたる幅広い機能の装置群を有している．
本稿では，主要設備の概要と超高圧電顕およびクライオ電顕によって実施された支援研究の一部を紹介する．

図1

阪大微細構造解析プラットフォームの代表的な設備群．(オンラインカラー)

大阪大学超高圧電子顕微鏡センターセンター長・教授(〒567
0047 茨木市美穂ケ丘 71)
Achievements and Future Development by UltraHigh Voltage Electron Microscopes and CryoTEM in Nanotechnology Open Facilities
of Research Center for UltraHigh Voltage Electron Microscopy, Osaka University; Hidehiro Yasuda(Research Center for UltraHigh
Voltage Electron Microscopy, Osaka University, Ibaraki, Osaka)
Keywords: ultrahigh voltage electron microscope, cryotransmission electron microscope, tomography, insitu observation, high temporal andspacial resolution
2019年 7 月 4 日受理[doi:10.2320/materia.58.738]



特

集

よる試料厚さの増加により像質が低下するが，超高圧電顕の.


特徴的な主要設備の概要

3 MV 超高圧電子顕微鏡

3 MV 超高圧電子顕微鏡( H 3000 )は，試料に対する電子もつ高い透過能は，その像質低下を大幅に抑制し，高傾斜でも高い像質で透過像を撮影できる．取得した投影像は専用の解析ソフトウエアを使うことで，試料内の三次元情報を構築する．

線の高い透過能が最大の特徴である．図は加速電圧 100

こうした特徴は，ナノからマイクロメートルスケールまで

kV の透過電顕によって観察できる試料厚さに対して観察可のマルチスケールの階層性をもつ試料，例えば，様々な組織

能な試料最大厚さの加速電圧依存性を示している．加速電圧とさらに特殊化した細胞が複雑に重なり合って形作られてい2～3 MV においては，加速電圧 100 kV の TEM に比べて，る生体組織に対して有効である．また，高分子系コンポジッ10 ～ 15 倍の厚さの試料を観察することが可能になる(1)(2) ．

ト材料に対しても，ナノ素材の分散度を可視化することで構

特に挿入図に示されるように，加速電圧 2 MV における試造と機能との関連性を明らかにすることができる．

料の観察可能な最大厚さは，ステンレス鋼や Cu のような原生体組織である毛髪内部のメラニンを電子線トモグラフィ

子番号の大きな金属において，バルク試料において観察されーによって観察した結果を図( a )に示す．メラニンは動る現象と同等の現象を電顕観察するために必要な臨界試料厚

物，植物，菌類等が有する黒～褐色の色素であり，動物ではさである 1 ～ 3 mm よりも十分に厚く，例えばシリコン薄膜

毛髪，皮膚，眼球，神経等様々な組織において，タンパクとの場合， 6 mm 程度の厚さまで観察が可能であることを示し

強固に結合して顆粒(メラノソーム)の形で存在している．メている．これは，バルク材料の様々な現象の観察が，原子番

ラニン顆粒を構成する微細構造の形状，サイズ，分布等を明号の大きな金属においても，3 MV クラスの超高圧電顕を用らかにするために，日本人黒髪を酵素分解して得たメラニン

いると行えることを意味する．

顆粒を 2 mm の厚さをもつ切片にスライスして，高いコント

優れた透過能を活用すると電子線トモグラフィーにより厚ラストを与える重金属染色法により観察を行った．図 4( b)

い試料を立体観察できる．電子線トモグラフィーは，医療現および(c)の 3 次元再構成像は，青色の繊維状タンパクが全場で用いられる X 線 CT(コンピュータ・トモグラフィー)と域にわたってマトリックスを形成していることや，黄色の微

原理的には類似しているが，電顕を用いるために分解能は極小球状タンパクがメラニン顆粒のごく表層部分にのみ散在しめて高い．図にその原理を模式的に示す．物体の投影像のていることを示している．

コントラストは物体を構成する物質の電子線吸収係数に依存第二の特徴は，相対論的電子の粒子性の特徴にある．電子

して強度分布をもつ．これをラドン変換といい，物体投影像

は波動性をもつがエネルギーが増大するとともに粒子性も現変化させて得られたラドン変換を逆投影するの方向を 180 °ことによって 3 次元の再構成像が得られる．実際には，試料を±60～70°の範囲において断続的に傾斜して透過像を撮影する．ただし，この撮影法においては，見かけ上，傾斜に

図3

図2

加速電圧 100 kV の透過電顕によって観察できる
試料厚さに対して観察可能な試料最大厚さの加速電圧依存性(1)(2)．

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan

図4

電子線トモグラフィーの原理．

電子線トモグラフィーによって観察した毛髪内部のメラニン(3)．(オンラインカラー)




図5

光速 c に対する電子の運動速度 v の比，ならびに，電子の静止質量 m0 に対する運動時の質量 mの比の電子エネルギー依存性．

れ， 2 MeV 以上のエネルギーでは粒子性の特徴が顕著となる．図は，光速 c に対する電子の運動速度 v の比，ならびに，電子の静止質量 m0 に対する運動時の質量 m の比をエ
ネルギーの関数として示す．これによると，3 MV クラスの超高圧電子顕微鏡においては，光速に近い電子の質量は相対論効果により静止質量の 7 倍程度にまで増大する．この性質を利用すると，電子照射により個々の原子を変位させることができる．運動エネルギー Ekin をもつ電子が質量 M の原子によって角度 u の方向に散乱されるとき，原子に与えられるエネルギー Ep は，
Ep＝2(m0/M ){1/(m0c2)}(E＋2m0c2)Ekinsin2(u/2)となる．ここで，原子に与えられるエネルギーの最大値 Ep,
max は，弾き出しエネルギー Ed として以下のように与えられる．
Ed＝2(m0/M ){Eth/(m0c2)}(Eth＋2m0c2)

ここで，Eth は原子があるエネルギー以上の電子線で格子点から変位するために必要な電子線の最小の(しきい)エネル
ギーである．例えば， Al 原子に 25 eV 程度の弾き出しエネ
ルギー(Ed)を受け渡すためには，最小で 0.25 MeV 程度の電子の運動エネルギーを必要とする．
化学的にクリーンな電子による原子の弾き出し効果によっ

図6

1 MV クライオ超高圧走査透過電子顕微鏡の俯瞰図，および断面図．(オンラインカラー)て導入される 1 次欠陥は，極めて単純な原子空孔と格子間原子である．弾き出し効果により物質中に導入される種々の欠陥はエネルギー的に高い非平衡状態にある．こうした状態

レンズ，対物ミニレンズ，3 段の中間レンズ，投射レンズかの多様性により相変態が起こり，高エネルギー電子と物質とらなる．本体は地下に設置された大型除振装置上に設置されの相互作用を利用した特異構造の発現に関する研究を行うこている．除震装置は重量300トンのコンクリートブロックかとが可能である．

らなり，それらはエアダンパーによって浮上して支持されて



1 MV クライオ超高圧走査透過電子顕微鏡

いる．そのため，外部からの振動が電顕本体に直接伝達することはない．

1 MV クライオ超高圧走査透過電子顕微鏡(物質・生命科

主 要 性 能 と し て は ， 加 速 電 圧 は 1 MV ， 像 分 解 能 は ，学超高圧電子顕微鏡JEM1000EES)は，高さ 14 m，除振TEM モードにおいて点分解能 0.16 nm，STEM モードにお装置を含む総重量330トンであり，2 階に CockcroftWalton

いては 1.0 nm である．像観察装置は 4 台のデジタルカメラ

回路の高電圧発生装置，1 階に鏡体，地階に除振装置を配置からなり，モニター用，1 k×1 k CCD，2 k×2 k CCD，なした構造である．図に断面図，および俯瞰図を示す．電子

らびに 8 k×8 k 電子直接検出カメラを装備している．

加速部は 2 つのタンクからなり，高電圧発生のための Cock-図(a)は室温において Si 結晶から撮影された高分解能像

croft Walton 回路と電子加速管は，独立して収納されていである．［ 110 ]方向から観察された格子像中には原子間隔

る．レンズ部は 3 段の集束レンズ，集束ミニレンズ，対物

0.136 nm の Si 原子が暗いコントラストによって明瞭に分離



特

集

図7

(a) 室温において Si 結晶の[110]方向から撮影された高分解能像，(b) 94 K において Au 結晶の[100]方向から撮影された高分解能像，(c) PtIr 合金において 94 K で撮影された 500 nm アンダーフォーカスの Thon リ
ング．(オンラインカラー)

して観察されている．図 7(b)中の 94 K において Au 結晶の可能とし，複数の凍結試料の自動搬送，低温での電子線照射[100]方向から撮影された高分解能像には 0.2 nm 間隔の Au

損傷の極めて少ない透過電子顕微鏡像および走査透過電子顕

原子像が明瞭に分解され，その FFT パターンには 0.1 nm

微鏡像を連続的に自動撮影することや，得られた画像データの実空間分解能を示す400スポットが現れている．図 7(c)のを電子線トモグラフィー法，あるいは単粒子構造解析法によPtIr 合金において 94 K で撮影された 500 nm アンダーフォって 3 次元高分解能構造解析までを連続して高効率で行うーカスの Thon リングは，情報限界が 1/0.14 nm－1 以上であことが可能である．また生物試料のみならず，電子線照射にることを示している．

敏感な高分子等のソフトマテリアルの観察にも威力を発揮す

この超高圧電顕が装備しているマイクロ秒時間スケールのその場観察が可能な像記録装置は高感度の電子直接検出方式のデジタル画像記録が可能であり， 3840 × 3840 の有効画素

る．


FIBSEM 複合ビーム装置数を有し， 400 から 1600 フレーム/秒の速度で画像記録が可FIB SEM 複合ビーム装置( Scios 2 )における試料加工装能である．また，個々の電子を検出器で直接カウントするこ

置，および 3 次元画像観察装置としての機能を図に模式とにより， 7680 × 7424 の有効画素数の高精細で像撮影する的に示す．この装置は，FIB と SEM の複合機であり，ショこともできる． 12 個の試料を 100 K 以下の低温に保持したットキーサーマル電界放射電子銃を装備し，電子ビーム加速状態で予備室に待機させることができ，必要な試料を試料室

電圧は 200 V ～ 30 kV であり， 2 次電子像分解能は 1.0 nmに導入して，電子線トモグラフィー等により観察が可能であである． EDS 分析によって， B ～ U の元素分析が可能である．

る．また，試料加工用の Ga イオンビームの加速電圧は 0.5

300 kV クライオ電子顕微鏡～30 kV である．3 次元解析用加工装置として，局所的な領域から電子顕微鏡用薄膜試料が作製できる．

300 kV クライオ電子顕微鏡(Titan Krios)は，電顕試料室

また，3 次元画像観察装置として試料表面をイオンにより内および予備排気室において，試料温度は常に 80 K に保持加工しながら連続的に SEM 像観察や化学組成分析が可能でされ，空間分解能は 0.14 nm でる．コンデンサーレンズはあり，それらの 2 次元像データから 3 次元 SEM 像や元素分電流を一定にするコンスタントパワー方式をとっているた

析像を再構築できる．

め，レンズの温度変化による分解能への影響は皆無である．

.

試料導入はオートグリッド挿入型サイドエントリータイプ
で，カートリッジ導入方式とし，ロボティックアームにより，凍結試料が汚染されることなく自動で交換する機能を有

供用による研究実績

超高圧電顕による人工衛星搭載用デバイスの信頼性評価している．カメラはシンチレータとレンズを介さずに電子を

AlGaN / GaN HEMT は，高い飽和ドリフト速度と絶縁破直接検出できる CMOS 型電子直接検出方式をとり， 4 k × 4

壊耐圧を有することから，高出力・高効率動作が可能性な小k ピクセルの有効画素数で階調が16ビットである．このカメ

型軽量で高い信頼性の高周波増幅器が実現可能なデバイスとラを用いて Low Dose 技術によって撮影する場合，必要なして注目され，人工衛星搭載用デバイスとして期待されてい電子線量は20電子/Å2 程度であり，撮影中の試料温度の上昇

る．宇宙環境では，宇宙放射線，それが衛星に衝突して発生はほぼ皆無であるとともに，電子照射による試料の損傷を極する X 線や g 線に曝されるため，デバイスはこれらに十分限まで減らすことができる．

な耐性を確保することが要求されている．超高圧電顕内本設備は，生物試料を無染色で氷包埋して観察することを

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MeV 電子照射の弾き出し効果によりデバイス中に生成する




図8

図9

FIBSEM 複合ビーム装置における試料加工装置，および 3 次元画像観察装置としての機能．(オンラインカラー)( a ) AlGaN / GaN HEMT 試 料 に お け る 18 MeVの Ni イオン照射領域，( b ) 照射領域の光学測定結果．(オンラインカラー)

欠陥をその場観察して劣化メカニズムの解明を試みるとともに，宇宙環境で使用するための耐放射線性の評価を行った．
AlGaN/GaN HEMT 試料において，図(a)に示すようなデバイス領域に，加速器を用いて 18 MeV の Ni イオン照射と 2 MeV の電子照射を行い，照射効果を光学測定とデバイ
ス特性解析を用いて比較した．
図 9 ( b ) は Ni イ オ ン 照 射 前 後 に お け る EL 発 光 ( Photo
Emission Microscope)，OBIRCH(Optical Beam Induced
Resistance Change)および PL(Photo Luminescence)測定の結果である． EL 発光， OBIRCH ，ならびに PL 測定のいずれにおいても，照射領域の発光強度や反応が減少している．
図( a )に Ni イオン照射前後の順方向，逆方向のショッ
トキー特性を示す．順方向特性の高電流領域では照射とともに電流がわずかに減少している．直線領域の変化はなくショットキー障壁の変化はない．また図10(b)における電子照射
前後のショットキー特性の測定結果からも，大きな変化がな
いことを示している．

図10(a) Ni イオン照射前後，および(b) 電子照射前後の順方向，逆方向のショットキー特性．(オンラインカラー)

以上から，イオン照射および電子照射は，光学測定におい



特

集

図 11

(a) Ni イオン照射後のデバイス断面を試料厚さ 0.1 mm の薄膜を用いて 200 kV 電顕観察した結果，(b) 照射
後と(c) 照射前のデバイス断面を試料厚さ 1.5 mm の薄膜を用いて 2 MV 超高圧電顕により観察した結果．(オンラインカラー)ては発光強度等を減少させるが，ショットキー特性においてデバイスの電流をわずかに減少させるだけで，信頼性に与える影響は小さいことが明らかになった．
図(a)は，18 MeV の Ni イオン照射後のデバイス断面を
試料厚さ 0.1 mm の薄膜を用いて 200 kV 電顕観察した結果である．SiC 基板中には顕著な変化は認められない．一方，
図11(c)，および(b)は，デバイス断面を試料厚さ 1.5 mm の薄膜を用いて，2 MV 超高圧電顕により，それぞれイオン照射前後において観察した結果である．図 11( b )中には，( a )中にはないイオン照射による転位ループ起因の欠陥のコント
ラストが認められ，形成されている欠陥の深さは，図中に示した SRIM(Stopping and Range of Ions in Matter)によるイ

図 12超高圧電子顕微鏡内電子照射による欠陥発生のその場観察結果．

オン侵入深さのシミュレーション結果と一致する．
以上のように， 1.5 mm 厚さの試料を用いた 2 MV 超高圧
電顕観察によってはじめて，転位ループの形成を確認したが，この欠陥は電界集中やリーク電流に寄与しない良性の欠陥であることがわかった．

げられる．
C60 ポリマーは低エネルギーの電子照射によって作製される．ここでは，マイカ上に蒸着した C60 単結晶薄膜を 3 keV

一方，デバイスに加速器で照射した電子線と同じエネルギの エ ネ ル ギ ー の 電 子 線 を 用 い た 電 子 励 起 に よ り Stone ーの電子を超高圧電子顕微鏡内で照射して欠陥発生の様子をWales 転移による重合反応によって作製した．一方，電子

その場観察した．図に電子線照射前後の TEM 像を示す．

のエネルギーを 20 keV 以上にすると，照射損傷によりアモ点線で示した 1.3 × 1022e / cm2 の電子を照射した円内に現れルファス構造に変化することが知られており，電子顕微鏡観る黒いコントラストは，点欠陥集合体である．加速器による察時には注意が必要となるため，クライオ電子顕微鏡による照射に比べるとドーズ量は桁違いに大きいが，この結果はデLow Dose 観察を行った．

バイス特性の変化が弾き出し効果による格子間原子型転位ループの生成によることを示唆している．
以上のように，宇宙用途のための AlGaN/GaN HEMT の高い放射線耐性を実証することができた(4)．


クライオ電顕による C60 ポリマーの微細構造解析

図は C60 分子，ダイマー， 1 次元ポリマーと fcc 構造の分子性結晶の単位格子，ならびに，ダイマー，ポリマーにおける C60 分子間距離を模式的に示している．分子性結晶における分子間距離に比べてダイマーやポリマーにおいては，分子間距離が短くなっていることがわかる．
図は C60 分子性結晶ならびにポリマー結晶の高分解能電C60 分子は孤立した状態においては，クラスターとしての

子顕微鏡像と対応する電子回折図形を示す．図14(a)は，fcc

性質をもつが， C60 が 1 次元ポリマー化した場合， 1 次元金構造の分子性結晶の[111]晶帯軸の格子像である．面間隔約

属に起因した特異な物性を示すことが知られている．例え

0.5 nm の{220}面に対応する格子縞が見られるが，面内にはば，相転移における電荷密度波に起因するフォノン異常とパ)中の回折図形中には強顕著な欠陥は認められない．図14(a′イエルス転移を起こすこと，1 次元ファンホーブ特異点をも度の強い基本格子反射に加えて E1, E2 で示す強度の弱い衛

つこと，朝永－ラッティンジャー液体状態をとること等があ

星反射が認められる．この衛生反射は fcc 構造においては出

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


図 13

C60 分子，ダイマー， 1 次元ポリマーと fcc 構造の分子性結晶の単位格子，ならびに，ダイマ
ー，ポリマーにおける C60 分子間距離の模式図．
(オンラインカラー)

図15(a) は単一ドメインの C60 ポリマー結晶の高分解能像，( b ) は fcc 構造の C60 結晶の{ 111 }面において a 軸方向(最近接原子間距離の〈110〉方向)にポリマー化したときの構造モデル，( c ) ( a )中の高 分 解 能 像 の FFT パ タ ー ン ， ( c ′) (c)の模式
図，(d) 3 つのドメインからなる領域からの制限
視野電子回折図形，( d ′) ( d )の模式図． (オンラインカラー)

る FFT 解析を行った．図(a)は単一ドメインの C60 ポリマ
ー結晶の高分解能像であり，図の左右の方向に C60 分子が 1次元に配列した領域を示す．図 15 ( b )は fcc 構造の C60 結晶
図14

C60 分子性結晶ならびにポリマー結晶の高分解能
電子顕微鏡像と対応する電子回折図形．(オンラインカラー)の{111}面において a 軸方向(最近接原子間距離の〈110〉方向)にポリマー化したときの構造モデルである．ポリマー化した a 軸方向の C60 分子間距離が短くなり，｛ 111 }面内の a
軸方向に結晶が収縮している様子を示している．図15(c)および(c′)は，それぞれ図15(a)中の高分解能像の FFT パター

現しないが，結晶が hcp 構造をとる場合には現れる反射でンとその模式図である．a 軸方向の結晶の歪みに対応してC，ある．従って，この分子性結晶は fcc 構造，hcp 構造，およDで示す回折斑点の a 軸方向への拡大シフトと，その結果生び，積層欠陥が組み合わさった単結晶薄膜であることを示し

じる A で示す回折斑点の分裂が観察される．図15(d )(図 14ている．図 14(b)は C60 ポリマー結晶の格子像を示す．図中(b′)と同じ図)および( d ′)は，それぞれ 3 つのドメインからに示すように，約 0.88 nm 間隔の格子縞が 3 方向に確認さなる領域からの制限視野電子回折図形とその模式図である．

れる．この各方向からなる格子縞を示す領域が約 10 ～ 20

図中の A, B, C, D で示す回折斑点は，図15(c)中に同様に表)に C60 ポ
nm のサイズでドメインを形成している．図 14(b′した回折斑点に対応する．図15(a)中のドメインとそれぞれリマー結晶からの制限視野電子回折図形を示す．回折図形は± 60°の方向からなるドメインによる回折斑点を重ね合わせ

格子縞が示す 3 方向からなるドメインによる回折図形が重)の回折図形が得られる．
ると，図15(d)および(d′

畳したものである．
電子回折図形を解析するために，1 方向のドメインにおけ

以上の解析から， C60 ポリマー結晶は， fcc 構造からなる
C60 結晶の{111}面上の C60 分子が特定の〈110〉方向に 1 次元

特集

この間，めざましい発展により，物質・材料科学や生命科学では必要不可欠な観察・分析技術となった．レンズ収差補正技術の導入により，その役割はさらにステップアップし，最先端の研究者のみならず，誰もが原子・分子でものを見ることで研究成果を議論するようになった．そうした電顕学の潮流の中で，我が国の役割が一層重要になりつつある．すなわ
ち「物質や生命の実相をあるがままに見たい」，「実環境での挙動を動的に把握したい」という欲求は依然として研究活動
図16

ポリマー化の構造モデル．

の源泉であり，電顕はその一翼を担う重要な研究設備である．今後とも，装置開発や応用研究を積極的に推進するとともに，多くの若手研究者を育成し，100 周年までに世界のセポリマー化することにより生成されることが明らかになった．図の構造モデルは，ポリマー化することにより fcc 構

ンターとして貢献していくことを目指している．
なお，当プラットフォームは以下の URL から利用情報を造からなる単位格子が歪んだ hcp 構造からなる単位格子に得ることができる．

変化することを示す(5)(6)．

http://www.uhvem.osakau.ac.jp/jp/
https://www.youtube.com/watch?v＝Nh5UG9Wck4.

まとめと今後の展開
文

献当プラットフォームの特徴と超高圧電顕およびクライオ電
顕 に よ る研 究 成 果の 2 つの 例 を 紹介 し た． こ う した 成 果
は，個々の利用者に対する最適な装置利用についての専門的指導から，材料科学・生命科学に関する実験データの具体的な解釈に至るまでの支援を提供することで生み出されている．このような研究を通じた人材交流による「知」と「智」の集約や異分野融合による新たなイノベーションを目指している．
さらに，プラットフォームとしてユニークな装置開発も重要である．クライオ超高圧電顕は，前述したように高時間分解能超高圧電顕である．クライオステージは物質の低温における挙動観察と生物試料のダメージ低減に，また高時間分解
能は材料挙動の高速その場観察と生物試料のダメージ低減のための短時間撮影に有効であり，これらの機能を並行して開発することは，分野を超えて大きな価値がある．時間分解能をさらに向上させるために，パルス電顕を開発している．短時間に高輝度のパルス電子を得るために，負の電子親和力
NEA(Negative Electron Affinity)をもつ Cs 蒸着した InGaN

基板からパルスレーザー励起による光電子放出を利用したパルス電子源を試作して，それを電顕に搭載することによる高時間分解観察を目指して開発を進めている．

( 1 ) H. Fujita, T. Tabata, K. Yoshida, N. Sumida and S. Katagiri:
Jpn. J. Appl. Phys., 11(1972), 15221536.
( 2 ) H. Fujita and T. Tabata: Jpn. J. Appl. Phys., 12(1973), 471
472.
( 3 ) 高橋俊江ら第 24 回日本色素細胞学会学術大会口頭発表，(2012).
( 4 ) H. Sasaki, T. Hisaka, K. Kadoiwa, T. Oku, S. Onoda, T.
Ohshima, E. Taguchi and H. Yasuda: Microelectronics Reliability, 81(2018), 312319.
( 5 ) H. Masuda, J. Onoe and H. Yasuda: Carbon: 81(2014), 842
846.
( 6 ) H. Masuda, J. Onoe and H. Yasuda: Carbon: 96(2016), 316
319.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
1985年 3 月 大阪大学 大学院工学研究科 博士前期
課程修了
株 第二技術研究所 研究員
1985年 4 月 新日本製鐵
1988年 4 月 大阪大学 大学院工学研究科 助手～助教授
2000年 4 月 科 技 庁 / 文 科 省 金 属 材 料 技 術 研 究 所
研究ユニットリーダー
2001年 4 月 神戸大学 大学院工学研究科 教授
2010年 4 月現職
保田英洋
専門分野材料物性学，電子顕微鏡・電子分光学◎ナノ粒子の構造・相転移・電子状態の研究，電子励起状態が構造安定性に及ぼす影響についての研究，およびフォトカソードフェムト秒時間分解パルス電顕の開発に従事．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

1931年に発明された電顕は，まもなく100周年を迎える．

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japanナノマテリアル開発のための超顕微鏡解析共用拠点(九州大学)
松村

晶1
)

村上恭和1
)波多聰

安田和弘2
) 工藤昌輝1
)

福永裕美1
 阿内三成1
 鳥山誉亮2 前野宏志3

)
)
)
)

置などを学外の研究者に利用開放するだけでなく，学内の様.

九州大学超顕微解析研究センターでの共同利用々な部局に所属する研究者，本事業に専任の博士研究員やテクニカルスタッフが，利用者の研究目的に即して多様な物

九州大学では微細構造解析プラットフォーム事業を，同学

質・材料のナノ構造解析・状態解析研究の計画から実施，デの学内共同利用施設である超顕微解析研究センター(1)で実施

ータ解析に至るまでの研究支援を積極的に行っている．外部している．同センターは超高圧電子顕微鏡を学内共同利用に研究者の利用形態としては，技術相談，設備利用，共同研究供するために 1975 年に開設された超高圧電子顕微鏡室を前に分けられる．「技術相談」は課題を実施する前の打ち合わ

身にしており，開設当初から課金制度による共同利用を積極せであり，企業での製品開発や教員経験を有するコーディネ的に進めて約半世紀近くにわたって様々な分野の研究に利用ーターを中心にして，利用者の希望を伺って適切な解決方法

されてきている． 2002 年には文部科学省の「ナノテクノロを探りながら実験計画を企画するとともに，学内の教員や研ジー総合支援事業」の実施機関に採択されて学外の研究者に究者が具体的な実験内容について助言や検討を無償で行っても利用される施設となり，その後も「先端研究施設共用イノ

いる．利用者はその後に利用申請を行い課題の実施に至る．

ベーション創出事業」，さらに2012年からの「ナノテクノロ「設備利用」と「共同研究」は，研究の主体が利用者にある

ジー・プラットフォーム事業」の「微細構造解析プラットフ

場合と，その発展的な形態として九大のメンバーが得意とす

ォーム」に引き継がれて，広く産官学のナノテクノロジー研

る特徴的な解析方法等も応用して利用者と密接に研究を展開

究支援と共同研究を展開している(2)．加えて，同センターはする場合に相当する．電子顕微鏡解析法の理解を広めかつ実

産学連携推進のために 2005 年度から九州大学学術研究都市

質的な研究効率と研究レベルを高めるために，本学では利用推進機構の協力の下に「先端電子顕微鏡フォーラム｣(3)を独者が現場に来て我々と一緒に実験を行うことを原則としてお自の事業として運営し，企業研究に向けたユニークな会員制

り，いわゆる「技術代行」は行っていない．初めての利用者の共用サービスを行っている．また「アトミックスケール電には，研究の可能性を探るための無償での試行的利用制度も

磁場解析プラットフォーム｣(4)にも参画して，電子線ホログ

ある．

ラフィー研究に特化した機器共用と共に解析技術の高度化に努めている．

このような装置利用と研究支援だけでなく，ユーザーへの電子顕微鏡関連の最新技術や研究動向に関する情報提供と課

同センターに設置されて学内外の研究者に共同利用されて題・問題点の共有のために， HVEM 研究会やセミナーを年いる装置群を表に示す．微細構造解析プラットフォームで間通して実施している．さらに，物質のナノ構造評価に従事

は，これらの各種電子顕微鏡やその観察に必要な試料作製装できる技術者・研究者の育成を目指して，学外の研究者，大九州大学工学研究院1)教授 2)准教授(〒819
0395 福岡市西区元岡744)九州大学総合理工学研究院教授
九州大学超顕微解析研究センター1)学術研究員 2)テクニカルスタッフ 3)技術職員
Kyushu University Ultramicroscopy Platform for Nanomaterial Developing; Syo Matsumura, Yasukazu Murakami, Satoshi Hata,Kazuhiro Yasuda, Masaki Kudo, Yumi Fukunaga, Mitsunari Auchi, Takaaki Toriyama, Hiroshi Maeno(Faculty ofEngineering, Kyushu University, Fukuoka. Faculty of Engineering Sciences, Kyushu University, Fukuoka. The Ultramicroscopy
Research Center, Kyushu University, Fukuoka)
Keywords: high voltage electron microscopy, transition edge sensor microcalorimetry, aberration corrected scanning transmission electron
microscopy, Xray energy dispersive spectroscopy, electron energy loss spectroscopy, nonlocal principal component analysis, nanoparticle, catalyst,
borondoped diamond, intermetallic compound
2019年 9 月17日受理[doi:10.2320/materia.58.746]



特

集

装 置 区 分

表1

九州大学での共同利用電子顕微鏡．

式

加速電圧[kV]型

仕400～1250

様

HVEM

JEM1300NEF

Q フィルター，XEDS

収差補正 TEMSTEM

JEMARM200CF
JEMARM200F
JEMARM200F

ホログラフィー TEM

HF3300X

100～300

2 重バイプリズム，GIF

分析 TEM
STEM

JEM3200FSKTECNAI G2F20
TECNAI G220300
100～200
100～200

Q フィルター，XEDS
ローレンツレンズ，XEDS
XEDS

汎用 TEM

JEM2100HC
JEM2000EX

100～200
80～200

分析 SEMULTRA 55

0.1～30XEDS(TES, SDD)

FIBSEM

MI4000L
Quanta 3D 200i

0.1～300.2～30立体組織解析用直行型

30, 60, 80, 120, 200
60, 80, 120, 200
120, 200

照射系/結像系収差補正，XEDS, GIF966
照射系/結像系収差補正，XEDS, GIF965
照射系収差補正，XEDS

総合理工学研究院が管理

学院学生も参加可能な研修会を年間を通して実施している．
研修会は 1 回あたりの人数を 10 名以下として，講義と実機での実習を組み合わせて数日間にかけて行っている．透過電子顕微鏡(TEM, Transmission Electron Microscope)を初めて扱おうとする初心者向けの TEM 研修入門・初級コースと，高分解能電子顕微鏡法やトモグラフィー法など特定の技
法 に 特 化し た 中 級コ ー ス の 2 つ のコ ー スを 設 け てい る ．
2018 年度は，入門・初級コースは合計 24 回，その中で英語によるものを 4 回実施した．中級コースは 7 テーマについてそれぞれ 1 回ずつ開催した．これらの受講生は総勢で354名に達した．

.

九州大学の特徴的な装置

表 1 に示した装置の中から特徴あるものを以下に簡単にご紹介する．一般に最高加速電圧が 1 MV 以上の TEM を超高圧電子顕微鏡(HVEM, High Voltage Electron Microscope )と呼んでいるが，図に示す JEM 1300NEF は，イ

図1

超高圧電子顕微鏡 JEM1300NEF.

ンコラム型の Q 型電子エネルギーフィルターを鏡体の中に装着した世界でもユニークな HVEM であり(5)(6)，像観察とと も に 電 子 エ ネ ル ギ ー 損 失 ス ペ ク ト ル ( EELS,Electron

ある．加えて，本装置では Q フィルターで結像に用いる透Energy Loss Spectrum)の取得や特定のエネルギー範囲の透

過電子のエネルギー範囲を選択することで，対物レンズの色

過電子を選択してエネルギーフィルター像を得ることができ

収差の影響を抑えて観察可能な試料厚さの範囲がさらに拡大

る．鏡体の下にポストコラム型の電子エネルギーフィルター

される．本学の HVEM で約 10 mm 厚の Si 結晶の内部組織を装着した HVEM は他にも存在しているが，インコラム型を観察した例を図に示す(7)．視野中央部に亀裂が入っておの場合には常に電子線がこの中を通過するために，装置全体り，約 0.01 mm という通常の TEM では全く観察できないの設計や操作の全てが電子エネルギーフィルターの使用を前

厚い試料でも，亀裂先端で多くの転位が増殖している様子が提とすることとなり，その意味や位置づけは異なる．

明瞭に観察できている．Qフィルターは倍率が 1 であるので

HVEM の最大のメリットは，電子が高電圧で光速近くまで

広視野の観察に有利であり，図 2 の観察視野は 20×17×6.5

加速されて試料や雰囲気中の透過能が高くなり， 200 ～ 300

mm3 に達している．図中に矢印で示した転位は，同じすべ

kV クラスの TEM では難しいあるいは不可能な mm オーダ

り面上あって深さ方向に約 1 mm の間隔で配置している．汎ーの厚い試料や雰囲気中での物質の挙動を観察できることに

用 TEM 用の薄膜試料の厚さはこの転位間隔より薄くしない

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

図2

Si 単結晶の亀裂先端近傍で増殖した転位群(7) ．
破線が亀裂．試料の投影厚さは 9.9 mm ．損失エ
ネルギーが 1.3 keV の透過電子で撮影．

図3

レーザー光パルス照射による単結晶 Au ナノロッ
ドの変形(8).
(a) 初期状態，(b) 1 パルス，(c) 2 パルス照射．
l＝1026 nm．平均照射強度は490 J/m2/パルス．

図4

TES を装着した SEM (ULTRA55)．SDD も装着しており，簡便に XEDS 解析も可能である．

といけないため，このような転位の配置を観察することはできない．このように，厚い試料を観察することは転位が試片表面から抜け出る薄膜効果を抑制してよりバルクに近い組織を観察することができるというだけでなく，大きな試料体積の中に転位セグメントをより多く含ませる事ができるという意味でも重要である．
この HVEM にはレーザー光発振器からのビームラインが試料室に接続されており，パルスレーザー光を観察試料に照射して試料の動態をその場観察することもできる．図に，
波長 l＝1064 nm の近赤外パルス光を照射したことによる，
金ナノロッドの形態変化を観察した例を示す(8)．単結晶状態を保ってロッド状から表面の晶壁性を現しながら状に変形していく様子が観察できている．本 HVEM には，この他にシリコンドリフト型の X 線検出器(SDD, Silicon Drift Detector)も装着されており，EELS とともに観察領域の元素同定も可能である．九大のこの装置を一言で特徴づけるなら，分体と熱浴に密着しており，吸収体によって X 線から変換さ析電子顕微鏡の機能を実現した HVEM である．

れた熱エネルギーによる薄膜の電気抵抗の変化から X 線の次に特徴ある装置として，図に示す超伝導転移端センサ

エネルギーを測定する．薄膜素子が Tc に冷却されているたー(TES, Transition Edge Sensor)型マイクロカロリメータ

めに，少しの熱エネルギーの流入による温度上昇で顕著な電ー X 線検出器を装着した走査電子顕微鏡( SEM,

Scanning

気抵抗変化がもたらされ， TES は XEDS ではあるが WDS

Electron Microscope)を紹介する．電子顕微鏡用の X 線検出並みの DEX  10 eV 程度の高いエネルギー分解能が得られ器には，半導体 Si 結晶を素子に用いたエネルギー分散型検る．一般に TES のエネルギー分解能は出器(XEDS, Xray Energy Dispersive Spectrometer)が一般

D E X ∝ kB T 2Cに用いられている．これは，素子に入射した X 線が Si の価という関係にある(9) ．ここで， k

電子を励起して生成した電子正孔対を数えることで，入射温度， C は吸収体とセンサーの熱容量である．低温では C

B はボルツマン定数， T は

X 線のエネルギーを測定する．電子正孔対の生成数とそのも T ともに減少するため， TES は 100 mK 程度の極低温で統計揺らぎは価電子帯と伝導帯のバンドギャップ動作させることで高いエネルギー分解能が得られる．九州大DEB(＝3.8 eV)で決まるため，スペクトルのエネルギー分解学に設置している TES のエネルギー分解能は DEX ＝ 14 eV

能 DEX は 6 keV 程度のエネルギーの X 線で約 120 eV が理である．図に，ウラン鉱石の測定例を示す(10) ．鉱石中に論限界である．この値は波長分散型(WDS, Wavelength Dis-は多くの元素が含まれており， SDD 半導体検出器ではエネ

persive Spectrometer)の DEX＜10 eV に比べて大きく見劣り

ルギー分解能が不十分なために大きく 3 つのピークが現れする．TES マイクロカロリメーターは超伝導転移温度 Tc にているが，TES ではそれぞれのピークが分離されて Al, Si,

冷却された薄膜センサーが Au のような重金属の X 線吸収

P, Sr, W が存在していることが明瞭に確認できている．X



特

集

図5

ウラン鉱石の XEDS プロファイル(10) ． TES (赤線)と SDD(緑線)による測定．

線のエネルギー分解能が高いとピークが分離されやすくなるだけでなく，各ピークが鋭くたってバックグラウンド値を超えやすくなるので，最小検出濃度限界が大きく下がって微量

図6

収差補正走査透過電子顕微鏡 JEMARM200FC.

図7

グラフェン膜の高分解能 TEM 像．加速電圧 80
kV で観察．

元素の同定にも極めて有効である．100 V までの低い加速電圧までカバーする SEM に TES を装着して共同利用に供している例は世界に類がない．
TEM の球面収差補正技術が確立されて，それまでは不可能であった高分解能な解析やその場観察解析など電子顕微鏡
解析の可能性に大きなブレークスルーがもたらされ，様々な研究領域で新たな研究が展開されている．九州大学では収差補正電子顕微鏡の多くの利用希望に応えるために， 3 台のJEMARM200を「微細構造解析プラットフォーム」で共同

利 用 に 供 し て い る ． こ の 中 で ， 図  に 示 す JEM 
ARM200CF は，本事業の開始時に新たに開発して整備した

第 3 世代の ARM であり，5 次の球面収差まで補正する収差補正器を照射系に搭載している．それによって入射電子の収
差 補 正 域 が 加 速 電 圧 200 kV で 従 来 器 の 26 mrad か ら 60
mrad まで拡大して STEM(Scanning Transmission Electron
Microscopy)モードでの分解能とシグナル強度が大きく向上

EELS が取得できる．また 2 系統の大口径( 100 mm2 ) SDDしている．さらに， 30 kV でも 51 mrad と加速電圧を下げ検出器による XEDS システムにより 2 sr に迫る X 線取り込ても収差補正域の縮小が小さく，低加速電圧でも高い分解能み角を実現し， X 線分析効率が大きく改善している．対物が得られる．収差補正技術が確立する以前は定格の加速電圧

レンズにはギャップが広いタイプを採用しており，試料加(最高加速電圧)でその装置の最高性能が得られ，加速電圧を熱，冷却ホルダーなどを使用して観察・解析が可能である．

下げると分解能が大きく低下したのに対して，収差補正によ

次に，この JEM ARM200CF を活用した共同研究による解って定格電圧以外でも分解能の低下を抑えることができるよ析例を紹介する．

うになり，図のグラフェンの観察例が示すように，高電圧での観察では損傷しやすい軽元素を多く含む物質の高分解能

.

Cu6Sn5 金属間化合物相の原子配置の決定(11)観察の可能性が拓かれた．本機では， 30～ 200 kV の 5 段階の加速電圧で収差補正がなされており，観察対象に適した条

有害な Pb の使用が世界的に制限されて，電子デバイスの件を設定して構造・状態解析が可能である．分析系では，モ実装に Pb を含まない Sn を主成分とする合金が新たなはんノクロメーター搭載の TEM 専用のエネルギー分散 DE se がだ材料として普及してきている．はんだが Cu 基板と融解合

DE se＝40 meV)

金化した接合部では Cu6Sn5 相が形成される．この相は 460を搭載しており，ほぼ電子銃のエネルギー幅の分解能で相のK において高温の六方晶 h 相と低温で安定な単斜晶 h ′小さいイメージング・フィルター(GIF 966,

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


図8

h ( Cu91Ni9 )6 Sn5 の[ 21̃1̃0 ]入射 HAADF STEM
像と結晶モデル．像中とモデル図中の四角枠が単位格子に対応している．

間で結晶構造相転移を生じて体積が 2ほど変化するため，加熱冷却によって接合部に局所応力が発生して破断に至ってしまう．最近の研究で，微量の Ni や Au などを添加するとこの結晶相転移が消失して，室温以下まで六方晶 h 相が安定化することが明らかにされている(12)．しかし，添加元素

図9h(Cu91Ni9)6Sn5 の XEDS マッピング(11)．
(a) 原画，(b) NLPCA 処理像．

がどのように化合物中に存在して hCu6Sn5 相が低温まで安定化するのかの機構原理は全く理解されていない． Cu6Sn5
化合物は， Li イオン電池の安定で信頼性の高いアノード電

グデータについて，ポアッソンノイズを仮定した非局在主成極材候補としても期待されており(13) ，その構造安定性はこ分 解 析 ( NLPCA,

れらの材料応用への信頼性を高める上で重要である．六方晶

Analysis )(15) を適用してノイズ除去を試みた結果を図 9 ( b )h Cu6Sn5 の結晶構造(14) は， NiAs 型構造の Ni と As 副格子に示す．図 9 ( a )と比較してノイズが大きく除去されておをそれぞれ Cu, Sn が占有して，残りの Cu がその双三角錐り，特に原画では全く構造が現れていなかった NiK のマッ

格子間位置の 20 を占有した構造である．これらの副格子

プ像にも三角格子状のパターンが現れている．SnL のパタはそれぞれ Cu1, Sn, Cu2 サイトと呼ばれている．図に，ーンと似ているが NiK のパターンは位置が異なっており，

約 5 at の Ni を含む h ( Cu91Ni9 )6 Sn5 相を[ 21̃1̃0 ]方向から

Ni は Cu2 サイトを占有していることを明らかに示してい観察した HAADF(High Angle Annular Dark Field，高角度る．このように， XDES の高感度化によって STEM で原子環状散乱暗視野)STEM 像を示す．重い Sn のサイトが縦方分解能の元素マッピングが可能となった．さらに最近のノイ向にジグザク状の明るい輝点で，それらの中間位置に Cu1

ズ除去処理を併用することで微量元素でも化合物中の占有サ

Non

Local

Principal

Component

サイトの輝点が長方格子状に現れている．一方， Cu2 サイイトを決定できることが示された．これは XDES の高感度

トは原子占有率が低いために明確な輝点になっていないが，化だけでなく，装置の分解能とともに試料ステージなどの機Sn サイトのすぐ横にショルダー的な強度分布で確認でき械的安定性も大きく向上していることも貢献している．

る．同じ方位で電子線を走査して得られた，これら 3 元素

STEMXEDS による原子マッピング法が，化合物の構造解の固有 X 線の強度マップを図(a)に示す．全体的にノイズ

析に今後広範に応用されることが期待できる．

に覆われているが， Sn L の強度分布には図 8 に見られたSn サイトに対応したジグザグしたパターンが，また Cu K

.

合金ナノ粒子の局所組成解析のマップでは Cu1 サイトの長方格子のパターンが微かに確認でき，主成分である 2 元素がこれらの副格子をそれぞれ

ナノメートルサイズの微粒子は体積に対する比表面積が非占有していることが辛うじてわかる．しかし，微量に添加さ常に大きく，表面反応がバルク状態より顕著になるため，様れた Ni K のマップには，現在最高レベルの感度を有する々な化学反応を促進する触媒としても広く実用されている．

STEM XEDS システムでもっても構造が全く現れていな

例えば，自動車から排出される排ガスの浄化には，その成分

い．最近，このような画像のノイズを数理的に除去する様々である CO や炭化水素を CO2 や H2O に酸化する反応と NOxな手法が提案されている．そこでこれらの XEDS マッピン

を N2 に還元する反応を同時に促進する必要があり，Pt, Pd,



特

集

Rh の貴金属ナノ粒子からなる三元触媒が使われている．しかしこれらの金属は希少であり，その効率改善とともに使用

.

新たな高効率アンモニア合成触媒の開発(18)量を削減する必要がある．最近，京都大学の草田らは，溶液の同時還元によってバルク状態では不混和な Pd と Ru の固アンモニアは化学肥料の原料として人類社会を支える重要

溶体合金ナノ粒子の合成に成功して，Rh に匹敵あるいは凌な化成品である．さらに CO2 を排出しない燃料や再生可能

駕する排ガス浄化性能を有することを明らかにした(16)(17)．

エネルギーで製造した水素を液体状態で運搬ならびに貯蔵す

図は，600°
Cで NOx 還元反応に供した後の PdRu 合金ナノるエネルギーキャリアとしての活用も期待されており，その粒子を HAADFSTEM で観察した例である．ナノ粒子では製造と分解を効率よく進める新たな触媒の開発が強く求めら

重金属でも電子照射によって表面からの原子の飛散や内部構れている．最近，永岡らの研究グループは，Ru ナノ粒子を造が変化起こりやすくなるため，ここでは加速電圧を 120(LaCe)O2－x 担体に担持した触媒が，汎用性の高い酸化物担kV に下げて観察・解析を行っている．収差補正の効果でこ体触媒としてはこれまでにない高いアンモニア製造効率を示のような中間加速電圧でも原子分解能が得られている．図すことを明らかにした(18)．この触媒は高温での水素雰囲気

10(a)では，粒子内部は結晶の最密面の積層が局所的に変化下で還元することで高い活性が発現する．そのため，活性のしており， 3 面積層周期の面心立方構造( fcc )と 2 面周期の発現機構を理解するためには，還元された状態で解析を行う

六方稠密構造( hcp )の領域に細かく分かれている．( b )の拡必要がある．ここでは，大気に曝すことなく TEM 内に試料

大像中の矢印にそった XEDS 解析から得られた局所組成のを移送することが可能な雰囲気遮断ホルダーを用いて実験を

プロファイルは，fcc と hcp の領域でそれぞれ Pd と Ru が濃

進めた ．図はその結果の一例で ある．( a )の HAADF 化していることが定量的に明らかにされており，これらの結STEM 像と同一視野の XEDS による元素マップ( b )を見る

晶構造が組成変動を伴って安定化していることがわかる．ラと，( LaCe ) O2－x 担体に Ru ナノ粒子が分散して担持されてインプロファイルの左側の hcp 領域では組成がほぼ一定にないる様子が明瞭に確認できる．表面に露出した Ru 粒子を拡っていることから，局所的に準安定平衡に達していることが大した(c)の HAADFSTEM 像では，Ru 粒子の表面を酸化示唆される．元来，非平衡な固溶状態であるので PdRu 合物層が薄く覆っているようである．( a )と( b )に丸印で示し

金ナノ粒子の中温域での安定性は乏しく，現在，多成分化やた担体の表面付近と内部の 2 箇所から得られた EELS を(d)担体との組み合わせなどによって相状態の安定性と機能向上で比較する．電子照射による La の 3d 軌道から 4f 軌道へのに関わる研究が精力的に進められている．ナノ粒子は体積が励起に伴う M4,5 端の 2 本のピークは 2 箇所で変化しておら非常に小さいため，電子照射による固有 X 線の発生量が通ず， La は安定して 3 価の状態にある．一方， Ce の M4,5 端

常の薄膜試料と比べて少なくなる．従来の装置ではナノ粒子の 2 本のピークは，緑ラインの内部と比べて赤ラインの表に含まれている元素成分が確認できる程度であったが，昨今面付近では低エネルギー側にシフトしているとともにピークの XEDS の感度向上に伴って，図10(c)に見られるようにナノ粒子内の局所組成とその変化についても定量解析が可能に
なった．

図 10

NOx 還 元 反 応 後 の PdRu 合 金 ナ ノ 粒 子 ． ( a )HAADF STEM 像 ， ( b ) ( a ) の 四 角 部 の 拡 大像，(c) XEDS による(b)の矢印部の組成プロフ
ァイル．加速電圧 120 kV で観察，解析．

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図11

水素還元処理を施した Ru/(LaCe)O1.75－x の状態
解析．( a ) HAADF STEM 像，( b ) XEDS マッ
ピング，(c) (a)(b )中の四角部の拡大像，(d)赤丸，緑丸部から得られた EELS.

形状も変化している．価数状態が明らかな標準試料の EELSな形状をしており，sp3 混成軌道による結合が主である．たとの比較から，内部は Ce3＋ と Ce4＋ が 46 で混在している

だし， 3 at  B の EELS では 283 eV 付近に 1 s 軌道から反のに対して，表面付近は還元処理によってほぼ Ce3＋ になっ結合性 p軌道への励起による鋭いピークが明確に現れておていることが明らかとなった．吸着 N2 分子の赤外線吸収分

り，sp2 結合を有する欠陥が少なからず結晶粒内に存在する光の結果とも併せて，高い触媒活性の発現は担体酸化物のことも示されている．どちらの EELS にも 190 eV 付近にCe から Ru 粒子に電子を供与されて N2 分子の結合を弱める

B K 端が現れている． C K と B K 端の積分強度から B 組

SMSI(Strong MetalSupport Interaction，強い金属担体相

成を見積もったところ， 0.9 ± 0.2 at  , 3.0 ± 0.4 at という互作用) 効果によるものと理解された(18)．

値が得られて公称組成とよく一致した．添加した B の大部分が結晶粒内に均一に固溶していると考えられる．前述のよ.

ホウ素を添加したダイヤモンドの固溶状態(19)うにスペクトロメーターのエネルギー分解能が高いために，添加量が少ないにも関わらず左上に挿入した BK 端の拡大

ホウ素をドープして導電性を付加したダイヤモンド

図にも明確な構造が現れている． 1 at  B の B K 端形状は

( BDD, Boron doped Diamond )は，広い電位窓を有してバCK 端と類似しているが，3 atB での形状はそれとは異なックグラウンド電流が小さく，電極材料として特異な優れた特性を示すことから電気化学センサー等の幅広い応用が期待されている(20) ．添加したホウ素の状態については，ダイヤ
モンド中の炭素位置への置換，格子間位置，さらには粒界への偏析など諸説があり，導電性発現への役割や機構について不明であった．そこで慶應義塾大学の栄長らによる課題で，BDD 電極の微細組織観察とともにホウ素の分布状態ならびに電子状態についての解析を行った．試料はマイクロ波プラ
ズマ化学気相蒸着法により(001)Si 単結晶基板上に成膜したB を 1 at, 3 at含む BDD である．主成分が炭素であるので，電子照射による弾き出し損傷を抑えるために加速電圧を80 kV にして解析を行った．

図に， FIB で薄片化して 0.9 keV Ar＋ イオンで最終研磨を施した B 濃度が異なる 2 種類の BDD の TEM 明視野像を示す．どちらも mm サイズのコラム状の結晶粒が成長した組織を有しており，粒内に析出物のような第 2 相は存在していない．(b)では矢印で示すように，結晶粒界付近で空隙が生じている．また，3 atB では一部の粒界でグラファイ

図13トと考えられる層が生成されていた．結晶粒内で取得した

BDD の結晶粒内から得られた EELS(19).

EELS を図に示す． 290 eV 付近から高エネルギー側に立ち上がっている CK 端は両試料共にダイヤモンドに特徴的

図12



BDD の明視野像(19)．(a) 1 atB，(b) 3 atB.
(b)中の矢印の箇所に空隙が見られる．

図14

DFT 計算モデル(a)と実験 EELS との比較(b)(19).

特集

っており，組成によって B の固溶状態が変化していることが示唆される． B の固溶状態を明らかにするために，図(a)に示した原子置換モデルについて第一原理計算を行った
ところ，(b )に示すように， 1 at B と 3 at B の BK 端の構造は，B 原子が孤立して結晶格子点を置換した場合と，2個の B 原子が最近接格子点でペアを組んだ状態での計算結果とそれぞれよく一致しており，B 原子はダイヤモンド中でこのような状態が主成分となって分散固溶していることが明らかとなった．

.

お わ

り

に

本稿では，九州大学での微細構造プラットフォーム事業について概要を紹介した．本学では共同利用施設として電子顕微顕微鏡を用いた多様な物質・材料の汎用的から先端的解析
研究を幅広く実施している．装置の共同利用は研究設備の有効活用と投資抑制が強調されて昨今否応無しに進められている傾向にあるが，電子顕微鏡のような先端的研究装置の共用
では，汎用装置と違って常に安定して成果を出すための高度なメンテナンスや先端性の確保，そのためのマンパワーや専門研究者や運営体制の存在が必須であり，それに見合う投資がなくては成立しない．財政面よりも，研究者が設備整備をしなくても迅速に新規の先端研究を実施できる面や，異分野の研究者による先端共同研究が容易に開始されて，さらには時代にあった異分野融合研究が促進されてそれを担う研究人材が育成できるという利点がもっと意識されるべきではなかろうか．最後に辛口を申したが，本稿が読者の皆様の研究のご参考やお役に立てば幸いである．課題申請に関わる詳細等
は本事業のホームページをご覧いただきたい．
本事業は，著者以外にも九州大学超顕微解析研究センターのスタッフや学内研究者の協力でもって進められている．全
ての関係者に謝意を表したい．本稿で紹介した研究成果は，
豪国クイーンズランド大学の野北和宏教授，同大学院生( 3 ) http://www.hvem.kyushu
u.ac.jp/forum.html( 4 ) https://www9.hitachi.co.jp/atomicscale_pf/( 5 ) 松村 晶，東田賢二ふぇらむ，13(2008), 487493.
( 6 ) K. Omoto, K. Tsuno, M. Ohsaki, S. Matsumura and Y.
Tomokiyo: Micron, 39(2008), 666675.
( 7 ) S. Sadamatsu, M. Tanaka, K. Higashida and S. Matsumura:
Ultramicroscopy, 162(2015), 1016.
( 8 ) K. Aso, K. Shigematsu, T. Yamamoto and S. Matsumura:
Microscopy, 68(2019), 174180.
( 9 ) G. Angloher: Nucl. Inst. Met. Phys. Res. A, 512(2003), 401
407.
(10) K. Maehata, K. Idemitsu and K. Tanaka: Nucl. Inst. Met.
Phys. Res. A, 648(2011), 285289.
(11) W. Yang, T. Yamamoto, K. Aso, F. Somidin, K. Nogita and S.
Matsumura: Scripta Mater., 158(2019), 15.
(12) K. Nogita and T. Nishimura: Scripta Mater., 59(2008), 191
194.
(13) X. F. Tan, S. D. McDonald, Q. Gu, Y. Hu, L. Wang, S.
Matsumura, T. Nishijima and K. Nogita: J. Power Souces, 415(2019), 50
61.
(14) B. Peplinski, G. Schulz, D. Schultze and E. Schierhorn: Mater.
Sci. Forum, 228(1996), 577582.
( 15 ) http: // josephsalmon.eu / code / index _ codes.php?page ＝ NLPCA(16) K. Kusada, H. Kobayashi, R. Ikeda, Y. Kubota, M. Takata, S.
Toh, T. Yamamoto, S. Matsumura, N. Sumi, K. Sato, K.
Nagaoka, Y. Kubota and H. Kitagawa: J. Am. Chem. Soc., 136(2014), 18641871.
(17) K. Sato, H. Tomonaga, T. Yamamoto, S. Matsumura, N. D. B.
Zulkifli, T. Ishimoto, M. Koyama, K. Kusada, H. Kobayashi,
H. Kitagawa and K. Nagaoka: Sci. Rep., 6(2016), 28265.
(18) Y. Ogura, K. Sato, S. Miyahara, Y. Kawano, T. Toriyama, T.
Yamamoto, S. Matsumura, S. Hosokawa and K. Nagaoka:
Chem. Sci., 9(2018), 22302237.
(19) T. Watanabe, S. Yoshioka, T. Yamamoto, H. S.Amin, T.
Ohkubo, S. Matsumura and Y. Einaga: Carbon, 137(2018),
333342.
(20) 栄長泰明ダイヤモンド電極，共立出版，(2015).
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
松村 晶
1981年九州大学大学院総合理工学研究科修士課程修了
九州大学大学院総合理工学研究科助手，同工学部助教授を経て1998年 4 月より現職．1992年に博士(工学)学位取得，1994～5 年に独ハーン・マイトナー研究所客員研究員
専門分野電子顕微鏡学，材料物性学，材料相転移◎最近は，金属ナノ粒子や触媒の微視状態解析を中心に研究を進めている．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

Flora Somidin 氏，京都大学の北川宏教授，小林浩和連携准教授，草田康平特定助教，大分大学(現，名古屋大学)の永岡勝俊教授，京都大学の佐藤勝俊特定講師，慶應義塾大学の栄長泰明教授，青山学院大学の渡辺剛志助教，九州大学の吉岡聰助教，山本知一学術研究員，同大学院生の楊文慧氏，麻生

松村

晶

村上恭和

波多

聰

安田和弘

福永裕美

阿内三成

鳥山誉亮

前野宏志

工藤昌輝

浩平氏，東田賢二教授(現，佐世保高専校長)，前畑京介准教授，鹿児島大学の貞松直准教授らとの共同研究によるものである．併せて深謝の意を表したい．

文献( 1 ) http://www.hvem.kyushuu.ac.jp/index.html( 2 ) http://nanoplat.hvem.kyushu
u.ac.jp

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan

最先端構造観察・計測共用拠点(京都大学)
倉

田

博

基

が形成され，その位置にエネルギー選択スリットを挿入する

.

は じ

め

に

ことで，電子の単色化が行われる．2 段目のフィルターは，単色化されたビームをアクロマティックなビームに 2 次集

文部科学省のナノテクノロジプラットフォーム( PF )事業束する役割を果たしている．そのため，電子源から放射されは 2012 年 7 月にスタートし，京都大学は微細加工 PF と微た電子とモノクロメータ出口に集束された電子は 11 の関

細構造解析 PF として参画している．支援実施体制は京都大係になっている．ウィーンフィルターのエネルギー分散は学ナノテクノロジーハブ(ナノハブ)拠点をベースにしてい12.3 mm/eV で，エネルギー選択スリットの幅を変えることる．本稿では，京都大学の宇治キャンパスで実施している京で電子のエネルギー幅を選択することができる．本装置で大微細構造解析 PF―最先端構造観察・計測拠点―の共用設

は，スリット幅は 0.05 mm から 4 mm の間で 8 種類セットさ備と支援事例を紹介する．

れており，スリット挿入時には，EELS のゼロロスピークの本拠点では，特色ある三台の透過電子顕微鏡(モノクロメ

半値幅から見積もられたエネルギー分解能を，30 meV からータ搭載低加速原子分解能分析電子顕微鏡，極低温高分解能

250 meV まで選択することができる．また，鏡体には照射

透過電子顕微鏡，球面収差補正透過電子顕微鏡)を中心とし系および結像系の球面収差補正装置(CEOS 社製)が組み込また共用設備を提供することにより，無機結晶からソフトマテれており，原子 分解能の走査透過電子顕微鏡( STEM )や

リアルに渡る広い材料の微細構造解析および計測の研究支援

TEM 観察を可能にしている．分析装置は，EELS のイメーを実施している．特に，モノクロメータを搭載した装置を利ジングフィルター Quantum ESR(Gatan 社製)とエネルギー用した，高エネルギー分解能の電子エネルギー損失スペクト

分散型 X 線分析装置 JED 2300T SDD100GV (日本電子社

ル ( EELS )の 計測 や， 極低温 電子 顕微 鏡(以下 では Cryo 製)が装備されており，高い検出感度でのマッピングが可能

TEM と略す)を用いた電子線照射損傷を低減したソフトマになっている．さらに，加速電圧は 200 kV の他に 60 kV を

テリアルの観察や溶液中の分子集合構造の観察などを特色と選択することができ，低加速での測定も可能となっている．

している．以下にそれぞれの設備の特徴を説明した後，それカメラはイメージングフィルターに装備されているカメラ

ぞれの装置を用いた 3 件の支援事例を紹介する．

( Gatan  UltraScan ) 以 外 に ， フ ィ ル タ ー 上 部 に 2 台(GatanOrius Camera SC200D と UltraScan)を装備してい.


共用設備の特徴

モノクロメータ搭載低加速原子分解能分析電子顕微鏡

加 速 電 圧 200 kV の( 走 査) 透 過 電子 顕 微 鏡 (日 本 電 子 る．図には，200 kV の加速電圧で，0.1 mm のエネルギー
選択スリットを挿入した場合の EELS のゼロロスピークを示す．比較のために，冷陰極電界放射電子銃(ColdFEG)で測定されたスペクトルも表示している．ピークの半値幅は

JEMARM200F)に搭載されたモノクロメータは，2 段のウ

33 meV で，ColdFEG と比較して一桁狭く，1 eV 以下の近ィーンフィルターと偏向コイル系で構成されており，ショッ

赤外領域のゼロロスピークの裾強度が大幅に低減している．

トキー型電子銃と加速管の間に組み込まれている．1 段目のこのように，スペクトルの測定可能領域が低エネルギー損失

フィルターの下部にはエネルギー分散したフォーカスビーム

領域に広がっているため，プラズモニック材料などの研究に京都大学化学研究所教授(〒6110011 宇治市五ヶ庄)
Advanced Structural Observation/Characterization UserFacility Center (Kyoto University Platform); Hiroki Kurata (Institute for Chemical Research, Kyoto University, Uji)
Keywords: STEM (scanning transmission electron microscope), EELS (electron energyloss spectroscopy), CryoTEM (cryogenic transmission
electron microscope), spherical aberration corrector, monochromator
2019年10月 4 日受理[doi:10.2320/materia.58.754]



特

集




球面収差補正透過電子顕微鏡

本装置は，日本電子社製の JEM2200FS に CEOS 社の結像レンズ系球面収差補正装置 CETCOR を装備している．球面収差補正装置により負の球面収差係数での結像も可能で，
200 kV の加速電圧で酸素のような軽元素も含む原子分解能観察が可能である．ただし，そのような観察を行うためには，試料の厚さを 10 nm 以下にする必要がある．また，中間レンズと投影レンズの間に，オメガ型エネルギーフィルタ
ーが組み込まれており，透過電子のエネルギー分析を行うことができる．これを利用して，EELS の測定やエネルギーフ
ィルター像の観察が可能である．データの取り込みには
図1

モノクロメータ動作時のゼロロスピーク(赤色)とColdFEG のゼロロスピーク(青色)．エネルギー
選択スリットは 0.1 mm．加速電圧はいずれも 200kV.

CCD カメラ( 2k × 2k  Gatan UltraScan )を用いている．また，ショットキー型電子銃を搭載しているので，通常のSTEM 像観察も可能である．本装置は，主に微粒子をはじめとする各種ナノ材料や機能性無機材料の高分解能観察に汎用的に利用されている．
利用されてる．


極低温高分解能透過電子顕微鏡(CryoTEM)

上記の電子顕微鏡の他に，試料作製装置群として，集束イ
オンビーム加工装置(JEM9310FIB)，精密イオンミリング
装置(Gatan 社製 Model691/ PIPS)，ミクロトーム(Leica 社

本装置(日本電子JEM2100F(G5))は，試料を液体ヘリ

製 ULTRA CUT UCT )，デ ィン プリ ング 装 置( South Bay

ウムで冷却し，約 4 K の温度で観察する TEM である．電Technology社製 D500i)も共用装置として提供している．

子顕微鏡の鏡体内部に液体ヘリウムタンク(および断熱シー

.

ルドとして液体窒素タンク)が内蔵されているため，液体ヘ
リウムの保持時間が 4 時間と長いうえ，ヘリウムタンクがコールドトラップとして機能するため，試料周りの真空度が通常より良い状態に保たれるのが特徴である．また，試料導

支援事例紹介高エネルギー分解能 STEMEELS によるプラズモニ
ック結晶の解析

入する予備排気部はクライオトランスファー機構と呼ばれ，本事例は，プラズモニック結晶(PIC)のバンド端モードを液体窒素で冷却されており予備排気中も試料を極低温に保っ高分解能 EELS で測定する目的で，九州大学の斉藤光博士

たまま顕微鏡にセットすることが可能である．さらに，試料から申請頂いた研究課題である．光の波長程度の周期構造をはトップエントリー方式で導入されるため，試料周りの等方有する金属の PIC 表面には，表面電子の集団振動励起であ性が確保できかつ機械的安定性に優れている．また，外部とる表面プラズモンポラリトン(SPP)がブロッホ波として励起の接触がなく断熱性が高いため，試料ドリフト等の影響もほされる．周期構造が三角格子型の場合，逆空間の G 点にお

とんどなく，極低温で 0.2 nm の高分解能観察が可能であけるバンド端モードはカソードルミネッセンスにより測定さる．電子銃は輝度と干渉性が高い ZrO / W ( 100 )のショットれており，表面構造依存性が明らかにされてきた(1) ．しか

キ ー 型 で あ る ． 像 の 観 察 と 記 録 に は ， CCD カ メ ラ ( 2k ×

し，真空中の光の分散よりも高波数側の M 点や K 点に現れ2k  Gatan UltraScan )を用いている．本装置の特色ある利る第一バンドギャップのバンド端モードは光では検出できな用としては，電子線損傷を受けやすい有機結晶をはじめとす

いため，EELS による分析を試みた．

るソフトマテリアルの観察や，溶液内のナノ凝集体の構造観

試料は，電子線リソグラフィーとレプリカ法を用いて，円察である．後者では，液体試料(主に水溶液)を急速凍結する

柱の周期構造からなる三角格子型 PIC を作製した．それぞことにより，溶液を非晶質状態に固定し観察する．溶液試料

れの円柱構造は直径 600 nm の Al(150 nm)/Cr(10 nm)の二は，マイクログリッドに滴下し，余分な液を濾紙で吸い取っ

層膜からなり，凹凸の高さを 100 nm ，三角格子の周期をた後，急速凍結装置( REIHERT KF80, Leika 社製)を利用

330 nm とした．図(a)には，円柱の中央部分から取得した

して，液体プロパン(－180°
C)中に打ち込み急冷することでEELS スペクトル(紫)と，三つの円柱に囲まれた谷の部分か溶液内の構造を固定する．この場合，非晶質の氷の中の分子ら取得されたスペクトル(黄土)を示す．また， Al の体積励集合体のコントラストを得るためにデフォーカス条件で撮影

起スペクトルの成分を見積もるために，周期構造のない平坦する必要があるためと，高倍率にしたときの氷の融解を防ぐな Al(150 nm)/Cr(10 nm)二層膜から測定されたスペクトル

ために観察倍率に制限が生じるため，実質的な TEM 像の分(緑)も示されている．PIC から測定されたスペクトルから，

解能は 2 nm 程度となる．

平坦構造から測定されたスペクトルを除去することにより，
PIC の表面励起スペクトルを抽出した(図 2(a)の下部のスペ

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan課題である．分子内に親水基と疎水基を有する界面活性剤
は，臨界ミセル濃度(cmc)より高い濃度の水溶液中で様々な会合体を形成することが知られている．従来の界面活性剤は
1 疎水鎖 1 親水基の構造であるが，近年，界面活性剤同士を適当な連結基によって親水基付近で繋いだ，2 疎水鎖 2 親水基の構造を有するジェミニ型界面活性剤が注目されている．
ジェミニ型界面活性剤は従来型と比べて，高い界面活性や水溶液中で特異な会合挙動を有することが知られている．
本研究では，ジェミニ型界面活性剤のさらなる界面活性の向上を目指して，同一分子内にフッ化炭素と炭化水素の異種の疎水鎖を有するハイブリッドジェミニ型界面活性剤
CnH2n＋1 ( CH3 )2 N＋ ( CH2 ) s N＋ ( CH3 )2 ( CH2 )3 CmF2m＋12Br－

図2( a )位置分解 EELS スペクトル． PIC 構造の円柱
上(紫色)と円柱間(黄土色)から測定したスペクト
ル．平坦構造から測定したスペクトル(緑色)を差し引いたスペクトルが，図の下部に示されており，表面励起スペクトルに対応する． ( b ) 0.9 ～1.1 eV のスペクトル強度を用いた，下部バンド端
モードの EELS マップ (c)1.3～1.5 eV のスペク
トル強度を用いた，上部バンド端モードの EELS
マップ．

の開発を行い，水溶液中で形成するナノ会合体の構造について Cryo TEM を 用 い て 調 べ た ． 以 下 で は 上 記 の 分 子 をCnsC3CmF と略す．ここで n, m, s はそれぞれ炭化水素，フッ化炭素，連結の鎖長を表し，n＝8, 10, 12, m＝6, 8, s＝2,
3, 6 の分子を合成した．CnsC3CmF 水溶液の低濃度(cmc の10～30倍の濃度)では，各鎖長を組み合わせたいずれの系に

お いて も 10 nm 以 下の 小 さな ミセ ル を形 成 した ．高 濃 度(cmc の100倍以上の濃度)になると溶液に粘性が現れ，形成する会合体の構造は 3 つの鎖長( n, m, s )および濃度によって異なった． C12 3 C3C6F は水溶液中で紐状ミセルを形成

クトル)．スペクトルの帰属のために，時間領域差分法

し，動的粘弾性や X 線小角散乱の測定からも支持する結果(FDTD)を用いた電磁場計算によるシミュレーションを行っが得られた．また，フッ化炭素鎖が長い C123C3C8F では，た結果， EELS に現れている 1.2 eV のディップが第一バン

紐状ミセルとベシクルが共存した会合体が見られ( cmc のドギャップであると同定された．したがって，このディップ

100 倍)，さらに濃度を増加させる( cmc の 400 倍)と 600 ～の両サイドに現れるピークが，三角格子 PIC のバンド端モ

800 nm の非常に大きな多重層ベシクルに転移することが確ードの励起による損失と考えられる．

認された(図)．さらに，炭化水素鎖が短い C8 3 C3C8F お

次に， STEM EELS 法を用いてスペクトラムイメージデ

よ び C10 3 C3C8F で は 紐 状 ミ セ ル ， 連 結 鎖 が 長 い C12 6 ータを取得し，このバンド端モードのマッピングを行った．

C3C8F ではリボン状の会合体を形成した．このように，フッ図 2(b)と 2(c)は，0.9～1.1 eV および 1.3～1.5 eV のスペク

化炭素鎖，炭化水素鎖，連結鎖の各鎖長を調節することと水

トル強度を用いて，それぞれの 2 次元強度分布をマップし溶液の濃度を変化せせることにより，様々な構造のナノスケたものである．バンドギャップの低エネルギー側のマップ図

ールの分子集合体が得られ，従来型の界面活性剤とは異なる

2 ( b )では，円柱上の強度がその周囲に比べて強度が高いの

ユニークな会合挙動を示すことが明らかとなった(3) ．さらに対し，高エネルギー側のマップでは円柱上の強度は局所的に，ジェミニ型構造に 1 分子を繋いだトリメトリック型界に最小になっており，円柱の外側に強度が分布していること

面活性剤も合成し，会合体の特性と水溶液中でのミセル構造がわかる．このような特徴的な強度分布は， FDTD のシミュレーション結果ともよく一致しており，それぞれ M 点とK 点の下部バンド端モード A1M と A1K および上部バンド端

モード B1 と E モードに対応していることが明らかになった．さらに，円柱の直径や構造の周期を変化させた種々の
PIC を作製し，同様の STEMEELS 実験とシミュレーショ

ンを行うことにより，カソードルミネッセンスでは検出することのできない PIC のバンド端モードの表面構造依存性を明らかにすることに成功した(2)．
Cryo TEM を用いた水溶液中の界面活性剤の会合構造の観察
図3
本事例は，水溶液中の界面活性剤の分子集合構造を観察する目的で，奈良女子大学の吉村倫一教授から申請頂いた研究

C12 3 C3C8F 分子の水溶液中での会合構造の濃度依存性． cmc の 100 倍(左)と 400 倍(右)の濃度の水溶液から観察された会合構造．

特集

についても明らかにした(4)．


球面収差補正 TEM を用いたゼオライト細孔中のポテンシャル解析

本事例は，ゼオライトの微細構造を観察すると共に，カウンターカチオンの吸着サイトの可視化を目的に，ファインセ
ラミックスセンターの吉田要博士から申請頂いた研究課題である．ゼオライトは複雑な構造を有しているうえ，電子線照射により損傷を受けやすい材料であるため，高分解能電子顕微鏡法においても原子カラムを直接観察するまでには至って

図4

NaA 型ゼオライト(左)と Cs 吸着 NaA 型ゼオラ
イト(右)の球面収差補正 TEM 像．

いなかった．一方で近年，透過型電子顕微鏡の空間分解能は対物レンズの球面収差補正技術の進展により飛躍的に向上していることから，本研究では球面収差補正電子顕微鏡によるし，施設利用の促進を図っている．講習会では，透過電子顕

ゼオライト観察の高分解能化を試み，その有用性について検微鏡や EELS 法の基礎原理について講義を行ったのち，支証を行なうことを目的とした．また，ゼオライトは共有結合

援装置を用いた取り扱いの実習を行っている．京大微細構造

骨格内に陰イオン性部位を形成することから，ナノ細孔内に解析 PF のホームページ( https: // tem.nanoplat.cpier.kyoto カウンターカチオンを取り込むことが可能である．本研究でu.ac.jp/)には，設備の利用方法の詳細や関連行事などが掲載

は，ゼオライト内でのイオン交換・吸着機構の理解を深めるされている．利用にあたってのご相談や利用申請書の申し込ために， Cs 吸着ゼオライトの原子スケール構造解析も行っ

み等は，事務局( nanoplat ＠ eels.kuicr.kyoto u.ac.jp )で受けた．

付けている．

試料は，LTA 構造をもつ A 型ゼオライトをモデル材料として選択した． A 型ゼオライトの Si / Al 比は 1 であり，イ

本稿で紹介させていただいた支援事例を実施していただい

オン交換を行う NaA 型ゼオライトはカウンターカチオンとた，九州大学の斉藤光博士，奈良女子大学の吉村倫一教授，

して Na＋ を含んでいる．これを塩化セシウム水溶液中に保ファインセラミックスセンターの吉田要博士に謝意を表する．

持することでイオン交換を行い，Cs 吸着 NaA 型ゼオライト

文を得た．球面収差補正 TEM 観察の条件としては，装置の情献報 限 界 を 10 nm－1 と し て Lentzen の 球 面 収 差 係 数 の 最 適値(5)から Cs＝－15 mm の負の球面収差(NCSI)条件で高分解能観察を行った．加速電圧 200 kV で観察した結果，図に示すように，これまでの観察では得られなかったゼオライト
骨格の微細構造が，原子スケールに近いシャープな像として可視化することができた．また， Cs 吸着型では骨格構造に加えて，カウンターカチオンとして吸着した Cs＋ が 8 員環の中心に局在している様子が明瞭に観察された．それに対して，NaA 型ゼオライトでは 8 員環内の Na＋ の像コントラス
トは非局在化していることから，カチオンのサイズによって吸着形態に違いが生じていることも明らかになった．以上の( 1 ) H. Saito and N. Yamamoto: Opt. Express, 23(2015), 2524
2540.
( 2 ) D. Yoshimoto, H. Saito, S. Hata, Y. Fijiyoshi and H. Kurata:
ACS Photonics, 5(2018), 44764483.
( 3 ) 吉村倫一，小川哲也顕微鏡，49(2014), 2225.
( 4 ) T. Yoshimura, T. Kusano, H. Iwase, M. Shibayama, T. Ogawa
and H. Kurata: Langmuir, 28(2012), 93229331.
( 5 ) M. Lentzen: Microsc. Microanal., 12(2006), 191205.
( 6 ) K. Yoshida, K. Toyoura, K. Matsunaga, A. Nakashima, H.
Kurata, Y. H. Ikuhara and Y. Sasaki: Sci. Rep., 3(2013), 2457
(5 pages).
( 7 ) K. Yoshida, Y. Sasaki and H. Kurata: AIP Advances, 3(2013),
042113 (9 pages).

結果から，ゼオライトの精密な構造解析には NCSI 条件での★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

TEM 観察が有効であることが示された(6)(7)．

.

お わ

り

に

京大微細構造解析 PF では，設備共用による研究支援の他に ， 設 備利 用 講 習会 と 地 域セ ミ ナ ーを 年 に 2 回 ずつ 実 施

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan

倉田博基

1986年 京都大学大学院理学研究科化学専攻博士課程単位取得退学
2000年 4 月 日本原子力研究所主任研究員
2002年 4 月 京都大学化学研究所助教授(2004年より准教授)
2012年 4 月現職
専門分野結晶化学◎ STEM EELS 法を用いた局所構造解析と電子状態分析．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★



先進ナノ構造・状態解析共用拠点(北海道大学)
柴 山 環 樹1
) 松 尾 保 孝1
) Agus Subagyo2)
坂 口 紀 史2) 渡 辺 精 一1
)(北海道大学微細構造解析プラットフォームチーム)
いは学部共用施設の円滑な運営のための共同利用施設等管理

.

は じ

め

に

規程を制定した．それらは，国立大学法人化以降も引き続き
学内共同利用施設として運用され，現在では，利用者の所属

北海道大学における透過電子顕微鏡を利用した研究は，機関を分類して各種利用料金が制定され，学外の研究者へも1942 年まで遡る．第二次世界大戦後，国内における透過電広く開放し，産学官連携研究に貢献している．また，当時の子顕微鏡の研究開発が再開され市販が開始されると昭和 23

国立大学附置研究所が全国大学共同利用施設として年度ごと

年に本学工学部に日立製作所の HU4 型(加速電圧 5 万ボルに利用課題を募集し，採択された申請課題に対して予算を付

ト，分解能 3 nm)が設置された．当時，この貴重な透過電子

与し，研究者自身の自己資金も充当して共同利用出来るシス

顕微鏡を全学で共同利用するために電子顕微鏡管理委員会がテムを構築し現在も継承している．そのシステムを利用した直ちに設置されたことが，現在の共用の精神の礎になっていことがある教員や携わっているあるいは携わっていた教員がると言えよう．その後，それぞれの用途に応じた性能を有すいることも共用化を進める上で有利となったと考えている．

る電子顕微鏡が各学部に導入されて様々な分野で利用されてその様な背景の下，文部科学省が進める大学や研究機関が保いる．例えば，医学部や歯学部では生命科学の研究に臓器や有する研究設備の共用化を推進して産学官の幅広い利用に供骨，歯などの生体組織の切片やウイルスの微細構造解析が行することにより，イノベーションにつながる成果を創出する

われている．農学部や理学部などでは生物や植物あるいは鉱ことを目的としたナノテクノロジーに関する共用基盤ネット

物等の微細構造解析の研究に用いられている．本学の研究者

ワークに参画することとなった．北海道大学は， 2007 年度

らは，国内における電子顕微鏡の研究開発の創成期においから始まった第二期の「ナノテクノロジーネットワーク」のて，民間企業との共同研究を積極的に進め，現代のカスタマ実施機関として認定して頂き，第三期の「ナノテクノロジー

ーフィードバックやユーザーフレンドリーのさきがけになっプラットフォーム」に引き続き実施機関として認定され，現たことも特筆すべきである．本学は，立地環境や地理的なこ在に至っている．本稿では「微細構造解析プラットフォーム」とも含め，近隣で分析機器を貸し借りするようなことは容易

における産業界の利用成果などを織り交ぜながら機器の紹介ではなかったため，当時から研究設備を積極的に共同利用しを行い，今後，読者が北海道大学のナノテクノロジープラッて運用してきた．そのため，学内に設置された電子顕微鏡をトフォーム(以下，ナノプラとする．）で提供する微細構造解

始め研究室では単独で購入して維持が難しい分析機器や大型析機器の共用利用の一助となれば幸いである．

実験装置を共用し維持する文化が育まれていた．そこで大学
では，半世紀以上前の 1963 年には，全学共同利用施設ある

北海道大学大学院工学研究院1)教授 2)准教授(〒0608628 札幌市北区北13条西 8 丁目)
北海道大学電子科学研究所1)教授 2)特任助教(現北海道大学大学院情報科学研究院特任准教授)
Advanced Characterization Nanotechnology Platform of Nanotechnology Platform Japan Program in Hokkaido University: Hokkaido
University Team of Advanced Characterization Nanotechnology Platform of Nanotechnology Platform Japan Program; Tamaki
Shibayama, Yasutaka Matsuo, Subagyo Agus, Norifumi Sakaguchiand Seiichi Watanabe(Faculty of Engineering, Hokkaido
University, Sapporo, Research Institute for Electronic Science, Hokkaido University, Sapporo)
Keywords: fesem(fieldemission scanning electron microscope), spm(scanning probe maicroscope), afm(atomic force microscope), stm(scanning tunnel microscope), hvem(high voltage electron microscope), xps(xray photoelectron spectroscope), peem(photo emission electron microscope), fib(focused ion beam), csstem/eels(cs correctedscanning transmission electron microscope/electron energy loss spectroscope)
2019年 8 月 7 日受理[doi:10.2320/materia.58.758]



特

集

ず，超高真空環境や試料表面の清浄化などの前処理が不可欠.


北大ナノプラの施設と機器の紹介支援分野と支援体制についてである．スピン分析には，独自に開発した阻止電極型 Mott
スピン分析器を用いている．低加速電圧で動作する本分析器
は，従来型のものより小型で，既存の SEM などへの搭載も北海道大学の微細構造解析プラットフォームでは，以下の容易である．ただし，分析器の性能指数は，高加速電圧型の

3 つの領域に重点を置き支援を行っている．一つ目の支援領

ものよりも劣るため，空間分機能などは制限を受けることと域は，表面構造で，主として走査型電子顕微鏡や走査型プロなる．

ーブ顕微鏡による微細構造解析である．二つ目の支援領域

その他に，高い時間分解能を有する光電子顕微鏡(以下，は，内部構造・3D 構造で，試料を集束イオンビーム加工装

PEEM とする．）並びにオージェ電子分光装置(以下， AES

置等で薄片化し透過電子顕微鏡による高分解能観察やトモグとする．），X 線電子分光装置(以下，XPS とする．）を利用す

ラフィーによる 3D 構造の解析である．三つ目の支援領域

ることが可能である．

は，電子状態分析の観点からナノ～マイクロメートルオーダ

二つ目の支援領域である内部構造や 3D 構造観察には，照ーにわたる材料・デバイスの分析・評価で，最先端の透過電射系と結像系の電子レンズの球面収差(以下，Cs とする．）補子顕微鏡に附属する分光装置や X 線光電子分光装置等の各正装置を備え付けた STEM や，後述する超高圧電子顕微鏡

種分光装置による電子状態分析である．以上三つの分野を単を用いた支援を実施している．そのための TEM 薄片作製の独であるいは各分野を横断した複合領域に対して研究支援をためのデュアルビーム FIB も有している． 1,250 kV の高い行っている．

加速電圧を有するマルチビーム超高圧電子顕微鏡には，2 台

本学のナノプラ機器を初めて利用しようと思いたったら，のイオン加速器やレーザー照射装置と分光装置が備え付けら

ナノプラのイエローページ(1)あるいは本学のナノプラホーム

れている，イオン注入による材料の改質や半導体のドーピン

ページ(2)から気軽にお問合せ下さい．利用できる設備などのグによるルミネッセンスの変化を微細構造観察しながら同時情報も掲載されているので参照いただきたい．

にその場分光することが可能である．また，高エネルギーの

ナノプラ共用機器の特徴について先に述べた 3 つの領域別に共用機器をそれぞれのカテゴ
リーごとに概説する．

電子により生じるフレンケル欠陥を積極的に利用して，原子力材料や宇宙線にさらされる人口衛星などの機能材料の基礎研究にも有効である．また，原子炉の中性子照射では放射化により実験が可能になるまで長期間の冷却が必要であるが，一つ目の表面構造の微細構造解析には， SPM あるいはマルチビーム超高圧電子顕微鏡では放射化の心配が無く，損FE SEM が適している．本学の SPM は，真空下にて液体

傷速度も速いので，照射欠陥のシミュレーションや新しく開He で 4.2 K まで冷却可能である．また，垂直磁場 8 T ，水

発中の原子力材料のスクリーニングには最適である．更に，

平磁場 2 T での観察が可能で勾配磁場を印加することも可

加速電圧が高いことにより厚い試料の観察が可能なことや，能な特徴のある SPM が設置されている．更に，試料表面を軽元素で構成される生物や植物等の試料の観察にも有用であ清浄にするための Ar イオンスパッタ装置を装着し，真空下る．これは，透過能が高いため非弾性散乱の影響が低減され

で 1,200 K まで加熱することが可能なことから半導体や磁性て，結果として冷却ホルダーを使用しない場合でも試料の温体薄膜の表面の微細構造と機能や物性について評価すること

度上昇が抑制されて汎用 TEM と比較して試料の損傷が少なが可能である． FESEM には，後方散乱電子による菊池図く観察が容易になる．

形から方位を決定することが可能な Electron Back Scatter

三つ目の電子状態計測に関しては，高いエネルギー分解能

diffraction (電子後方散乱回折，以下 EBSD とする．）が装備を有した XPS による支援を実施しており，多くの利用者にさ れ ， 結 晶 方 位 の マ ッ ピ ン グ や Oxford 大 学 の A. J.

用いられている．しかしながら， XPS では X 線を照射した

Wilkinson 教授が開発した残留弾性歪みの解析コード(Cross

領域の平均的な情報であるため，ナノスケールの微細構造とCourt 法)を利用して，結晶粒界近傍の残留弾性歪みの成分対応した局所領域の化学結合状態を調べる目的には適さなが圧縮か引張かについて評価しそれらを SEM 像上にマッピい．そこで， Cs 補正装置付きの STEM / EELS が注目されングして可視化することも可能である(3)．他には無い特徴のている． Cs 補正装置とモノクロメーターによって単原子サある微細構造解析機器として，本学と企業により共同開発しイズ以下まで電子ビームを絞ることが可能で，高性能なたスピン偏極 SEM(4)(以下 SpinSEM)が共用可能である．

EELS が備え付けられていることから非常に利用者が多い．

Spin SEM は，一次電子線の照射により放出される二次電

これらの利用に際しては，以下の様に対応している．微細子のスピン偏極度を分析することで，通常の SEM 像(形状構造解析機器を利用したことが無い研究者に対しては，初回像)と同時にスピン像を取得する装置である．そのため，試講習を設け機器操作のトレーニングを行っている．一方で，料表面の漏洩磁場や磁場勾配を測定する磁気力顕微鏡

継続的な利用予定が今後なくスポット的に微細構造解析のデ(MFM)とは異なり，磁区構造を直接反映した画像を測定すータが必要な場合には，研究者と十分な打合せを行い，本学ることができる．ただし，二次電子を分析する必要があるたの職員が機器を操作してデータを取得する技術代行という利め，試料表面のコンタミネーションに留意しなければなら用料金も設定している．この場合は，人件費等に相当する費

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan

用を加味しているため，通常の利用料金よりも高額である．

化物ナノワイヤの合成と構造解析」においてナノプラの利用

更に，機器を自身で操作したいがデータを取得するための最者らが新奇に合成した結晶性 Mo Te 酸化物および結晶性

適な実験条件を見出すのが難しい場合や，比較的長い期間をMoSe 酸化物ナノワイヤの微細構造解析を支援した図に設けて徐々に習熟することを計画する場合は，技術補助とい示す結果がトップジャーナルに公表され(8) ， 2016 年の文部

う通常の利用料金と技術代行の中間の金額の利用料金を設定

科学省ナノテクノロジープラットフォームの秀でた成果としし，利用者の利便性に配慮している．詳細な各種利用料金にて表彰されている．

ついては，ホームページを参照されたい(5)．

以下に 技術支 援の 具体 例につ いて 紹介す る．図 は ，〈100〉シリコン単結晶表面の(a) SEM 像，(b)垂直方向(ezz).

支援例についての残留弾性ひずみマッピング像と 6.4 MeV の Fe3＋ イオン
を 1.0× 1016 ions/ cm2 まで照射後の( c ) SEM 像，( d )垂直方

この章では，学外の研究者の方々が本学のナノプラを利用

向(ezz)の残留弾性ひずみマッピング像である(9)．SEM 像中して得られた成果の内，論文として公表されている課題の中

央のくぼみは，イオン照射による表面の照射硬化による破壊から許諾を得られたものを支援例として紹介する．本学でによるクラックの進展を評価するためビッカース硬さ試験機

は，毎年 90 件を越える課題を受付け，前述した 19 台の微細による圧痕である．残留弾性ひずみは，ひずみの無いあるい

構造解析機器を利用して最先端のナノテクノロジー研究に携は少ない場所を参照点としその場所との比較を逐一行い算出

わる研究者の要求に応えるべく微細構造解析の支援を行っている．北海道内の大学や公設試からの利用に加えて道内外の民間企業からの利用が有り， 2018 年度で 56 機関からの利用を受け付けている．ナノプラでは，利用成果に関して原則公開とし，知財の関係で公開を猶予する場合も期間を設定して後日公開しているため，民間企業からの利用もし易い．その内訳は，素材メーカーなどの BtoB 企業と消費者向けの製品を研究開発している総合電機メーカーや自動車会社など多岐に渡っている．直接，企業の研究者が来学されて機器を利用する場合の方が技術代行での利用より多い傾向である．また，ナノプラで最先端の機器を共用したことを契機に，本学と共同研究や受託研究の契約を結び自主事業に移行する場合も最近は見受けられ，ナノプラが大学における産学連携研究のトリガーとしての重要な役割も担っている．例えば産業界
では， 2018 年 4 月 17 日に日立金属株式会社と株式会社日立製作所の研究開発グループが共同で開発した金属 3D プリン
ターに適した金属粉末を用いて，ハイエントロピー合金(HiPEACE)の 3D 造形に成功したことがプレスリリースされたが，その研究開発段階においてナノプラの微細構造解析が役立っている(6)(7)．また，基礎研究分野では「複合金属酸

図1



図 2 〈 100〉シリコン単結晶表面の( a ) SEM 像，(b )残留 弾 性 ひ ず み マ ッ ピ ン グ 像 と 6.4 MeV の Fe3＋
イ オ ン を 1.0 × 1016 ions / cm2 ま で 照 射 後 の ( c )SEM 像，(d )残留弾性ひずみマッピング像(9) (オンラインカラー)MoTe 酸化物および MoSe 酸化物の HRTEM 像，および多面体構造図(8)．
Figure 1 Comparison of polyhedral structural images with HRTEM images. (a) MoTe oxide, scale bar, 5 nm
and (b) MoSe oxide, scale bar, 5 nm. Insert images: power spectra. ``Z. Zhang, T. Murayama, M. Sadakane,
H. Ariga, N. Yasuda, N. Sakaguchi, K. Asakura, W. Ueda, Nature Communications, 6 (2015), 7731; licensed
under a Creative Commons Attribution (CC BY) license.'' (オンラインカラー)

特

集

図4

FIB 加工したフレークボール形状タングステン
酸ビスマス粒子( W / Bi ＝ 0.55 )の( a )上部 SEM像，(b)断面 SEM 像(12).

図5Spin SEM で 取 得 し た 形 状 像 ( 左 ) と ス ピ ン 像(右)(13)．

図 3 〈100〉シリコン単結晶表面に75メッシュグリッド
を被せて He＋ イオンを 1.03×1017 ions/cm2 まで照射した( a ) SEM 像(白い矩形の領域が照射領
域)，(b)照射領域と非照射領域界面の SEM 像，( c ) exx 残留弾性ひずみマッピング像，( d ) eyy 残
留弾性ひずみマッピング像，( e ) ezz 残留弾性ひずみマッピング像(10) (オンラインカラー)

した値を使用してマッピングした．赤が引張，青が圧縮の残留弾性歪みで色が濃い方が大きい．非照射のシリコン単結晶
は，表面を鏡面加工したままのため図 1( b)から表面全体が垂直方向( ezz )の圧縮の弾性ひずみが残留していることがわ
かる．一方，イオン照射した試料の場合， Fe3＋ イオンが格子間に侵入したりシリコン原子と置換したりすることによって格子間が伸長し結果として引張の弾性ひずみが残留していることがわかる．また，照射硬化によって圧痕は小さくなり塑性変形によりくぼんだエッジの周りには tetoragonal dis-粒子( W / Bi ＝ 0.55 )の( a )上部 SEM 像，( b )断面 SEM 像で

tortion により引張の残留弾性ひずみが局所的に大きくなっある． FIB 加工によって内部の構造を詳細に観察すると共ていることがわかる．図は，〈100〉シリコン単結晶表面にに超高圧電子顕微鏡による粒子の TEM 像の白黒コントラス

75メッシュグリッドを被せて He＋ イオンを1.03×1017 ions/

トから LambertBeer の法則を用いて電子ビームの吸収を評

cm2 ま で 照 射 し た ( a ) SEM 像 ( 白 い 矩 形 の 領 域 が 照 射 領

価しシミュレーションと比較検討することによって中空構造域)，(b)照射領域と非照射領域界面の SEM 像，(c) exx 残留であることを明らかにした(12)．

弾性ひずみマッピング像，( d ) eyy 残留弾性ひずみマッピン

Spin SEM を 用 い て 観 察 し た 様 々 な 形 状 の パ ー マ ロ イ

残留弾性ひずみマッピング像である(10)．照射( Ni80Fe20 )薄膜パターンの Spin SEM 像を図に示す(13) ．

欠陥の蓄積やブリスターの形成によりシリコン単結晶表面が両画像は同時に測定されたもので，左が形状像，右がスピン

盛り上がっている．そこで，照射領域と非照射領域の界面の像である．形状像中央に見える半円の直径が 20 mm ． Spin

グ像，( e ) ezz

残留弾性ひずみを解析すると， exx (紙面の横方向)と eyy (紙

検出軸は面内で，破線で示す y 軸から 20°
回転した方向にな

面の縦方向)では引張の残留弾性ひずみが ezz (紙面に垂直方っている．中央部に放射状に広がる矩形のパターンに注目す向)では圧縮の残留弾性ひずみ存在していることがわかっると，形状像では一様のコントラストを示しているが，スピた．これは，照射領域の体積膨張により exx(紙面の横方向)

ン像では中央部のパターンが他の物より明るくイメージされと eyy(紙面の縦方向)では引張となり，界面では非照射領域

回転ていることがわかる．スピン検出方向が， y 軸から 20 °が照射領域の体積膨張により圧縮されることになったためとした面内方向(図中の破線で示す)であることを考慮すると，考えられる． ezz (紙面に垂直方向)の照射領域が引張の残留

矩形パターンの長手方向の磁区がイメージに反映しているこ

弾性ひずみを示さなかったのは，ブリスターの破裂が所々観とがわかる．また，半円状パターンの内部にも磁区が存在し察されたことから残留ひずみが開放されたためではないかとていることがわかる．

考えられる．また，EBSD による Cross Court 法だけでなく

図は，本学の微細加工プラットフォームの支援を受けてラマン分光と組み合わせてイオン照射された表面の局所的なピンホールレス，且つナノレベルの膜厚制御が可能な原子堆

弾性残留ひずみの評価が最近試みられている(11)．

積法(Atomic Layer Deposition: ALD)により成膜した Al2

FIB による断面観察と超高圧電子顕微鏡の高い透過能をO3/TiO2 積層膜の STEM および EDX マッピング像(a)各層組み合わせてフレークボール形状タングステン酸ビスマス粒

1 nm ， ( b ) 各 層 2 nm の STEM ( JEM ARM 200F ) お よ び

子の複雑な構造の解析支援例について紹介する．図は，

EDX マッピングである．EELS 測定(OK1)と共に電気的特FIB 加工したフレークボール形状タングステン酸ビスマス

性の評価結果と比較検討することによって成膜条件の最適化

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan




文

図6

Al2O3 / TiO2 積層膜の STEM および EDX マッピ
ング像．( a )各層 1 nm ，( b )各層 2 nm の STEM
および EDX マッピング(14)．(オンラインカラー)が出来た．この成果は，文部科学省ナノテクノロジープラッ
トフォーム2019年度秀でた利用成果に選ばれた(14)．
その他にも多くの優れた成果が得られているが紙面の関係
で詳しくはホームページに公開されている成果報告書を参考にされたい．

.

お わ

り

に

微細構造解析に初めての方にもわかりやすく記述することを心がけたつもりですが，紙面の関係で十分に紹介出来ていないことも多いかと思いますので，近い将来ナノプラを利用してみようと思った方々は，ホームページ(1)(2)を是非ご覧頂
き，ナノプラ利用に際してご不明な点は，メイル等を通じてお気軽にお問合せ下さい．一方，ナノプラの共用機器と相互補完的に，その他の研究機器についても本学独自の共用プラ
ットフォームであるオープンファシリティや文部科学省の先献( 1 ) https://www.nanonet.go.jp/yp/( 2 ) http://www.cris.hokudai.ac.jp/cris/nanoplat/( 3 ) T. B. Brittona and A. J. Wilkinson: 111(2011), 1395
1404.
( 4 ) http://www.cris.hokudai.ac.jp/cris/nanoplat/facility/( 5 ) http://www.cris.hokudai.ac.jp/cris/nanoplat/charge/( 6 ) T. Fujieda, H. Shiratori, K. Kuwabara, M. Hirota, T. Kato, K.
Yamanaka, Y. Koizumi, A. Chiba and S. Watanabe: Mater.
Lett., 189(2017), 148151.
( 7 ) T. Fujieda, M. Chen, H. Shiratori, K. Kuwabara, K.
Yamanaka, Y. Koizumi, A. Chiba and S. Watanabe: Additive
Manufacturing, 25(2019), 412420.
( 8 ) Z. Zhang, T. Murayama, M. Sadakane, H. Ariga, N. Yasuda,
N. Sakaguchi, K. Asakura and W. Ueda: Nature Communications, 6(2015), 7731.
( 9 ) R. Sekiguchi: Master's thesis, Graduate School of Engineering,
Hokkaido University (2017).
(10) Y. Takeda: Master's thesis, Graduate School of Engineering,
Hokkaido University (2018).
(11) S. Yang, S. Tokunaga, M. Kondo, Y. Nakagawa and T.
Shibayama: Appl. Surf. Sci., (2019), accepted.
(12) M. Hori, M. Takase, M. Takashima, F. Amano, T. Shibayama
and B. Ohtani: Catalysis Today, 300(2018), 99111.
(13) H. Hosoi et al.,: private communications(14) Nanotech Japan: Bulletin, 12(2019), 3.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
柴山環樹
1992年 3 月 北海道大学大学院工学研究科博士後期課程修了．
1992年 4 月 東北大学金属材料研究所
現職
2015年 4 月 北海道大学大学院工学研究院教授
専門分野超高圧電子顕微鏡を用いたその場観察，量子ビーム照射効果◎化合物半導体基板と不動態酸化皮膜界面の微細構造と界面準位の相関に関する研究の後，低放射化原子力材料の研究開発に従事．現在は，その場観
察とオペランド構造解析技術や分析技術を中心に活動．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

端研究基盤共用促進事業(新たな共用システム導入支援プログラム)と密接に連携を取っており，利用者の研究の進捗状
況に合わせて適切な微細構造解析機器の選択に関する相談も行っています．また，利用者が集中する時期には相互に予約状況を鑑みて利用者を振り分けることによって，研究者の利

柴山環樹

松尾保孝

Agus Subagyo

坂口紀史

渡辺精一

便性を向上させると共に，稼働率の向上に貢献しております．



特

集

最先端放射光ナノ計測・解析共用拠点(日本原子力研究開発機構)
米 田 安 宏吉 越 章 隆竹 田 幸 治
塩 飽 秀 啓
1)
1)
1)
2)
松 村 大 樹菖 蒲 敬 久田 村 和 久1)
1)
2)

外の研究に利用されている．

.

は じ

め

に

 反応ガス中および加熱
表面化学実験ステーションは，ア( 1150 °C )中の表面反応を観察するための反応分析室，

原子力機構は大型放射光施設 SPring8 に 2 本の専用ビー

ルゴンイオンスパッターと 1150 °C 程度までの真空アニール

ムラインを持ち，6 つの外部供用装置がそれぞれのビームラおよび低エネルギー電子回折(LEED)を備えたクリーニング

インに備わっている．原子力機構の装置の特徴は，軟 X 線

 走査型プローブ顕微鏡( STM / AFM )室および
 試料
室，

領域から硬 X 線領域まで広いエネルギーをカバーした分光を大気から真空中に導入するためのロードロック室で構成さ装置によって元素を選択した上で化学結合状態や磁性を知るれた複合表面分析装置である．不純物の影響を排除するためことができる．また，汎用性の高い k 型回折計や応力・イに，ロードロック室を除く各真空槽は 2× 10－8 Pa 以下の超メージング測定装置によって結晶構造解析や X 線 CT(com-

高真空を維持している．各真空槽はゲートバルブを介して接

puted tomography)を行うことができる．それぞれの装置の続され，試料は大気に曝されることなく各真空槽間を往来で特徴とどのようなデータが得られるかを順に紹介する．なきる．

お，装置の外観等については JAEA&QST 微細構造解析プ

本装置の主な分析方法は，挿入光源で得られる高輝度軟

ラ ッ ト フ ォ ー ム の ホ ー ム ペ ー ジ ( http: // www.kansai.qst.

X 線(1) を励起光とする光電子分光である．光電子のエネル

go.jp/nano/)も合わせて参照していただきたい．

ギー分析器は，オミクロン社製 EA 125 ( 5 個のチャンネルトロン)である．高エネルギー分解能かつエネルギー可変性.


外部供用装置とその利用例

表面化学実験ステーション( 400 ～ 2000 eV )を利用することで，表面敏感な精密化学分析が可能である．ここで，軟 X 線領域では光イオン化断面積が高エネルギー X 線より大きいので，検出感度(スループ

ナノテクノロジーの研究開発において，固体の表面・界面ット)に優位である．従って，元素の同定に加えて，リアルで起きる化学反応の観察や分析は，例えば，ナノ電子デバイ

タイム光電子分光による表面の吸着量，化学状態および電子スの薄膜作成プロセス，触媒反応，材料の防食処理など応用

状態の時間変化を捉えることができる．

上重要であり，物理化学や新物質探索という基礎科学の研究

表面化学反応の放射光リアルタイム光電子分光を実現する対象としても興味深い．表面・界面の化学反応の理解や制御ために，差動排気システムを放射光ビームラインに配置し，には，表面や界面にフォーカスして存在する特定原子に由来

10－3 Pa 程度までのガス導入中の表面観察を可能としていする電子状態や化学状態の情報を選択的に抽出することが必る．可変リークバルブによるガス導入に加えて，ノズル分子須となる．このような目的を達成するために，原子力機構でビーム装置が接続されている．加熱ノズル(最高 1400 K)には SPring8 の軟 X 線ビームラインに表面・界面の化学反応

よって，最大 2.3 eV 程度の並進エネルギーを持つ酸素分子分析専用の装置(表面化学実験ステーション)を整備し，所内ビームの照射が可能である．放射光の持つビーム特性によっ国立研究開発法人 日本原子力研究開発機構1)研究主幹 2)研究副主幹(〒679
5148 兵庫県佐用郡佐用町光都 111)
Synchrotron RadiationBased Techniques Available at JAEA Advanced Characterization Nanotechnology Platform (Japan Atomic
Energy Agency); Yasuhiro Yoneda, Akitaka Yoshigoe, Yukiharu Takeda, Hideaki Shiwaku, Daiju Matsumura, Takahisa Shobu and Kazuhisa Tamura (Materials Science Research Center, Japan Atomic Energy Agency, Sayogun, Hyogo)
Keywords: synchrotron radiation, XPS (xray spectroscopy), MCD (magnetic circular dichroism), (XAFS (xray absorption fine structure),xray diffraction
2019年 7 月30日受理[doi:10.2320/materia.58.763]

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japanて，分子ビーム照射位置のピンポイント観察を可能としている．反応性気体分子に関しては，これまで O2, NO, H2O な
どの酸化剤，CH4, CH3Cl, C2H2, HCOOH などの有機分子や

軟 X 線磁気円二色性測定装置

X 線磁気円二色性(Xray Magnetic Circular Dichroism,

H2, CO, CO2 などの利用実績がある．毒性や爆発性などを有XMCD)は，円偏光 X 線による内殻吸収を活用した元素およする気体でも He などで一定レベルに希釈すれば利用でき

び電子軌道選択的な磁気プローブである．無偏光 X 線による．これまで，Si, Ge, SiC, GaN などの半導体，Cu, Ti, Ni

る吸収とは異なり，試料の磁化方向と平行に入射する円偏光や Cu 合金，Ni 合金などの金属，カーボン材料(グラフェン，

X 線に よる吸 収強度 はスピ ン電子 状態に 依存す る．よ っ

CNT ，ダイヤモンド)，ナノ粒子など，電子デバイス，触て，内殻準位からの遷移先である伝導帯においてアップスピ

媒，腐食・防食，ナノバイオなど，対象と組み合わせはバラ

ンとダウンスピンの状態密度に偏りがあれば左・右円偏光

エティーに富み，反応メカニズム(キネティクス，ダイナミ

X 線での吸収強度が異なる．この左・右円偏光 X 線におけクス)の解明や並進エネルギー誘起表面物質相探索といったる 吸 収 強 度 差 が XMCD で あ る ． 特 に 軟 X 線 領 域 で のユニークな研究が展開されている．

XMCD 実験では，遷移金属の 2p3d(L2,3)吸収端，希土類のナノテクノロジー解析プラットフォームの支援例としてダ3d4f(M4,5)吸収端，アクチノイドの 4d5f(N4,5)吸収端など

イヤモンド(111)表面のグラフェン化の観察を紹介する(2)．

を用いることで，磁性を担う d 電子，f 電子の磁性状態を直グラフェンは次世代エレクトロニクスの有力材料であり，絶接的に調べることができる．また， XMCD スペクトルに総縁体表面への直接形成としてグラフェン/ダイヤモンドが注和則を適用することで，スピン磁気モーメントと軌道磁気モ

目されている．ダイヤモンドは室温では絶縁体であるため光ーメントを分離して定量評価ができることも XMCD 実験の電子分光で致命的な帯電が起きるが，熱処理中は伝導電子が特筆すべき特長であろう．以上をまとめると， XMCD 実験

熱励起されるので回避できる．この点を活かして，高温環境から得られる情報は次のとおりである．吸収( XAS )スペク

中のリアルタイム光電子分光観察から熱処理グラフェン形成

トルや XMCD スペクトルの形状からターゲット元素の電子を明らかにした(図)．SiC よりも低温形成できることを証状態(価数や結晶場など)の情報が得られる． XMCD 信号の明するとともに，ワイドギャップ材料分析への光電子分光利

強度や符号からはターゲット元素が有している磁気モーメン

用の可能性を示した．

トの大きさとその向きの情報が得られる．

さて，ユーザー支援で特に重視していることは，希望の実

SPring 8 原子力機構専用ビームラインに設置されている

験と装置のマッチングである．大学等での事前実験を如何に

XMCD 装置の写真と概略図を図に示す．写真の白矢印は実現(再現)できるかが，放射光の魅力を知る必須条件と信じ

放射光 X 線の照射方向および測定試料を大気から超高真空ている．また，試料を作成しながら分析する“その場”観察に保たれている超伝導磁石中心(測定位置)まで導入する経路

実験では，装置特性を十分理解した上でオペレーションするを示している．専用試料ホルダーに取り付けた試料を真空槽ことが要求されるので，維持管理と同様にこの点を意識してに導入するための試料バンクには，容易に開閉可能なアクセサポートしている．また，新規テーマを研究開発シーズと捉スドアが設けてあり大気開放および真空引きが迅速にできる

え，トライアル測定などを通して最先端の課題に対応できるようになっている．試料の位置調整は電動の装置架台を用い環境を整備している．これらの取り組みによって表面化学実て調整する．測定開始前に試料の清浄表面を得る必要がある験ステーションは，高い稼働率，実施満足度および継続的な場合は試料準備槽において，スパッタ，アニール，へき開な利用と成果発信が実現している．

どの処理を行うことができる．加えて，ユーザー持ち込みの

図1



ダイヤモンドの高温加熱中の軟 X 線放射光リアルタイム光電子スペクトルとグラフェン由来の成分の温度依
存性およびダイヤモンド表面のグラフェン化の反応モデル(2)．(オンラインカラー)

特

集

図2

原子力機構専用ビームライン(BL23SU)に設置されている XMCD 測定装置の写真と概略図．(オンラインカラー)

装置も組み込むことができるポートがある．いずれの試料処

気モーメントがどのように揃っているのかを明らかにした．

理においても装置担当者との事前の打ち合わせが必要とな

強磁性転移温度以下において Cr 3d, Sb 5p そして Te 5p にる．超伝導磁石の最大印可磁場は± 10 テスラで，試料温度

は磁気モーメントが存在するが，Bi 6p には存在しないこと

は室温から 5.5 K の範囲で可変である． XAS の測定は，試が分かり，さらに Cr 3d と Sb 5p の磁気モーメントは平行

料 の 光 電 流 を 測 定 する Total Electron Yield を採 用 し て いに向くが，Te 5p のそれは反平行に向くことが明らかになっる．この XMCD 実験装置で XMCD スペクトルを得る方法た．これら実験結果と理論計算を組み合わせることで，このは二つある(1) ．ひとつは on the fly モードで，もうひとつ物質における強磁性は p d 相互作用により発現しているこは 1Hz 円偏光スイッチングモードである．onthefly モーとを明瞭に示した．この成果は軟 X 線による XMCD 実験のドでは，光エネルギー走査速度 40 eV/min 程度で XAS スペ

特長を活かした好例と言える．

クトルが測定できる．一本目の XAS スペクトルを取得した
のちに円偏光を切り替えて，二本目の XAS スペクトルを取

XAFS 測定装置

得して，それらの差分をとることで XMCD スペクトルを得

放射光を用いた X 線吸収分光(X 線吸収微細構造， X ray

る．一方，1Hz 円偏光スイッチングモードでは，1 Hz 周期

absorption fine structure, XAFS)測定では，低エネルギーかで左・右円偏光を切り替えることで各光エネルギーにおいてら高エネルギーまで広いエネルギー範囲を持ち，入射光強度

XMCD 信号を取得し，逐次的に光エネルギーを走査して変化が小さい偏向電磁石ビームラインが通常利用されていXMCD スペクトルを測定する．前者は後者に比べて，高速る．それに対し原子力機構では，偏向電磁石ビームラインよ

な XMCD スペクトルの取得が可能である．一方，後者の方

りも 2 桁～3 桁輝度の高いアンジュレータビームラインを利が高い XMCD 検出精度が得られる．これらモードには一長用する高輝度放射光 XAFS 測定装置を構築し，原子力に係一短があり実験内容により効果的に使い分けるとよい．

る研究に応用している．

図に Fe の XMCD 測定例を示す．図 3 ( a )は Fe L2,3 吸

アンジュレータ放射光は，エネルギーに対して鋸刃状に強収端における XAS スペクトルで図 3(b)は XMCD スペクト度が変化する特徴を持つため，輝度の高い奇数次光を使うこルである．図 3(c)は Fe L3 吸収端の光エネルギーを固定(図とが多い．エネルギーに合わせてアンジュレータの磁石列間

3 ( b ) 矢 印 ) し ， 1 Hz 円 偏 光 ス イ ッ チ ン グ モ ー ド に よ り

距離を連続的に変えることができれば，輝度が高い状態を保XMCD 強度の磁場依存性を測定した結果である．XMCD ス

っ た ま ま XAFS 測 定 が 可 能 と な る ． し か し ， Quick-

ペクトル形状が磁場や温度によって変化せず，強度のみが変ScanXAFS 測定のように短時間に分光器とアンジュレータ

化する場合， XMCD 強度は磁気モーメントの大きさに比例を同期させて駆動することが難しいため，本装置では偶数次するので，Fe 3d 電子のもつ磁気モーメントの磁場依存性，光を使用して QuickScanXAFS 測定を行っている．偶数次

すなわち元素・電子軌道選択的磁化曲線とみなすことができ

光は奇数次光より 1 桁程度輝度が低くなるが，それでも偏る．同様の方法で磁化の温度依存性を測定することも可能で

向電磁石光と比較すると 2 桁～ 2.5桁も輝度が高いため，低ある．

濃度試料の測定も可能である．

実際の利用例として，トポロジカル絶縁体(Sb, Bi)2Te3 にアンジュレータ放射光による QuickScanXAFS 測定の例

Cr を ド ー プ し た 物 質 群 に お け る XMCD 研 究 を 紹 介 すを図に示す．およそ 1.5 keV という EXAFS 測定範囲でる(3)．この研究では，すべての構成元素に対して XMCD をは，偏向電磁石放射光と同様に強度変化の小さい入射光が得行うことで，それぞれの元素における磁化の有無，そして磁られるため，2 分間程度でも測定できる．

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan




図4

ロジウム箔の XAFS 測定例．(オンラインカラー)

ることも可能である．
XAFS 測定のために，透過法ではイオンチェンバーを使用し，充填ガスとして窒素ガス，窒素＋アルゴン( 50 )ガス，アルゴンガスを利用できる．蛍光法では 19 素子半導体検出器を利用できる． RI ・アクチノイドを含む試料測定のために， RI 試料専用チェンバーを用意しており，これまでにウラン・トリウムを含む多くの溶媒抽出錯体の構造解析を行ってきた．既に溶液では濃度 0.1 mmol 試料も，透過法にて測定可能となっている．今後は，KB ミラーの導入を予定しており，さらに極微量・微小試料測定を目指している．
高輝度放射光 XAFS 測定装置は，これまで他のビームラ
図3

Fe L2,3 吸収端における XMCD 実験(測定温度
室温，印可磁場2 T)の例．(a) 内殻吸収スペク
トル(XAS)．m＋(m－)は磁場の向きと光のヘリシティーが平行(反平行)を示している．m＋m－ は無
偏 光 に よ る XAS ス ペ ク ト ル と み な せ る ． ( b )XMCD スペクトル．定義によっては差分の向きが逆の場合もある．( c ) Fe L3 吸収端(( b )の矢印)における XMCD 強度の磁場依存性．(オンラインカラー)

インに設置していたが， RI ・アクチノイド試料測定を実施するために，SPring8 の RI 実験棟へ移設した．一昨年には世界で初めてアインスタイニウムの水和構造の測定に成功した．今後も，放射性廃棄物を対象とする分離法や分離技術の開発研究，次世代再処理ガラス固化技術開発研究，希少金属の分離回収研究，金属錯体の構造解析，地層処分システムの安全性評価に係る研究開発に貢献することを目的としている(4)(5)．
エネルギー分散型 XAFS 装置

本実験装置で使用する分光器には「マルチ結晶交換システ

XAFS 法は内殻電子の遷移を利用するが故に，元素選択

ム」採用している．回折面( 111)と( 311 )を持つ二組のシリ性がある．また，光電子の周辺原子との散乱による干渉効果

コン単結晶を並べて配置し，液体窒素温度かつ高真空下にて，が微細構造に表れるため局所構造に敏感である．入射・検出

1 軸( X軸)の並進により，いつでも何度でも簡単に結晶をプローブ共に X 線であることから「その場」観察や「オペ交換することができる．( 111 )面では 5 ～ 30 keV ，( 311 )面

ランド」測定への適用が比較的容易であること，限界検出感

では 10～70 keV まで，必要とするエネルギー分解能と入射度が数 ppm 程度と比較的感度が高いなどの特徴も併せ持っ強度を自由に選択することができる．また， 30 keV 以下のている．

X 線を集光と高次光カットのために， X 線ミラーを挿入す

原子力機構の提供している XAFS 測定装置においては，

特集通常の XAFS 測定装置と共に，分散型の XAFS 測定装置が設置されている．分散型 XAFS 測定装置は物理的に動く機構が無いという特徴により，通常型 XAFS 測定よりも高い
時間分解能や高い相対精度が期待できる．分散型 XAFS 測定の欠点としては，異なるエネルギーの X 線が異なる光路を通ることに由来して試料ムラがスペクトルの歪として乗りやすいこと，入射光強度との同時測定が困難であるが故に光の変調がスペクトルの質を劣化させやすいということが挙げられる．
XAFS 測定は SPring8 の多くのビームラインで利用可能であるが，特に原子力機構においては，分散型 XAFS 測定による化学反応の「その場」観察に重点を置いて研究を実施しており，「その場」観察用の各種雰囲気制御装置が備え付けられている．固体/気体反応系においては，可燃性・毒性
ガス利用のためのシリンダーキャビネット(水素，炭化水
素，一酸化炭素，一酸化窒素等使用可能)，マスフローコン
トローラ(0100 cc/min)，遠隔バルブ制御装置(XAFS 測定装置と連動可能)，フロー型およびバッチ型試料セル(最大温度 700 °C ，最大圧力 10 気圧)，四重極型質量分析計，などが利用できる(6)．燃料電池などの電極触媒観察のためのポテン

図5

Pt/C 電極触媒に対する CVXAFS 測定結果．

ショスタットや液体循環装置，液相反応観察のための遠隔溶液導入装置等も常時使用可能である．また，パルスレーザーと連動しての観測も利用例がある．

りつぶした程度の粒径(～ 2 mm )を透過することができず測定例として，燃料電池電極触媒としての Pt 金属微粒子に，粒子の薄皮部分だけを評価することになる．高エネルギ

に対して，電位を走査させながら XAFS 測定を行い，各電ー X 線回折を用いると粒子全体を調べることができるた

位 に お け る Pt 金 属 の 酸 化 ・ 還 元 挙 動 を 解 明 し た 例 を 記

め，実験室系では抽出できないような不純物も同定することす(7) ．燃料電池の電極触媒には主に Pt が利用されているができる．

が，貴金属である Pt の利用量を削減するために，反応中の高エネルギー X 線回折のもう一つの使い道は 2 体相関分

Pt の構造変化を詳細に把握することが求められている．電布関数(pair distribution function, PDF)を使った局所構造解

極の評価には電位を走査しながら電流の変化を観測するサイ析である．リートベルト解析などの従来型の結晶構造解析は

クリックボルタンメトリー( Cyclic Voltammetry, CV )が良

周期的構造を仮定したモデルフィットを行うため，ドメイン

く用いられているが，電流応答は触媒反応，触媒表面への吸やグレイン，欠陥や不純物によって生じた変調構造を抽出す

着脱離，触媒自身の酸化還元等が混ざり合ったものであり，ることができない． PDF 解析では周期性を仮定せずに実験

触媒自身が電位を変化させた際にどう構造変化を起こしてい的に得られた局所構造をモデリングするために，平均構造かるかを理解することは CV のみからでは困難である．原子力らのズレを抽出することができる．特に， k 型 X 線回折計

機構では， CV 法と分散型光学系を用いた時分割 XAFS 測で得られた回折パターンでは，同一データセットを用いてリ定とを同時測定する CV XAFS 法を開発して，その問題解

ートベルト解析と PDF 解析の両方を行うことができるた

決に取り組んだ．図は，Pt/C 電極触媒に対し，1M KOH

め，平均構造からのズレを可視化することができる．

水溶液を循環させながら CV XAFS 測定を行い，その結果

PDF 解析の利用例としては，ペロブスカイト型酸化物のを示したものである．このように新たな「その場」観察手法

局所構造解析例を示す． k 型 X 線回折計で精密に測定されである CV XAFS 法を適用することで，電極触媒の反応時た PDF 解析のデータは，実空間分解能に優れているだけでにおける触媒構造を決定することができた．

なく， r ～ 200 Å ( 20 nm )程度までの原子相関を明らかにす


k 型 X 線回折計

k 型 X 線回折計は高エネルギー X 線回折実験と表面 X 線
回折実験を行っている．

ることができる．
図はセラミックコンデンサなどの電子部品にも使われている強誘電体のチタン酸バリウム(BaTiO3)を用いて PDF 解析を行った結果である(8)．それぞれの領域においてモデルフ

大型の 2 u アームを有する k 型回折計は短波長の X 線( lィッティングを行った結果，菱面体晶構造のミクロ構造領域～0.2 Å (0.02 nm))を用いても精度良く回折ピークをスキャ

から，ナノコンポジット領域を経て，ドメイン構造によるモンすることができるため，粉末 X 線回折が可能である．実ジュレーションを受けて平均構造である正方晶構造へと変化

験室系の X 線源(CuKa, l～1.5 Å (0.15 nm))では乳鉢です

していく様子が明らかになった．k 型回折計を利用した高エ

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japanさにリチウムイオン電池の性能と電極表面の結晶構造との間には大きな相関があることを明らかにした．


応力・イメージング測定装置

本装置では，金属を中心とした構造材料における材料強度
それに伴う変形状態を明らかにするために，イメージング法と X 線回折法を利用し，ひずみ，応力測定，転位密度が単独，もしくは融合した実験が可能である．本装置では 70
keV までの高エネルギー X 線が利用できることから「できるだけ実機に近い大きさの材料」，「実加工中の変化」を中心に研究を行うことが可能である．
基本的には定盤上に様々なステージと 2 次元検出器を組み合わせることで前述の測定を可能としている．イメージン
グ測定では，画質重視の測定では16ビット，6 mm の空間分解能を有する 2 次元検出器，速度重視の測定では12ビット，
2000 Hz の時間分解能を有する 2 次元検出器を利用すること

図6

放射光高エネルギー X 線回折実験で得られたチタン酸バリウムの 2 体相関分布関数( PDF )． (オンラインカラー)が可能である．一方， X 線回折測定では， 30 keV 以下に対しては Pilatus 300 K，それ以上に対しては CCD カメラを利用している．また，最大荷重 5 kN，最高温度900°
Cまで制御が可能な高温負荷装置を整備しており，前述の検出器らとリンクさせすべてコンピューター制御により動作することが可

ネルギー X 線回折実験は，ドメインや欠陥，添加物を含ん能である．さらに，材料内部の特定の場所からの X 線回折だ酸化物強誘電体や超伝導体の研究に利用されている．まを測定するためのスパイラルスリットの利用が可能であた，周期的構造を仮定しない PDF 解析を利用して，並進対る(10)．

称性の欠損した微粒子やアモルファスとの共存相の構造解析に用いられることもある．

これらの装置を活用した測定例を紹介する．金属の表面に異なる性質の金属を肉盛りする溶接技術をさらに薄く，どのまた， k 型 X 線回折計を利用した表面 X 線回折実験の支

ような材料でも対応可能にするためのレーザーコーティング

援も行っている．表面 X 線回折法は，最表面の面内構造，技術の開発を目指し，レーザー照射中の金属粉の振る舞いを

表面近傍の各原子層の組成や層間距離，積層構造などを調べ

高速イメージング技術により観察した(11)．図は真空容器

るための手法である．

中のオーステナイト系ステンレス鋼 SUS304 基板上の q0.2

表面 X 線回折実験で支援しているテーマは，主として電mm チタン球にレーザーを照射したときのチタン球の時間変気化学を扱うものが中心となっており，電極/電解液(質)界化を示している．図 7(a), (b)はそれぞれ基板の温度を25度，面の構造解析が主な支援内容である．本回折計では，上で述

500 度に設定している．レーザーは IR レーザーを使用，入べた特徴を生かし，それぞれの実験に適した表面 X 線回折

熱量 4 × 104 W / mm2 で数秒間チタン球にのみ照射した．そ

実験用電気化学セルを自由度高くデザイン可能であり，従っの結果，基板の温度が低い場合には金属球が溶けているものて電極/水溶液・有機溶媒・イオン液体・固体電解質と様々の基板に広がらず，基板の温度が高い場合には基板に広がりな界面の構造解析が可能である．さらに，本回折計の制御ソだしていることがわかる．つまり，金属球が基盤に広がるた

フト(spec)から直接，電気化学測定装置を制御できるように

めには金属球が溶けていることは当然であるが，溶け広がるなっており，電気化学反応を制御しながら，界面・表面の構

基板の温度が高いことが重要であることがわかる．この結果

造がどのように変化していくかを追跡することができる．

は，レーザーコーティングの現象を解明する非常に重要な成実際の利用例として，リチウムイオン電池の正極表面の構果であり，レーザーコーティング膜表面に金属球の状態で残造解析について紹介する(9)．リチウムイオン電池は，リチウ

存するのは，膜の温度が低くなっているレーザー照射直下かムイオンが電極と電解液の間を移動する反応を利用した電池

ら外れた場所に落下した金属球であり，その理由を解明したであり，反応場である電極/電解液界面の構造が電池反応のこととなる．

反応速度に 影響を与えると予想される．そこで， SrTiO3

高エネルギー放射光 X 線は材料に対する透過力が高いた(STO)基板上に正極材料である LiNi0.8Co0.2O2 の薄膜を成膜

め，材料内部の観察も可能である．原子炉容器などの溶接構し電極として，リチウムイオン電池の充放電反応と電極表面造物の設計・施工では，溶接に伴う強度低下などを的確に防構造の関係を調べた．電極電位を変化させながら，正極の表止することが求められる．この強度低下の主要因としては，面構造とバルク構造の変化を追跡したところ，電池反応で欠陥の生成や引張り型の残留応力の発生が挙げられている．

は，電極表面に Li 層が露出していることが重要であり，ま残留応力形成の主要因の 1 つが溶接後の温度降下中の温度



特

集

.

終

わ

り

に

日本原子力研究開発機構の専用ビームラインは RI 実験棟に引き込まれている．今回，紹介した装置の多くを RI 実験棟に集約し，燃料デブリの分析に備えている．また装置の移設に加えて，硬 X 線光電子分光装置(HAXPES)や走査型 X
線顕微鏡( STXM )などの立ち上げ作業も行なっており，共用装置のラインナップを今後も充実させていく予定である．

文

図7

SUS304 基板上のチタン球のレーザー照射下での変化．基板の温度は，(a) 25度，(b) 500度．

分布であることからその温度を推察するために今回のような対流観察から温度を推察することは大変重要である．今後はこの研究成果を応力導出のための数値シミュレーションに活用することで，最適な加工条件の導出に貢献することが期待

献( 1 ) Y. Saitoh, Y. Fukuda, Y. Takeda, H. Yamagami, S. Takahashi,
Y. Asano, T. Hara, K. Shirasawa, M. Takeuchi, T. Tanaka andH. Kitamura: J. Synchrotron Rad., 19(2012), 388.
( 2 ) S. Ogawa, T. Yamada, S. Ishizduka, A. Yoshigoe, M.
Hasegawa, Y. Teraoka and Y. Takakuwa: Jpn. J. Appl. Phys.,
51(2012), 11PF02.
( 3 ) M. Ye, W. Li, S. Zhu, Y. Takeda, Y. Saitoh, J. Wang, H. Pan,
M. Nurmamat, K. Sumida, F. Ji, Z. Liu, H. Yang, Z. Liu, D.
Shen, A. Kimura, S. Qiao and X. Xie: Nature Communications
6(2015), 8913.
( 4 ) 岡本芳浩，永井崇之，塩飽秀啓放射光，31(2018), 274280.
( 5 ) T. Kobayashi, S. Suzuki, H. Shiwaku et al.,: Proc. Nucl. Sci.
Tech., 5(2018), 7477.
( 6 ) D. Matsumura, M. Taniguchi, H. Tanaka and Y. Nishihata: Int.
J. Hydrogen Energy 42(2017), 77497754.
( 7 ) S. Kusano, D. Matsumura, K. Asazawa, H. Kishi, T.
Sakamoto, S. Yamaguchi, H. Tanaka and J. Mizuki: J. Electronic Mater., 46(2017), 36343638.
( 8 ) 米田安宏日本結晶学会誌，54(2012), 155
158.
( 9 ) K. Sakamoto, et al: Chem. Mater., 21(2009), 26322640.
(10) 鈴 木 賢 治 ， 菖 蒲 敬 久 ， 城 鮎 美 ， 豊 川 秀 訓  保 全 学 ， 11(2012), 99
106.
(11) Y. Sato, M. Tsukamoto, T. Shobu, Y. Yamashita, S.
Yamagata, T. Nishi, R. Higashino, T. Ohkubo, H. Nakano and
N. Abe: Appl. Phys. A, 124(2018), 288.

できる．

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia JapanQST 微細構造解析プラットフォームが提供する
放射光利用技術(量子科学技術研究開発機構)
片 山 芳 則1 佐々木拓生2
) 高 橋 正 光
)
綿貫

徹3

) 町 田 晃 彦4)齋 藤 寛 之4)その概要と支援例を紹介する．ここでは，それ以外の装置に

.

は じ

め

に

ついて簡単に説明しておく．
放射光メスバウアー分光装置は，核ブラッグ分光器を備

兵庫県にある大型放射光施設 SPring8 では，高いエネル

え，鉄を対象に RI 線源による測定と同様なドップラー効果

ギー(短い波長)の強力な X 線を利用できる(1) ． 2016 年 4 月を利用したメスバウアースペクトルを測定することできる．

1 日に発足した量子科学技術研究開発機構(量研/ QST )は

全反射法を用いた薄膜試料，さらには鉄の同位体置換を利用

SPring 8 に 2 本の専用ビームラインを設置し，放射光利用

した原子層 1 層毎の観察など，磁性・スピントロニクス材技術の開発を行うとともに，微細構造解析プラットフォーム料に応用可能な測定が可能である(4)(5)．

の一員として，その技術を広く産官学の研究者に提供してい共鳴非弾性 X 線散乱装置は，入射 X 線のエネルギーと散る(2)．表に QST 微細構造解析プラットフォームの登録装乱された X 線のエネルギーの違いを測定できる．高温超伝置を示す．日本原子力研究開発機構(JAEA)の一部が移管さ導体における電子励起の解明など，物性物理の分野で活用されて発足した経緯から，一部の装置は JAEA の専用ビームれる手法であるが(6)，現在では，装置の特色を活かして高分

ライン BL22XU に設置されている．これらの登録装置で解能 X 線吸収分光測定などにも使われている．この手法は，特色ある先端的な計測が可能となっている(3)．

は，燃料電池の白金ナノ粒子のオペランド観察に活用され以下の節では，表面 X 線回折計，ダイヤモンドアンビル
セル回折計，高温高圧プレス装置の 3 つの装置について，た(7)．
大型 X 線回折計は，共鳴 X 線回折による物性研究，応力・ひずみ測定，コヒーレント X 線を利用したメゾスケー
ルの構造解析など多目的に用いられてきた． 2019 年度に移表1

QST 微細構造解析プラットフォームの登録装置．
BL11XU(QST ビームライン)
放射光メスバウアー分光装置
共鳴非弾性 X 線散乱装置
表面 X 線回折計
BL14B1(QST ビームライン)
高温高圧プレス装置
BL22XU( JAEA ビームライン)
ダイヤモンドアンビルセル回折計
大型 X 線回折計設が予定されており， 2020 年度からは，限られた手法の利用が再開される見込みである．

.

表面 X 線回折計による量子構造観察

表面 X 線回折計は，半導体の原子層レベルの結晶成長過程をリアルタイムで観察することを目的に，分子線エピタキ
シー(MBE)装置と X 線回折計を一体として組み合わせた複国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 量子ビーム科学部門(〒6795148 佐用郡佐用町光都 111)
関西光科学研究所 放射光科学研究センター1)センター長 2)主幹研究員 3)次長 4)上席研究員
次世代放射光施設整備開発センターグループリーダー
Synchrotron RadiationBased Techniques Available at QST Advanced Characterization Nanotechnology Platform (National Institutes
for Quantum and Radiological Science and Technology); Yoshinori Katayama, Masamitu Takahasi, Takuo Sasaki, Tetsu Watanuki,
Akihiko Machida, Hiroyuki Saitoh(Quantum Beam Science Research Directorate, National Institutes for Quantum and Radiological
Science and Technology, Sayogun, Hyogo)
Keywords: Xray diffraction, synchrotron radiation, crystal growth, molecular beam epitaxy, pair distribution function, charge glass, highpressure, high temperature, insitu observation
2019年 7 月31日受理[doi:10.2320/materia.58.770]



特

集

合システムである(8)(10) ． MBE 装置としては， GaAs 系用の神谷教授のグループによって行われた量子ドットにキャッと GaN 系用の 2 台があり，回折計に載せ替えることでそれプ層を成長させたときの量子ドットのひずみの変化を調べた

ぞれの材料の測定を行うことができる． X 線回折計は 4 軸研究について紹介する(12)．

で試料を回転し， 2 軸で検出器の位置を調整するいわゆる
4S＋2D 型である．

量子ドットや量子ワイヤは光電デバイスへの応用が期待されることから，多くの研究が行われている．中でも自己組織ある結晶の上に別の結晶の薄膜を，結晶面をそろえて成長化によって GaAs 基板上に作成される InAs 量子ドットは，(エピタキシャル成長)させることは半導体デバイスの作成で近赤外域の発光素子として研究が行われている． InAs 量子

重要なプロセスである．しかし，結晶の格子定数が違う場

ドットに GaAs あるいは GaInAs のキャップ層を付けるとフ合，ひずみや欠陥が発生する．良質な薄膜を作るためには，ォトルミネッセンスの波長が変化する．この変化は，キャッこれらをコントロールする作成条件を見出さなければならなプ層による量子ドット中のひずみの変化と関連づけられて議い．そのためには，半導体の結晶成長をリアルタイムで観察論されてきたが，これまで，それを直接観測した研究はなかする手法が有用である．一般的に使われている RHEED はった．そのため，本装置を用いて，MBE によりキャップ層

結晶成長初期の表面構造や表面の凹凸など表面に敏感であを成長させたときの量子ドットのひずみの変化のその場観察る．しかし，結晶内部の状態を見ることが難しいことに加が行われた．

え，プローブである電子線と物質との相互作用が強いため，と実験にはエネルギー 10 keV の X 線を使い，入射角0.2°

多重散乱効果の影響で定量的な解析が難しいといった問題点いう非常に小さな角度で試料に入射した．全反射の臨界角付がある．その点， X 線は，物質との相互作用が比較的弱い

近で X 線を入射すると，反射する成分と屈折する成分に分ため，試料の内部を観察することができるとともに，定量的かれる．屈性した成分は試料表面のごく浅い部分を進む．よな解析ができる利点がある．

って，表面に垂直な格子面で回折がおき，回折条件を満たす

本装置の担当者である高橋と佐々木は，結晶ひずみや結晶

角度で，小さな出射角で回折 X 線が観測される．通常の対性を評価できる X 線回折の逆格子マッピングという手法に

称反射を利用した X 線回折では，表面に平行な格子面の間注目し，この手法による結晶成長のその場観察を実現し隔を調べることになるが，この微小角入射 X 線回折法でた(11)．基板の上に薄膜を成長させる場合，格子定数が異なは，表面ごく近傍で表面に垂直な格子面の間隔を調べることると回折条件を満たす X 線の入射角と出射角の両方がずれができる．実験では，GaAs の001面の上に InAs の量子ドッ

る．さらに，格子にひずみがある場合にはスポット自体が広トを作成した試料の上に GaAs のキャップ層を成長させていがりを持つようになる．このような情報を得るためには，試きながら測定が行われた．このとき CCD 検出器によって料と検出器の両方を角度スキャンして注目する回折スポット

220回折スポット付近で観測されたイメージを図に示す．

の周りの回折 X 線強度分布を測定する逆格子マッピングが(a)はキャッピングを行う前，(b)から(d)はそれぞれ，(b) 6必要となる．強力な放射光の利用と 2 次元検出器の利用等

nm，(c) 12 nm，(d) 20 nm のキャップ層を付けたときのイの測定上の工夫により，現在ではある回折スポットの周りのメージである．縦軸はバルクの GaAs の格子定数で規格化さ逆格子マッピングを10秒以下で測定できる．MBE による結れた[ 110 ]方向の格子定数を示す．バルクの InAs ではこの晶の成長速度と比較した場合，これは原子層レベルでの観察値は 1.072となる．横軸は，全反射の臨界角で規格化されたができることを意味する．この手法を用いて， GaN の結晶

出射角である．成長前には X 線強度は広い範囲に広がって成長初期の特異な緩和過程，InGaAs/GaAs のひずみ緩和過いるが，成長が始まると規格化された格子定数が大きな部分

程や，太陽電池を想定した多層構造などが研究されている．

の強度が顕著に減少していることがわかる．この研究では，本装置の詳細とこれら薄膜の成果については，高橋と佐々木縦軸を 0.01 ごとに区切り，その区間で X 線強度を積分したの解説(8)(10)に譲ることとして，本解説では，豊田工業大学

値が成長とともにどのように変化していくかが調べられた．

図1

InAs 量子ドットに GaAs キャップ層を成長させたときの220回折スポット付近の X 線回折イメージ．(a)成長
前，(b) 6 nm, (c) 12 nm, (d) 30 nm 厚．Reprinted with permission from K. Shimomura, et al., J. Appl. Phys.,118(2015), 185303. Copyright 2015 American Institute of Physics. (オンラインカラー)

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japanキャップ層成長の初期では，規格化された格子定数が1.01かBL22XU には通常の分光器の他に高エネルギー用の分光器

ら1.03の範囲では強度が増加したのに対し，1.04以上の強度が設置されており， 70 keV (波長 0.177 Å ( 0.0177 nm ))までは減少した．さらにキャップ層を成長させるとすべての範囲の高エネルギーの強力な単色 X 線を使うことができる．こで強度が減少するようになり，キャップ層が 4 nm になったの二つを組み合わせることによって，本装置は高圧下の測定

ところで，減少の割合が緩やかになった．これは量子ドットだけでなく，原子 2 体分布関数(pair distribution function,の平均の高さと同程度であり，量子ドットがキャップ層によPDF)法に適した回折データを迅速に測定することにも活用っておおわれたことを示唆している．

されている．

上記の結果から，キャップ層が成長する過程での InAs 量

PDF 法は，もともとガラスや液体など構造が不規則な系

子ドットとキャップ層の構造について考察が行われた．キャで用いられてきた手法であるが，結晶においても，局所構造

ップ層の成長前は， X 線強度の広い分布が示すように，量を調べる手法として注目されている．通常の X 線結晶構造

子ドットの格子が GaAs に近い場所では圧縮される一方，ド解析では，同じ単位胞が 3 次元的に積み重なった理想的なットの頂点に行くに従い次第にひずみが小さくなっていくと結晶を前提とする．しかし，現実の結晶では，局所構造のひ考えられる．キャップ層の成長の初期では，前述のように規

ずみや，長距離まで発達しない短距離の秩序など，平均構造格化された格子定数が1.01から1.03の範囲の回折強度が増加からのずれが存在し，さらにそれがその物質の性質に大きなする一方， 1.04 以上の強度は減少する．これは， InAs 量子

影響を及ぼしている場合がある． PDF は，実空間においドットの格子がキャップ層によって圧縮される一方，キャッて，ある原子から距離 r のところにどれだけの他の原子が存

プ層の GaAs の格子は引き延ばされるため，ある範囲の格子在するかを示す関数であり，これによって，一般の X 線結定数の強度が増えたのだと考えられる．さらにキャップ層が晶構造解析ではとらえることが困難な平均構造からのずれを成長すると，量子ドットの間が埋まっていき，量子ドットを調べることができる． PDF は回折線だけでなく散漫散乱も圧縮するため規格化された格子定数のすべての領域で X 線含んだ粉末 X 線の全散乱データをフーリエ変換することに強度が減少する．すなわち量子ドットのひずみが大きくな

よって得られる．実空間の分解能はデータの散乱ベクトルのる．ここでは紹介できなかったキャップ層の組成を変えた測大きさ Q の上限で決まるので，強力な高エネルギー(短波定や，キャップ層の組成を途中で変えた測定によって， In長) X 線の利用と大型検出器による高い回折角までの高精度と Ga の相互混合が起きていることも示唆された．これらのな測定は大きなメリットとなる．

結果は，キャップ層の構造が量子ドットのひずみや組成分布

本装置を用いた PDF 解析は産業技術総合研究所の Kimにどのような影響を及ぼすか示すものであり，量子ドットの主任研究員らによる水素貯蔵材料の研究から開始され発光特性の制御に向けて有益な情報を与えるものである．

た(14) ．ここでは，本手法によって，鉛系ペロブスカイト酸化物であるクロム酸鉛 PbCrO3 が「電荷ガラス」という特異.

ダイヤモンドアンビルセル回折計による原子体
分布関数解析

な状態となっていることを解明した東京工業大学，東教授のグループの Yu らの研究を紹介する(15)．PbCrO3 は古くから知られている物質で，平均的な結晶構造としては A サイト

本装置の名称に使われているダイヤモンドアンビルセルに Pb，A サイトが作る立方体の体心の位置にある B サイト( DAC )は，超高圧発生のための小型の装置である． 2 個のに Cr ，同じく面心の位置に O が存在する． Pb は価数とし単結晶ダイヤモンドにガスケットと呼ばれる金属片を挟み，て 2 価と 4 価をとり得るが，この化合物では同じ構造をと

両側から力を加えることによって数 GPa から数十 GPa の超

る CaCrO3 や SrCrO3 のように Pb2＋Cr4＋O3 と 2 価のイオン

高圧力を発生させることができる．先端の形状を工夫したダとなっていると長らく考えられていた．しかし，同じ結晶構

イヤモンドを用いることにより 100 GPa を超える圧力も実造を持つ SrCrO3 と比較した場合， SrCrO3 が金属的なのに現されている．試料はこの金属片にあけた数百から数十 mm

対し PbCrO3 が絶縁体的であることや，Sr2＋ と Pb2＋ が同様

程度の小さな穴の中に封入され，金属片とともにダイヤモンのイオン半径を持つのに PbCrO3 の格子定数が 5近く大きドにより加圧される．一般に， DAC を用いた高圧下の結晶

いことの原因が不明であった．さらに近年，高圧下で大きな構造解析には粉末 X 線回折法が使われることが多いが，本体積収縮を伴う同型転移，すなわち，同じ立方晶から立方晶

装置は，高圧下の単結晶 X 線回折実験もできるよう工夫さへの相転移が発見された．また，構造の面からは， X 線やれている．最近の高圧下測定の支援例としては，物理的圧力

中性子回折のブラッグピークがブロードで，何らかの欠陥構と化学的圧力(原子半径の違う同族元素の置換による効果)の造の存在が示唆されていた．実際，高分解能透過電子顕微鏡

組み合わせにより鉄系超伝導体で新しい超伝導相が出現するによって原子間距離の変調が観測されたが，これまで提案さことを，純良な単結晶を用いた実験により結晶構造の観点かれた Pb 欠損のモデルでは，他の現象を統一的に説明するこら検証した成果が挙げられる(13)．
本装置は， 400 mm × 400 mm という大型の 2 次元検出器(読み取り装置付きのイメージングプレートおよび大型フラットパネル検出器)を備えている．さらにビームラインとができなかった．このような背景のもと，PbCrO3 の構造および電子状態を解明するために，様々な手法を駆使した研究が行われた(15)．
まず，粉末 X 線回折実験により，高温高圧合成法で作成

特集

された試料が不純物を含まず，立方晶であることが確かめらが見て取れる．このほかに，様々なモデルを試したが，このれた．さらに，3 倍周期の変調構造の位置に散漫散乱が観測

モデルが最も良い一致を示した． 27 個の単位胞を含むこのされるとともに，リートベルト法による解析では，Pb の原

超 構 造 は ， Pb2＋ と Pb4＋ が 同 数 入 る こ と が で き な い ． ま子変位因子が異常に大きいことがわかった．一方，硬 X 線

た，隣の超構造との界面に AA あるいは BB の配置ができ

光電子分光から Pb2＋ と Pb4＋ が共存していることが明らかる．これらの理由で，この超構造は長距離に成長することがになった．更に並行して行われた PDF 解析によって， Pb

できない．上記の結果から，クロム酸鉛の価数分布はの短距離構造が解明された．図に本装置で測定された X

Pb2＋0.5Pb4＋0.5Cr3＋O3 であり，電荷の分布が不規則な「電荷線全散乱データから得らえた PDF と構造モデルから計算しガラス」という状態になっていることが結論づけられた．こた PDF とを比較した図を示す．一番上の Pb が立方体の単の PDF 解析については，本装置の担当者の一人である綿貫位胞の中心に存在するモデルでは，実験データを再現できての解説に詳しい(16)．

いないことがわかる．一方，Pb の位置を立方体の中心から
110方向に等価な12の方向にランダムに 0.44 Å(0.044 nm)だ.

高温高圧プレス装置と高温高圧合成

けずらしたモデルでは，測定データとの一致が格段に良くなった．しかし，まだ 12 Å ( 1.2 nm )以下の領域で不一致が残高温高圧プレス装置は，10 GPa(約10万気圧)までの圧力，っていた． 12 Å ( 1.2 nm )は格子定数 a0＝ 4.0 Å ( 0.4 nm )の 3

1000 °
C を超える温度を発生することができる装置である．

倍である．そこで， 3a0× 3a0× 3a0 の格子を考え，その中でキュービックマルチアンビル型という方法を採用し，立方体

Pb2＋ と Pb4＋ が岩塩構造をとるように配置し，Pb 原子の x,形状の固体の圧力媒体を，先端に正方形の平面を持つ超硬合y, z 座標のそれぞれに対しサイン型の縦波の変位を仮定し，金製のピストンで 6 方向から等方的に圧縮することで圧力実験値を再現するように周期と位相をフィットした．その結

媒体中の試料に超高圧を発生させる．立方体圧力媒体の面の果を下段に示す．実験結果との一致が非常によくなったこと

大きさは，ピストン先端の平面より大きいため，圧縮に伴い圧力媒体が変形してピストンとピストンの間の隙間に入り，ピストンとの摩擦によって中身が封じ込まれる．このピスト
ンとピストンの間の狭い隙間を通して，放射光 X 線を入射するとともに，試料からの回折 X 線あるいは透過 X 線を取り出す．
試料は圧力媒体や容器あるいは加熱のためのヒーター材などに包まれているが，物質を透過する能力が高い高エネルギ
ー X 線を用いることで内部の観察が可能となる．さらに，
粉末 X 線回折を測定する方法として，偏向電磁石から発生する連続的にエネルギーが分布する X 線(白色 X 線)を試料に入射し，検出器としてエネルギー分解能を持つゲルマニウ
ム半導体検出器を用いて測定する，いわゆるエネルギー分散型が採用されている．これによって，高温高圧下であっても数十秒といった短時間で粉末 X 線回折測定を行うことが可能である．
本装置は，結晶の圧力誘起構造相転移や，液体やガラスの構造変化の研究に使われてきたが，最近は，主に物質の高温
高圧合成条件の効率的な探査のために活用されている．高温
高圧合成法は，ダイヤモンドなど超硬物質の合成だけでなく，常圧では合成が困難な様々な物質を得るための強力な手法である．しかし，合成条件を見出すためには，一般に，温度や圧力，反応時間などを変えて実験を行い，常温常圧下に回収した試料を分析・評価するという作業を繰り返すことが必要となる．そのため新規物質探査への応用は，まだ限られ

図2

クロム酸鉛 PbCrO3 の原子 2 体分布関数 PDF の実験結果とモデル計算の結果の比較および残差．
右側にモデルを示す．大きな丸は鉛，小さな丸はクロムを表す．酸素は省略されている．Reprinted with permission from R. Yu, et al., J. Am.
Chem. Soc., 137(2015), 12719. Copyright 2015
American Chemical Society. (オンラインカラー)

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japanているのが現状である．それに対し，放射光を使ったその場観察手法を用いると，高温高圧下で試料の構造変化や反応を観察しながら目的の物質を合成することが可能になり，合成条件を効率的に見出すことができる．ここでは，東北大学の折茂教授らのグループが行ったペロブスカイト型の水素化物
合成のその場観察の例を紹介する(17)(18)．

化学式 ABX3 で表されるペロブスカイト化合物は様々なを示す．エネルギー分散法を用いているため，横軸は X 線分野で重要な研究対象となっている．これは，強誘電体，銅のエネルギーである．測定時間は 1 分で， 10 分ごとのプロ

酸化物高温超伝導体，さらには新しい太陽電池など優れた性ファイルがプロットされている．600°
Cに到達直後には，fcc

質を示す材料がペロブスカイト構造あるいはそれを基礎とし構造の Ni からのブラッグピークが観察された．一方，軽元た構造を持つためである．一方，ペロブスカイト構造を持つ素からなる LiH の回折線は非常に弱いため観察されていな

水素化物の報告例は少なかった．水素を多く含む化合物は優い．時間がたつにつれて， Ni からの回折線が低エネルギー

れた特性，例えば高い温度での超伝導を示す可能性があるこ

側にシフトしていく．これは， Ni が作る結晶格子が次第にとから，ペロブスカイト構造を持つ水素化物の探査は，その膨張していることを示しており，水素が Ni に侵入して Ni

候補となる物質を増やすという観点から大きな意義がある．

と水素の固溶体 NiHx ができていることを示している．15分

金属的な性質を持ち，水素量が多い化合物として，これまでを経過したころから， NiHx の回折線の低エネルギー側に別報告例がないアルカリ金属と遷移金属からなるペロブスカイの fcc 構造からの回折線が観察され始めた．時間の経過ととト型水素化物の合成に向け，第一原理計算が高木らによってもに，この回折線は低エネルギーにシフトするとともに，強行われた(17) ．それにより，中でも LiNiH3 が熱力学的に安度を増していった．この回折線は Li と Ni の固溶体合金の水定であること，リチウムの水素化物 LiH と Ni の混合物を水

素化物，LiyNi1－yH の生成を示すものと考えられる．70分後素化させた場合， LiNiH3 に向けた反応が起こりうることなには，全く新しい回折線が観察され始めた．これらの回折線どが予測された．これらの予測を元に，佐藤らが高温高圧合は単純立方格子で指数付けが可能であり， LiNiH3 の生成を成に取り組んだ(18)．出発物質として，LiH と Ni を用い，高示 す も の で あ る ． 250 分 後 に は ほ ぼ LiNiH3 の 単 相 と な っ

温で水素を発生する水素源とともに試料容器に入れ，圧力 3た．この相は，常温常圧に回収可能であった．その格子定数Cまで加熱し，水素流体中
GPa まで加圧した．その後，600°

は ， a ＝ 3.266 Å ( 0.3266 nm ) と 理 論 予 想 の 値 a ＝ 3.25 Åに保持しながら，水素化反応の放射光 X 線によるその場観(0.325 nm )と非常に良い一致を示し， LiNiH3 の生成が裏付察を行った．図に粉末 X 線回折プロファイルの時間変化

けられた．
これらの変化から，以下のような，3 段階の生成機構が考えらえる．ステップでは水素のみの拡散が起き，ステップ
では Li と Ni の相互拡散が，ステップでは，Li と Ni の秩序化が結晶格子の変形とともに起きていると考えられる．
その場観察によって本試料の合成条件が明らかになっただけ
でなく，生成機構が解明されたことで，類似の組成を持つ新
しい水素化物の合成に向けた指針も得ることができた．本装置ならびに水素化物合成の詳細については，本装置の担当者である齋藤による解説を参照していただきたい(19)(20)．

.

ま

と

め

QST 微細構造解析プラットフォームでは，上記のように材料開発への応用を目指して開発された特色ある放射光利用技術を提供している． SPring8 の運転に合わせて，定期募
集は毎年 5 月と 11 月に行っているが，利用相談は随時受け付けている．こんな測定はできないだろうか，というご質問があれば，ぜひお気軽にお問合せいただきたい(2)．

文

図3



LiH と Ni の混合物の 3 GPa, 600°
C での水素化反応の X 線回折その場観察結果． Reprinted withpermission from T. Sato, et al., Appl. Phys. Lett.,
102(2013), 09190. Copyright 2013 American Institute of Physcs. (オンラインカラー)

献( 1 ) http://www.spring8.or.jp/ja/( 2 ) http://www.kansai.qst.go.jp/nano/( 3 ) 片山芳則金属，86(2016), 10911096.
( 4 ) 三井隆也，瀬戸 誠放射光，25(2012), 166175.
( 5 ) T. Mistui, K. Mibu, M. Seto, M. Kurokuzu, S. P. Pati, T.
Nozaki and M. Sahashi: J. Phys. Soc. Jpn., 85(2016), 063601.
( 6 ) 石井賢司固体物理，51(2016), 79
92.
( 7 ) Y.T. Cui, Y. Harada, H. Niwa, T. Hatanaka, N. Nakamura,
M. Ando, T. Yoshida, K. Ishii, D. Matsumura, H. Oji, H.
Ofuchi and M. Oshima: Sci. Rep., 7(2017), 1482.

特集( 8 ) 佐々木拓生，高橋正光応用物理，87(2018), 409415.
( 9 ) 高橋正光日本結晶成長学会誌，42(2015), 201
209.
(10) M. Takahasi: Jpn. J. Appl. Phys., 57(2018), 050101.
(11) T. Sasaki, H. Suzuki, A. Sai, J.
H. Lee, M. Takahasi, S.
Fujikawa, K. Arafune, I. Kamiya, Y. Ohshita and M.
Yamaguchi: Appl. Phys. Express, 2(2009), 085501.
(12) K. Shimomura, H. Suzuki, T. Sasaki, M. Takahasi, Y. Ohshita
and I. Kamiya: J. Appl. Phys., 118(2015), 185303.
(13) K. Matsuura, et al.: Nat. Commun., 8(2017), 1143.
(14) H. Kim, K. Sakaki, H. Ogawa, Y. Nakamura, J. Nakamura, E.
Akiba, A. Machida, T. Watanuki and T. Proffen: J. Phys.
Chem. C, 117(2013), 2654326550.
(15) R. Yu, et al.: J. Am. Chem. Soc., 137(2015), 12719
12728.
( 16 ) 綿貫 徹，町田晃彦， H. Kim ， R. Yu ，東 正樹，水牧仁一
朗放射光，31(2018), 202
211.
(17) S. Takagi, H. Saitoh, N. Endo, R. Sato, T. Ikeshoji, M. Matsuo, K. Miwa, K. Aoki and S. Orimo: Phys. Rev. B, 87(2013),
125134.
(18) R. Sato, H. Saitoh, N. Endo, S. Takagi, M. Matsuo, K. Aoki
and S. Orimo: Appl. Phys. Lett., 102(2013), 091901.
( 19 ) 齋 藤 寛 之 ， 高 木 成 幸 ， 青 木 勝 敏 ， 折 茂 慎 一  放 射 光 ， 27(2014), 1019.
( 20 ) 齋藤寛之，高木成幸，佐藤豊人，折茂慎一高圧力の科学と技術，28(2018), 291298.

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
片山芳則
1990年 京都大学大学院理学研究科博士課程単位取得退学
1990年 慶応義塾大学理工学部助手
1997年 日本原子力研究所研究員
2016年 4 月現職
専門分野高圧構造物性，液体・非晶質，放射光利用技術◎液体・非晶質の圧力誘起構造変化の研究に従事．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

片山芳則

高橋正光

佐々木拓生

綿貫

町田晃彦

齋藤寛之

徹




産総研先端ナノ計測施設(産業技術総合研究所)齋 藤 直 昭1)松 林 信 行1) 井 藤 浩 志2
)

富 江 敏 尚2) 藤 井

.

は じ

め

に

産総研の我々の研究部門では，先端計測分析技術の研究開

剛3
) 浮 辺 雅 宏4
)

.



公開装置の概要

陽電子プローブマイクロアナライザー(PPMA)(図)発を実施しています．見えなかったものを見えるようにする

電子線形加速器で発生させた高強度陽電子ビームを短パル

計測技術を創造し，次いで，それを各種の応用に適用して分ス化・マイクロビーム化(ビーム径＜30 mm)して測定対象の析技術として仕上げることをミッションにしています．これ

試料へ入射します．陽電子寿命を測定することで，試料中のらを実現する手法として，開発した装置や技術を公開して計

原子～ナノメートルスケールの原子空孔・空隙を評価する装測支援を実施し，社会における課題の解決に挑戦しています．

置です．加速器で発生させるビームの特徴を活かして，陽電計測支援を実施するプラットフォームとして，産総研先端

子の注入深さ(入射エネルギー)を変えた測定や，局所分析がナノ計測施設(AIST Nanocharacterization Facility: ANCF)を設置しています(1)．産総研 ANCF は，TIA(オープンイノ
ベーション拠点)の共用研究開発施設(2)，および，文部科学省のナノテクノロジープラットフォーム・微細構造解析プラットフォームの双方に参画し，両制度の併用で全国からの計測要望に幅広く対応しています．また，産総研の制度である共同研究や技術コンサルティング制度なども活用して，オーダーメイド的な計測にも対応しています．
微細構造解析プラットフォームに参画する主要大学等では大型の透過型電子顕微鏡(TEM )を中心にした先端計測装置を公開に提供していますが，産総研では市販装置ではない独
自に開発した計測装置や技術を公開しています．他の参画機
関と産総研が互いに相補的な役割を担い，プラットフォーム
全体として微細構造解析に関する多種多様な分析計測技術を提供しています．
図1

陽電子プローブマイクロアナライザー(PPMA).
(オンラインカラー)

産業技術総合研究所 計量標準総合センター 分析計測標準研究部門 1)副研究部門長 2)主任研究員(〒3058568 つくば市梅園 1
11 中央 2)
産業技術総合研究所 エレクトロニクス・製造領域 ナノエレクトロニクス研究部門 1 )招聘研究員 2 )客員研究員 3 )主任研究員
4)研究グループ長
AIST Nanocharactarization Facility (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology); Naoaki Saito, Nobuyuki
Matsubayashi, Hiroshi Ito, Toshihisa Tomie, Go Fujii, Masahiro Ukibe(Research Institute for Measurement and Analytical
Instrumentation (RIMA), National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Tsukuba. Nanoelectronics
Research Institute (NeRI), National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Tsukuba)
Keywords: positron microscope, superconducting detector, XAFS, transient absorption spectscopy, SPM, NMR, photoelectron spectroscopy, SEM
2019年 9 月 2 日受理[doi:10.2320/materia.58.776]



特

集

できます．原子～サブナノメートルスケールの空隙を非破壊の自然放出による発光スペクトルやその強度の時間変化(発かつ高感度(ppm)で検出できます．公開装置は，世界的にも光寿命)を求める装置です．
(計測対象)

本装置のみです．
(計測対象)
薄膜，バルク，粉末体中に含まれる原子～ナノメートルス液体試料や，粉体，板，薄膜，デバイスなどの固体試料光照射で生成する電荷キャリアや励起状態の種類およびその時間的な変化を評価

ケールの原子空孔・空孔クラスターの構造
高分子材料中の自由体積評価

蛍光，燐光，遅延蛍光(熱活性型遅延蛍光など)の発光寿命を評価

原子空孔・空隙分布のマッピング測定
超 伝 導 蛍 光 収 量 X 線 吸 収 微 細 構 造 分 析 装 置 ( SC 

XAFS)(図)リアル表面プローブ顕微鏡(RSPM)(図)
環境制御型高分解能測定(大気，高真空，ガス雰囲気，溶放射光を励起光とし，蛍光収量法により X 線吸収スペク液中)が可能で，形状とナノ物性測定(弾性率・表面電位・誘トルを測定する装置です．半導体検出器よりエネルギー分解

電率等)が可能な走査型プローブ顕微鏡装置です．高電圧(～能が優れている超伝導検出器を搭載していることが特徴で，

100 V )表面電位計測やトンネル顕微鏡モードも可能です．

100 1500 eV で 10 20 eV FWHM のエネルギー分解能が得

また，デバイス等の測定時に，外部電位の印加も可能です．

られ，微量の軽元素・遷移金属元素を分離・検出できます．

(オペランド計測)

この装置は，高エネルギー加速器研究機構・放射光施設に設(計測対象)

置しており，軟 X 線ビームライン BL11A, BL11B, BL表面ナノ形状(探針形状測定用プログラム有)13A, BL16A が利用できます．

弾性率(ドップラー干渉計によるばね定数校正有)(計測対象)
微量元素の結合状態・ナノ構造(例SiC 中の 300 ppm の窒素)

ナノスケール表面電位・静電容量(半導体キャリア濃度測定のための空乏層容量計測等)
表面電流・広がり抵抗測定

軽元素 K 吸収端，遷移金属 L 吸収端(1001500 eV，エネ
ルギー分解能 1020 eV FWHM＠1 keV)
固体試料(真空中，パウダーまたは板状 15 mm 角以下)

溶液中の表面反応等の実時間計測機能(毎秒 1～ 10画像取得可能，反応制御のための溶液潅流設備有)断面作製や表面処理のための付帯設備有

バルク材料(分析深さ 100 nm～1000 nm)
可視近赤外過渡吸収分光装置(VITA)






ナノ秒/ピコ秒可視・近赤外過渡吸収分光装置(図)

パルスレーザーを用いたポンプ・プローブ分光法により，ナノ秒あるいはピコ秒の時間スケールで試料に生成する各種の励起状態や電荷キャリアの時間的な変化を検出する装置です．


ナノ秒/ピコ秒発光寿命計測装置

パルスレーザーを励起光とすることで，励起後の試料から

図3

図2

高エネルギー加速器研究機構・放射光施設に設置された超伝導蛍光収量 X 線吸収微細構造分析
装置(SCXAFS)．(オンラインカラー)

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan

図4

ナノ秒/ピコ秒発光寿命計測装置．(オンラインカラー)

リアル表面プローブ顕微鏡( RSPM )． (オンライン
カラー)




図6
図5




固体 NMR 装置(600 MHz)．(オンラインカラー)

極端紫外光光電子分光装置(EUPS)．(オンラインカ
ラー)

固体核磁気共鳴装置(SSNMR)
固体試料を対象とし，原子が持つ核スピンをプローブとして，局所構造およびダイナミクスを原子・分子レベルで測定する固体核磁気共鳴装置です．3 種類の装置を整備しています．産総研で測定した，固体試料の多核 NMR スペクトルを
データベースに収録・公開しています．


固体 NMR 装置(600 MHz)(図)

600 MHZ ，ワイドボア超伝導磁石タイプの固体高分解能測定の NMR 装置です．多核種対応(1H～109Ag)で，二次元測定にも対応しています．


図7

固体 NMR 装置(200 MHz)

超伝導蛍光 X 線検出器付走査型電子顕微鏡(SCSEM)．(オンラインカラー)

200 MHZ ，ワイドボア超伝導磁石タイプの固体高分解能測定の NMR 装置です．多核種対応(1H～15N)で，二次元測定にも対応しています，

固体 NMR 装置(20 MHz)

超伝導蛍光 X 線検出器付走査型電子顕微鏡(SC SEM)




(図)

永久磁石卓上型で，緩和時間測定や磁場勾配法による拡散係数測定にも対応した，1H 専用の NMR 装置です．
(計測対象)

走査型電子顕微鏡( SEM )にエネルギー分散超伝導検出器を搭載した装置です．この検出器は，高スループット( 1固体試料の高分解能 NMR 測定

mSr)と高エネルギー分解能(＜10 eV)を両立する超伝導トン

溶媒に溶かすと構造変化する物質(高分子・ゴム・蛋白質

ネル接合 X 線検出器です． SEM で試料表面を観察しながetc.)

気体・固体・半固体試料の分子結合状態の解析

極端紫外光光電子分光装置(EUPS)(図)
EUPS は レ ー ザ ー 生 成 プ ラ ズ マ に よ る パ ル ス EUV 光ら，その表面の任意の場所で発生する X 線を高感度で測定することにより，元素分析を行うことができます．公開装置
は，世界的にも本装置のみです．
(計測対象)
パワー半導体，構造材料などに含まれる 100 ppm 以上の( 255.17 eV，パルス幅 3 nsec)を励起光源とし，飛行時間法

微量軽元素分析

で電子分光する世界で唯一の光電子分光装置です．光励起でリチウム(Li)の 2 次元分布分析

放出される光電子のエネルギーから，物質中の電子状態分布

鉄(Fe)などの金属の酸化状態分析を知ることができます．

ナノスケールでの元素分析(計測対象)

.

粉体，板，薄膜など固体試料の最表面原子層( 0.5 nm 程度)の電子状態を分析
絶縁薄膜，有機薄膜を帯電させることなく測定可能




計

測

事

例

RSPM による材料表面の形状，物性評価

ゴム複合材料のドメイン観察

半導体のバンド曲がりを評価

二次電子スペクトルのカットオフにより真空準位を評価

ゴムは，自動車タイヤや建物の免振構造材などをはじめ，



特

集

図8

ゴム複合材料の位相像(カンチレバーの共振周波数は約 70 kHz)．(オンラインカラー)
図9

非常に多くのアプリケーションがあります．各種アプリケー

現像液を潅流して 10 秒毎に撮影したレジスト現像 過 程 の 液 中 リ ア ル タ イ ム AFM 像 ( 5 × 5mm2)．(オンラインカラー)

ションに必要な機能を実現するために，複数のゴム素材やナノ材料が混合されています．これらの機能発現にかかわる仕走査が容易ですが，半導体用レジストの場合は，ある程度の組みを解明するために，材料( JSR 社御提供)の内部構造を広さの視野が必要になり，かつ，高さ(レジストの厚さ)も分観察しました．

子等と比較すると，高低差(20～100 nm 程度)が大きい試料観察にあたって，平坦で汚れが少ない試料断面を，注意深です．このため，分子を観察する場合に比べて，加振振幅をく作成しました．この断面を AFM で観察した計測例が図大きくしたり，カーボンナノファイバー( CNF )付の探針をです．使用したカンチレバーは，共振周波数が約 70 KHz，

利用する等の方法を利用して，2～10秒に 1 フレームの割合

ばね定数が約 3 N / m のオリンパス社製 AC240TS です．ゴで，リアルタイム観察を行いました．図 7 は， 5× 5 mm2 のム系の試料は非常に柔らかく，平坦な試料表面の作成が難し

視野を 10 秒に 1 フレームのレートで撮影した例です．本レ

いことがあり，凹凸が大きいと，探針形状に由来するアーテ

ジストでは，均等に現像されていきますが，細かく見ていくィファクト(画像歪)が発生し，正確な位相測定が困難になりと，線間が広い部分が速く現像され，最後に，細かいパター

ます．本計測では，試料を冷却してミクロトームで精密に切ンが均質に現像されていくことがわかりました．これらの結削する方法を利用して，凹凸が 10 nm 程度の表面を作成し果から，本レジストは，現像過程という観点からは，パターました．平坦な表面を作成することで，良好な位相像(粘弾ン倒れが起こりにくく良好な特性であることがわかりました．

性像)が得られ，材料中に含まれるイソプレンゴム(IR)，ス
チレンブタジエンゴム( SBR )，シリカナノ粒子を明瞭に識別できました．図 8 の明るいドメイン(面積 30)が IR，暗いコントラストが SBR ，白い粒子状のコントラストがシリ

EUPS による材料最表面の物性評価






NOx の選択的還元用 Cu 置換ゼオライト触媒の被毒

硫黄原子の付着サイトの特定(3)カ粒子です．この画像から，シリカ粒子は，暗コントラスト

ディーゼルエンジンの排ガス中の NOx の無毒化に用いら中( SBR 相)のみに存在することがわかります．これらの結れ て い る 銅 イ オ ン 交 換 ゼ オ ラ イ ト 触 媒 ， Cu zeolite Cu 

果から，ゴムの硬さ等の材料特性を制御しているシリカ粒子

SSZ 13，は多くの有用な性能を有していますが，長期間のは，SBR 相のみに存在することがわかりました．

使用中に排ガス中に含まれる硫黄によって触媒活性が低下す

液中の高速 AFM による半導体レジスト現像過程

るため，触媒活性の復活のために脱硫操作が必要です．硫黄

半導体の微細化が進むにつれて，リソグラフィープロセス

被毒の機構解明，脱硫の最適条件，および脱硫機構の解明の


の解明が非常に重要になってきます．特に，パターンの解像研究の一環として，EUPS 分析を行いました．

度に加えて，パターン倒れの原因がどのプロセスにあるかはCu イオン交換ゼオライト触媒のフレッシュ試料，被毒試

非常に重要です．その中で，特に溶液中での現像，洗浄，乾料， 480 °C および 600 °C で脱硫処理を行った試料の 4 種類の

燥などのプロセスで何が起こっているかは，ほとんど未解明

試料を分析しました． 480 °C および 600 °C での脱硫黄処理でした．そこで，特に溶液中での現像プロセスが適切かどうで，付着硫黄の量は 40 および 20 に減じること，また，かを解明するための計測支援を行いました．図は，レジス

300 °C での NOx の変換率は，付着硫黄量に比例して減るこトを 100 KeV の電子線で露光したウエハーを 1 mm 角に切とが分かっています．

り出して，純水中に入れ，その後，現像液を徐々に潅流した

電子の脱出深さはほとんど物質にかかわらず，図(a)に場合に，パターンが形成されていく様子を画像化したもので示すように運動エネルギーに依存します．100 V 付近で最もす．高速 AFM 装置では，試料を走査するため，試料が軽量

浅く， 0.5 nm 程度つまり 1 2 原子層になります．光電子のであることが重要で，1 mm 角まで裁断して取り付けていま

運動エネルギーが 1 keV 程度になる XPS では 2 3 nm ，つす． AFM 計測では，計測物の高さが低く(例えば数 nm 以

まり 10 原子層程度の平均の情報が得られますが，光子エネ

下の分子等)，視野が狭ければ(例えば 100 nm 以下)，高速

ルギーが 255 eV の EUPS では光電子の運動エネルギーがま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan




図10

(a) 電子の脱出深さの電子の運動エネルギー依存と( b ) Cu イオン交換したゼオライトの結晶構造モデル．(オンラインカラー)

図 12

フレッシュ試料と硫黄被毒試料の価電子帯スペクトルの比較．(オンラインカラー)

図11

Cuzeolite (CuSSZ13)の価電子帯スペクトルのピーク分離．(オンラインカラー)

図13

CuSSZ13の EUPS 測定で得られた Cu3d 信号強度と硫黄被毒率の関係．

50 100 eV になるため，最表面 1 2 原子層の情報が得られえます．

ます．この表面感度の高さにより，物質の表面に付着した分

これらの EUPS 分析の結果から，硫黄原子は，ゼオライ子の被覆率が 1 割程度であっても検出できます．硫黄被毒

ト中のイオン交換された Cu イオンの上に付着することが明はゼオライトの表面のみで生じると考えられますのでらかになりました． Cu 原子は NOx 処理の触媒の活性サイ

EUPS 分析が威力を発揮します．最表面元素の信号形状かトであることが知られています．活性サイトに硫黄が付着す

ら，汚染分子の付着サイトが特定できます．

ることで，触媒活性が失われることが明らかになりました．

図 10 ( b )は， Cu イオン交換したゼオライト Cu SSZ13 の結晶構造モデルです．ゼオライトは基本骨格である SiO2 中の一部の Si を図示していませんが，Al で置換したものです．



SCSEM による材料の高感度・高分解能元素分析

耐熱鋼中の微量軽元素分析

図(a)で示す EUPS 測定で得られた価電子帯スペクトル

耐熱鋼は発電プラント等に利用される材料であり，クリー

は，(b)に示すようにピーク分離できます． O2s ピークの高プ寿命を向上させることにより，発電プラントでの発電効率

結合エネルギー側の 35 eV に Cu3d が見えます． O2p / O2sを向上させることができます．近年，耐熱鋼の一種である

強度比は本来の値より大きくなっています．これは， O2p

9Cr 鋼にホウ素と窒素などの軽元素を微量添加することにの電子雲の角度分布が zeolite 表面に立っていることを反映

よりクリープ寿命が大幅に向上することが見いだされていましていると解釈できます．

すが，そのメカニズムは未解明です．耐熱鋼の機械的特性はフレッシュ試料と硫黄被毒試料の価電子帯スペクトルの比

ナノメートルスケールの微細構造に関係しているため，この較を図に示します．図 12 左のフレッシュ試料と比較するメカニズム解明には，組織中での微量軽元素分布をナノメーと，図12右の硫黄被毒試料では，Cu3d に相当する結合エネ

トルスケールで評価する必要があります． SEM EDS は，

ルギー 35 eV の信号が小さくなっています．

100 nm 以下の空間分解能での元素マッピングが可能です

4 つ の 試 料 に つ い て ， 被 毒 率 と EUPS 分 析 で 得 ら れ たが，通常用いられるシリコンドリフト検出器( SDD )では，

Cu3d 強度の関係を図に示します．被毒率の増大とともに軽元素から発生する軟 X 線に対する感度が低いことや軟 X

Cu3d 信号が減少しています．硫黄原子に被覆される Cu イ線に対するエネルギー分解能(50 eV 程度)が低いため母材でオンの割合は，被毒率60で飽和し，40の Cu イオンは被ある遷移金属の L 線と軽元素の K 線を分離することができ

覆されずに残っています．硫黄被毒率 100 で NOx 変換効ないので，析出物や粒界での微量軽元素分布の測定が困難で率が 20 まで低下することとの差異の解釈は今後の研究課す．そこで，軟 X 線に対し高い感度と同時に 10 eV 以下の題ですが，硫黄被毒での触媒反応低下の主たる原因は，活性高いエネルギー分解能を有する SC SEM を用いて， 9  Cr

サイトである Cu イオンが硫黄原子で被覆されるから，と言鋼中の析出物の分析を行いました．



特

集

図15

図14

pGaN の X 線スペクトル．(オンラインカラー)

析出物の SEM 像および X 線スペクトル．(オンラインカラー)

P / B 比により，数 100 ppm の濃度のドーパントである Mgの特性 X 線をピークとして検出でき， Mg の定量分析が可能になりました．
9Cr 鋼中に存在している約 1 mm 径の析出物の X 線分光

今後，デバイス化された GaN 中の Mg ドーパントの 2 次測定を実施しました．SEM 像および X 線スペクトルを図

元定量マッピングを行い，ドーパントの局在化の有無などにに示します．軽元素の B, C, N, O の Ka 線および遷移金属のついて明らかにし，ドーピング技術，デバイス加工技術の改Ti, Cr, Fe の La 線すべてが明瞭に分離できており，SDD で善に繋げます．

は困難な微量 B の測定にも成功しています．各特性 X 線を分離できるので，この析出物が炭化および酸化した 9  Cr

.

最

後

に

鋼であり，さらに微量な B, N, Ti を含むことが分かりました．このような微量軽元素分析は通常の SEM EDS では困難です．

産総研は，その名の通り「産業技術」に関する「総合的」な国立研究所であり，産学連携によるイノベーション推進の今後，添加元素濃度の異なる材料に対し，2 次元の元素マための「橋渡し」をすることがミッションの 1 つです．まッピングを行い，クリープ寿命と添加元素分布の関係性を明た，計測分析技術はあらゆる科学技術の基盤となる重要な技

らかにしてクリープ寿命改善メカニズムの解明にも繋げます．

術です．我々は，先端計測機器技術の開発と公開をこの「橋

窒化ガリウム中のマグネシウム微量ドーパント分析

渡し」の重要な活動と位置づけており，産総研 ANCF の先窒化ガリウム(GaN)は，青色 LED や省エネルギーパワー

端計測分析技術を応用して，大学・企業等の研究開発や材料

半導体デバイスなどでの利用が進んでいます．一般的に開発等に貢献したいと考えています．この時，産総研を含む

GaN を p 型半導体にするために，マグネシウム(Mg)がドー

ナノテクノロジープラットフォームの参画機関と大学・企業

パント元素として添加されるため，加工前の GaN 基板中や等のユーザーの皆様とが連携して課題の解決に取り組むこと

デバイス加工後の Mg 状態を分析することは非常に重要でが効果的であると考えています．このような背景と趣旨をごす．SEMEDS では，100 nm 以下に微細化された実デバイ

理解いただき，今後ともご支援ご鞭撻をいただければ幸いでス( GaN )中での Mg の分布を分析することは原理上可能です．なお，産総研 ANCF に関する URL は文献欄の( 1 )( 2 )すが，一般的に使用されている SDD では，母材の Ga の Lに掲載しておりますので，お気軽にお問い合わせいただけま線とドーパントの Mg の K 線を分離することが困難なことすようお願いたします．

や分析下限濃度が数であるため， GaN 中のドーパント分
析はできません．そこで，MgKa 線に対して 15 eV 程度の文

献エネルギー分解能を有する SC SEM を用いて， GaN 中の
Mg ドーパント分析を行いました．
Mg 濃度が約 1019 atoms / cm3 (数 100 ppm )の p GaN の X

線分光測定を実施しました． X 線スペクトルを図に示します．Ga の各種 L 線を明瞭に分離するとともに，GaLb3,4( 1,197, 1,191 eV )と Mg Ka(1,253 eV )を明瞭に分離することに成功しました．また， SC SEM の 10,000 に達する高い

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan( 1 ) 産総研 ANCF の URL
https://unit.aist.go.jp/rima/nanotech/index.html( 2 ) 先端機器共用イノベーションプラットフォームの URL
https://unit.aist.go.jp/tia-co/orp/index.html( 3 ) エヌ・イー・ケムキャット株式会社との共同研究の成果
R. Ando, et al.: Detailed Mechanism of S Poisoning and De
Sulfation Treatment of CuSCR Catalyst, SAE TechnicalPaper 2017010944, (2017).



焼結の基礎―理論的背景から実際まで―
．多粒子系の焼結緻密化挙動
吉

田

英

弘

前回概観したような，焼結緻密化の基本的な(二粒子系な結温度等の条件に対して緻密化速度の理論値が得られる．

ど単純な幾何学モデルに基づき構築された)速度式は，1960

Ashby(1) は古典的な二粒子モデルに基づき，焼結初期・中年代までに一通りの完成を見た．このアプローチで焼結挙動

期・後期段階のそれぞれで起こりうる各焼結機構に基づいたを解析する場合，焼結過程の三段階(初期・中期・後期焼結)

焼結速度式から緻密化速度を求め，与えられた温度，粒子径のうちの一つに注目し，実験的に得られる緻密化挙動と，そおよびネック径に対するネックの成長速度を律速する最も支の焼結段階で考え得る緻密化機構の速度式とを比較して，主配的な焼結機構を示した．これを焼結ダイアグラムと呼ぶ．

体となる(すなわち律速過程となる)緻密化機構が決定され

図.に，粒子径 2 mm の UO2 について描かれた焼結ダイアる．また律速過程を既知とした上で，焼結挙動を支配する各グラムを示す(1)．図中，焼結初期・中期・後期段階をそれぞ

種焼結パラメータ―拡散係数や界面エネルギー―が見積もられステージ 1 ・ 2 ・ 3 とし，加えて原料粉末粒子同士が接触れてきた．実際，原料粉末の粒子径や粒度分布といった幾何した瞬間に原子間力によってネック形成される段階(粒子の学的条件が理想的なものであれば，焼結実験から各種焼結パ凝着)をステージ 0 としている．

ラメータを評価することが可能である．だが実際にはほとん

図3.1の横軸は材料の融点(Tm)で規格化した温度，縦軸はどの場合，粒子サイズや粒子形状，その充填などに無視でき規格化されたネック半径(粒子半径に対するネック半径の比)ない分布が存在する．原料粉末の粒子径や粒成長挙動，原料をプロットしている．太線で区切られた領域内には，与えら粉末の充填密度，成形体の形状，さらに焼結温度や昇温速度

れた温度・ネック径条件で最も速い焼結緻密化をもたらす焼といった各種焼結条件によって焼結挙動は大きく影響を受け結機構が記載されている．図 3.1に示すような，微細結晶粒

る．さまざまな因子の下で，その材料がどのような焼結緻密のセラミックスでは粒界拡散が支配的な焼結機構となる領域化挙動を示すのか，またどのような条件であれば緻密化が完が大きい．なお図中の細線は，等温保持で記載された時間が了するのかといった知見を得ることは実用上重要な課題とな

経過した後のネックサイズを示しており，(当然ながら)温度

る．さらに製品の形状や組織が複雑になると，焼結後に発生が高いほどより短時間でより大きなネック半径に到達するこする不均一なひずみや割れなどの欠陥を生じさせないようとが分かる．焼結ダイアグラムに記載されたこれらの情報をな，焼結条件の最適化が必要になる．こうした問題に取り組

もとに，所望の微構造を有する焼結体を製造する方法を検討

むには，基本的な緻密化速度式による解析では自ずと限界がすることができる(1)．同様の整理は，金属から酸化物まで様あるため，二粒子間での物質輸送ではなく，多粒子系全体の々な材料に対してなされている．

緻密化挙動を近似的に取り扱う試みが多数なされてきた．本

緻密化と同時に起こる粒成長も取り入れた焼結ダイアグラ

稿では，こうした立場から俯瞰的に焼結挙動を理解するため

ムも描かれている．例えば Kang と Jung は，粉末成形体にのアプローチについて概観する．

おける粒成長の影響を勘案して，焼結後期過程における粒界拡散機構および体拡散機構の緻密化速度の理論曲線を与え

・ 焼結ダイアグラム
・・ 常圧焼結

た(2)．
焼結体の相対密度 r に対し，緻密化速度 dr/dt はそれぞれの緻密化機構に対して以下の式で与えられる．

焼結緻密化速度式を用いれば，さまざまな粉末粒子径，焼東京大学大学院工学系研究科マテリアル工学専攻教授(〒1138656 東京都文京区本郷 731)
Fundamentals of Sintering: Theory and Practice ―. Densiˆcation Behavior of Multiparticle Systems; Hidehiro Yoshida(School ofEngineering, Department of Materials Science, The University of Tokyo, Tokyo)
Keywords: sintering, powder, ceramics, high temperature, diffusion, densification, polycrystal, grain boundary
2019年 5 月 7 日受理[doi:10.2320/materia.58.782]



講義ノート

図 3.1



粒子径 2 mm の UO2 の焼結ダイアグラム( 1 )．
図中，原料粉末粒子同士が接触した瞬間に原子間力によってネック形成される段階(粒子の凝着)をステージ 0 とし，焼結初期・中期・後期段
階をそれぞれステージ 1・2・3 としている．

体拡散機構
dr 441DlgSV＝(1－r)1/3
dt
RTG3

(1)

ただし Dl は体拡散係数， gS は表面エネルギー， V は原子(分子)体積，RT は気体定数と絶対温度の積，G は粒径であ
図3.2

る．



粒界拡散機構dr 733dgbDgbgSV
＝
dt
RTG4

(2)

ただし dgb は粒界幅，Dgb は体拡散係数である．
一方，粒成長メカニズムとして表面拡散機構を仮定し，粒(a)Al2O3 における緻密化曲線の理論値．焼結温
度は 1650 °C ．( b )融点で規格化した規格化温度に対する相対密度をプロットした，異なる初期
粒径での焼結ダイアグラム．文献(2)の計算式に基づき，計算は筆者による．初期粒径が微細であるほど，粒界拡散機構が律速する領域が拡大することが分かる．

成長速度を表面拡散係数と粒径および相対密度を用いて次のように記述されるとした．
dG 110DSdSggbV＝(1－r)－4/3
dt
RTG3

(3)

ただし DS は表面拡散係数，dS は表面拡散の起こる表面厚さ，ggb は粒界エネルギーである．
図.(a)に，初期粒径の異なる Al2O3 における，粒界拡散る．図3.2(b)には，融点で規格化した規格化温度に対する相対密度をプロットした焼結ダイアグラムを示す．初期粒径が微細であるほど，粒界拡散機構が律速する領域が拡大する．
・・ HIPおよび体拡散機構による緻密化曲線の計算値を示す．温度は同様の解析が HIP 焼結についても行われている． HIP 焼

1650°
C で一定としている．初期粒径 0.7 mm の場合，粒界拡結において与えられた温度，圧力等の条件下で最も早い緻密

散機構による緻密化(図3.2(a)の黒い実線)は体拡散機構のそ化速度を与える緻密化機構を図示したものが HIP ダイアグれ(図3.2(a)の灰色の実線)よりも非常に速やかに起こる．初ラムと呼ばれるものである． Arzt らはランダムに充填され期粒径が 2.4 mm (破線)， 6 mm (一点破線)と粗大化すると共た同一寸法を有する複数の球形粒子の緻密化挙動についてのに，焼結緻密化が著しく遅くなることが分かる．また，図の解析を試みた(3)(5)．焼結過程を相対密度 r が0.9未満(initial

焼結温度(1650°
C)では，初期粒径0.7 mm および2.4 mm では

stage)と0.9以上(final stage)とに分け，各粒子に接触する隣体拡散機構よりも粒界拡散機構がより速い緻密化をもたらし接粒子の数と接触面積の近似解から，外部からのガス圧に起ているが， 6 mm では体拡散機構が粒界拡散機構よりも優勢因する粒子間に働く焼結の駆動力(有効圧力， 2.4節参照)をになることが分かる．この粒径依存性は，材料の単位体積当

求め，各緻密化機構における緻密化速度が下記のように導かたりの粒界面積が粒径の微細化と共に増加することから，定れた(5)．そして一定温度における相対密度と圧力の関係図，

性的にも妥当である．つまり焼結緻密化の律速機構は，同一

あるいは一定圧力下での相対密度と温度の関係図において，材料であっても原料粉末の粒径や焼結温度に依存して変化す

最も早い緻密化速度を与える焼結機構とその条件を示した．

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan







塑性変形

図中には Al2O3 粉末(純度99.5以上)における実験データが粉末成形体が塑性変形を起こすのに十分な応力が印加され併せてプロットされている． Al2O3 においては広い HIP 条

れば，緻密化は即座に起こり，時間依存性のある緻密化はそ

件で粒界拡散機構が支配的な緻密化機構になっている．図中の後に起こる．塑性変形によって生じる相対密度 ryield はの灰色の曲線は保持時間一定で与えた温度に対する到達相対

ryield＝

1/ 3((11.3－rs)P＋r )0

3
0(r＜0.9)(4)y密度を示している．高温もしくは高密度領域において，緻密化に要する温度が急激に上昇しているのは，粒成長ならびに

ただし r0 は粉末成形体の初期密度， P は外部からの印加応

残留ポアが粒界から分離して粒内に取り残される影響による力， sy は降伏応力である．さらに十分大きな応力が印加さものである．実験データと計算結果との差は無視できるもの

れた場合，塑性変形のみで相対密度が 0.9を超える．この場ではないが，それでも比較的良い近似値を与えると見て良い

合はだろう．炉内温度が 0.65Tm を超えると緻密化に要する時間

ryield＝1－exp(－2s3P) (r0.9)(5)yと与えられる．


が急激に短縮され，炉内温度を 30 °C 上昇させると所与の密度に達するのに要する時間を半分にすることができる．この急峻な変化はセラミックスにおける拡散係数の温度依存性

拡散機構(活性化エネルギー)が一般的な金属材料と比べて大きいこと

粒界および粒内拡散による物質輸送で起こる緻密化速度は以下の式で近似的に与えられる．

に起因している．一方，粒成長の効果が無視できない高密度領域では，緻密化は顕著に遅くなり，温度上昇による緻密化

dr 43(1－r0)2 (dDgb＋rDv)＝
VP(r－r0)2
dt
kTG3(r＜0.9)(6)促進効果は減少する．図3.3(a)は，完全緻密化を達成するた

ただし dDgb は粒界幅と粒界拡散係数の積，Dv は体拡散係数，
G は粒子径，V は原子体積である．また後期過程では

dr
V(dDgb＋rDv)＝54
5 1 － rPdt
kTG3

(r0.9)(7)

ここで r は残留ポアの半径である．



べき乗則クリープ

高温高圧下では，クリープ変形(時間と共に進行する塑性変形)の緻密化への寄与も考慮する必要がある．材料内部の応力勾配を駆動力とした原子拡散により塑性変形が進行する
拡散クリープ，また転位の活動が関わるべき乗則クリープ(転位クリープ)が起こる場合の緻密化速度式が構築されている(3)(5)．
初期過程
n( )(P3 ) (r＜0.9)drx e· 0＝5.3(r2r0)1/3
dt
G sn0

eff

(8)

ただし x は粒子間ネック径，Peff は粒子間ネック部に働く有効圧縮応力(＝ P (1－r0)/(r2(r－ r0))，またべき乗則クリー
プにおけるひずみ速度 e· と応力 s の関係(構成方程式)は e· ＝

e· 0(s/s0)n(e· 0，s0 は材料定数，n は応力指数)で与えられる．
後期過程
dr 3
＝
dt 2



( )

n

( ) (r0.9)

e· 0r(1－r)
3P
sn0 1－(1－r)1/n)n 2n(9)拡散クリープ

初期過程

(

)

(

) (r0.9)

dr
V
x
pdDgb
＝24.9
(r2r0)1/3
D v＋
Peff
dt
kTG2
G
G

(r＜0.9) (10)

後期過程
dr
V
pdDgb
＝31.5
( 1－ r ) D v＋
P
dt
kTG2
G

(11)

こうして描かれた Al2O3 の HIP ダイアグラムの一例(5) を図.に示す．図 3.3 ( a )では Al2O3 の融点 Tm によって規格化された規格化温度を横軸に，相対密度を縦軸に示して到達相対密度と緻密化の律速機構を示している．ここで原料粉末の平均粒径は 2.5 mm ， HIP 圧力は 100 MPa を仮定している．



図 3.3

初 期 粒 径 2.5 mm の Al2O3 に お け る HIP ダ イ ア
グラムの例(5)．(a)加圧応力100 MPa 下で，融点 Tm によって規格化された規格化温度に対する，到達相対密度とその律速機構．図中の灰色の曲線は，炉温を記載された時間だけ保持した
場合の到達相対密度を示す． Al2O3 においては広い条件範囲で緻密化の律速機構は粒界拡散機構である．( b )温度 1300 °C において，印加圧力に対して到達する相対密度と律速機構を示す．
図中の灰色の曲線は，記載された時間だけ圧力を保持した場合に到達する相対密度を示す．

講義ノート

めには 1500 °C の温度が必要であることを示しているが，も一定昇温速度下でのさまざまな系( Ni ， Al2O3 ， ZnO などのし粒成長が抑制されれば，温度 1300 °C でも短時間で完全緻

単相材料および Al2O3TiO2，Al2O3ZrO2 などのコンポジッ

密化するはずである．

ト)において試みられ，与えられた昇温条件下での焼結緻密図 3.3 ( b )は， 1300 °C の一定温度における Al2O3 (初期粒径化過程の予測に成功している(8)．マスターシンタリングカー

2.5 mm )の HIP ダイアグラム(与えられた印加圧力に対するブについては例えば文献( 9 )などに詳しく解説されている

到達相対密度と律速機構)を示す(5)．図中の灰色の曲線は記が，以下その概略を述べる．

載された時間だけHIP圧力を印加した場合の到達相対密度を焼結機構を粒界および体拡散のみであると仮定した場合，示している．緻密化速度に対する圧力上昇の効果は比較的小焼結途上の各瞬間における粉末成形体の収縮率 dL / dt は次さく，特定の相対密度に達するのに必要な時間を半分にするのように書ける．

には，圧力を 2 倍にする必要がある．また，ここでも高密－度領域での粒成長に伴う緻密化速度の急激な減少が顕著であ(dL gV GvDv GgbdDgb＝＋
G4
Ldt kT G3)(13)

り，現実的な圧力で HIP 処理するときに得られる最大密度

ここで g は表面エネルギー，V は原子体積，k はボルツマンを抑制することが分かる．支配的なメカニズムは拡散である

係数， T は絶対温度， G は平均粒径， Dv と Dgb はそれぞれため，緻密化速度は粒子径の微細化によって増加させ得る

体拡散および粒界拡散の拡散係数，d は粒界幅である．またが，現実的に到達できる最大相対密度は粒成長挙動に強く依G は各焼結機構(体拡散v，粒界拡散gb)の駆動力，拡散存することが予想される．

距離，その他幾何学的条件で決まる定数である．経験的にこの値は，表面拡散機構や顕著な粒成長が認められない限り相・ 統一速度式

対密度に依存し，昇温過程(熱履歴)に依存しないという点に着目し，下記の如く相対密度・粒径項と温度・時間項とを分

実際の焼結緻密化プロセスにおいては多くの場合，材料は離できるものとした．収縮率を相対密度 r に変換し，G と G

室温から焼結温度までの昇温を経るものであり，昇温過程にが r のみの関数であると仮定すると次のように書き直せて，おいても緻密化なり粒成長は進行する．一方で，焼結に伴うdr gV(G(r))D0＝
exp
3rdt kT(G(r))p収縮は早ければ良いというものではなく，焼結後に不均一な(－RTQ )

(14)

ひずみや亀裂を生じさせないために収縮を制御することが望

ここで Q は見掛け上の活性化エネルギー，体拡散では D0 はましい．そこで，実際の焼結プロセスにおける緻密化挙動をDv の前指数項で p ＝ 3 ，粒界拡散では D0 は d と Dgb の前指議論するとき，焼結の各段階を個々に解析するのではなく，数項との積で p＝4 となる．これを積分すれば
rt(G(r))p
gVD0
dr ＝
exp
(
)
3
r
G
r
0 kT
r0

焼結プロセス全体を記述しようとするモデルが多数提案されfてきた．
焼結の初期から後期に亘る全体的な速度式の構築例としては，例えば Wang と Raj による一般焼結式が知られる(6) ．

(12)

F(r)≡

r

f

k
gVD0

(G(r))ndr
r0 3rG(r)(16)

および見掛けの活性化エネルギーと温度の時間変化のみに依存する項t

ここで r は材料の相対密度，A は材料定数，f(r)は相対密度

f ( )U(t,T(t))≡の任意の関数， G は粒径， p は粒径指数(体拡散律速なら p＝ 3，粒界拡散律速なら p＝ 4)， Q は見かけ上の活性化エネ(15)みからなる項

うに記述される．

(－RTQ )(－RTQ )dt

これをさらに整理すると，相対密度，微細組織と材料定数の彼らによれば，焼結速度は粒径と拡散係数に依存し，次のよ
dr Af(r)
＝
exp
dt
TGp

f

1
Q
exp －
dt
RT
T
0

(17)

とに分離することができ，
F(r)＝U(t,T(t))

ルギーである．ただし実際に焼結挙動を記述するためには，(18)f(r)と焼結中の粒成長の影響を決定すること必要がある．そと書ける．式( 18 )の左辺をマスターシンタリングカーブとの緻密化速度は見掛け上の活性化エネルギーによって特徴づ呼ぶ．

けられるが，その活性化エネルギーの解釈は容易ではない．

実際にマスターシンタリングカーブを描くためには，実験

Chu ら(7) は，粒成長と緻密化の両方を勘案して，焼結の駆的に幾つかの昇温速度での焼結緻密化曲線を取得し，相対密動力，応力増大係数，および平均ポア間隔を用いて一定の昇度を U(t,T(t))に対してプロットする(8)(9)．見かけ上の活性温速度の下での焼結速度式を導いた．この記述では，微細構化エネルギー Q の値を変化させて各昇温速度での実験デー

造の幾何学的形状についてはモデルを特定せず，速度式中にタから同じ相対密度での U ( t,T ( t ))の平均二乗誤差を計算

パラメータとして含め，その値は実験的に決定するものとし

し，平均二乗誤差が極小を取る Q の値を見つける(図.

た．

(a))．このとき，異なる昇温速度で得られた緻密化曲線は，さらに，より一般的な焼結挙動を記述する試みとして，焼単一のマスターシンタリングカーブに収束することになる．

結中の微細組織変化を近似的に取り扱うことで，昇温履歴に

一旦マスターシンタリングカーブが得られれば，任意の焼結

依らない統一的な緻密化曲線，すなわちマスターシンタリン曲線を得ることができる．Su と Johnson が示した例を図3.4

グカーブの記述が提唱された(8)．マスターシンタリングカー( b ) に 示 す(8) ． 試 料 を Al2O3 と し ， 昇 温 速 度 を 8, 15, 30,

ブによる統一的な緻密化曲線の記述は，等温熱処理もしくは45 °C / min として 1500 °C まで昇温した場合の緻密化曲線(温ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan粒子からなる粉末成形体における焼結を扱ってきた．しかし，この単純な系でも粒子の形状やサイズの分布は焼結挙動に大きな影響を及ぼす．さらに圧粉成形体の形状や粉末充填の不均一性なども，実際の焼結緻密化挙動を支配する重要な要因となる． 1980 年代以降，焼結体の機械特性を向上させる目的で，第二相粒子やウィスカー，繊維を添加したセラミックス複合材が製造されるようになった．また，コンデンサ
ー等の電子部品を構成する機能性セラミックスは，多くの場
合薄膜状あるいは層状の成形体を焼結することになる．こうした場合，粉末成形体内部の充填密度や緻密化速度は得てして不均一であり，さらに緻密化に伴う収縮が異相界面で拘束されることから，実用に供する製品の焼結において焼結技術の向上が要求された．原料粉末の充填の不均一性や，複数の相から成形体が構成される場合の焼結緻密化について，具体的な事例(10)を幾つか挙げてみよう．プレス成形で得られる成形体には，一般的に金型と粉末との摩擦や，金型形状に由来して粉末の充填密度に不均一が生じる．粉末の充填に不均一があると，緻密化が完了するまでに要する緻密化量が成形体内部で異なるため，初期充填密度が高い箇所は圧縮応力下に置かれ，充填密度の低い箇所は逆に引張り応力下に置かれることになる(図.(a))．こうした内部応力が生じる場合，焼結後の製品全体が均一に収縮せず，不均一なひずみや亀裂が発生する可能性がある．粉末成形体の内部に粉末粒子の凝集体が含まれたり，第二相粒子が混合されている場合には，粉末成形体のマトリックスは凝集体や第二相粒子の周囲で緻
図 3.4( a )マスターシンタリングカーブの導出の流れと，(b)実際に Al2O3 においてマスターシンタリ
ングカーブに基づいて得られた焼結収縮曲線の予測と実験結果(8)．

密化する必要がある(図3.5(b))．凝集体や第二相粒子に比べてマトリックスの方が緻密化速度が速い場合，第二相は圧縮応力下に置かれ，マトリックス内部は逆に引張り応力を受けることになる．このことも，焼結後のひずみや割れにつながる可能性がある．また，薄膜状の粉末成形体を緻密な基板上で焼結する場合にも，同様の状況が発生する(図3.5(c))．複度に対する相対密度)を実験的に得た．このデータを基に，数の結晶相から成る層状構造の粉末成形体において，各層の見 か け の 活 性 化 エ ネ ル ギ ー を 440 kJ / mol と し て log U ( t,

緻密化速度が異なる場合には，各層は互いに拘束され，やはT(t))に対する相対密度を描くと，いずれの焼結緻密化曲線

り内部応力が発生する(図3.5(d))．こうしたことから，例えも単一の曲線，すなわちマスターシンタリングカーブに収束ば図3.5(e)に示すような積層材料においては，焼結緻密化挙した．図3.4(b)に，マスターシンタリングカーブによって予動だけでなく，熱膨張係数差に由来する昇温・降温時の熱応測 さ れ た ， 昇 温 速 度 100 °C / min ， 焼 結 温 度 1185 °Cおよび力に起因して内部応力が発生し，部材のゆがみや層間剥離や1315 °C における緻密化曲線の予測値(図中の実線)と，実験

層間・層内亀裂が起こる(11)．

値との比較を示す．特に焼結温度 1315 °C において実験と予

次に粉末成形体の形状要因について考えてみよう．図.

測値が良く一致していることが分かる．マスターシンタリン(a)のように，単純な円板状の粉末成形体を焼結する場合，グカーブに基づいた解析は，見掛け上の活性化エネルギーなもし粉末の粒度や充填が十分均一であれば，緻密化と共に成ど物理的意味が必ずしも明確でない部分も存在するが，工業

形体全体は円板の中央(重心)に向かって収縮する．これに対的に適切な昇温スケジュールを得る上では有益な情報が得らし，円板を二つ繋げたダンベル状の粉末成形体を焼結する場れると期待される．すなわち，製品の焼結緻密化過程におい合，均一に緻密化するならば図3.6(b)のように，やはり重心て，焼結体の不均一なひずみや割れによる歩留まり低下・特に向かって収縮するはずである．だが粉末成形体と炉床との性劣化を避けるための適切な昇温過程を経験則に依らず定量

間に摩擦が働けば，左右の円板部が中央の接続部を引張る形的に導出することが可能になる(9)．

になるため，円板の接続部に引張り応力が働く可能性がある．こうした形状の粉末成形体は焼結緻密化後に中央の接続

・ 焼結現象のシミュレーション
・・ 複雑な粉末成形体における焼結
ここまで，同じ化学組成や表面・粒界エネルギーを有する



部に亀裂が入りそうに思われる．このように，粉末成形体のわずかな形状変化で，均一な焼結緻密化が困難になり得ることが予想される．
以上のように，原料粉末の粒径分布や，粉末の充填の不均

講義ノート

図3.6

(a)単純な円板状の粉末成形体を焼結する場合．
もし粉末の粒度や充填が十分均一であれば，緻密化と共に成形体全体は円板の中央(重心)に向
かって収縮することが予想される．(b)円板を二つ繋げたダンベル状の粉末成形体を焼結する場
合の焼結緻密化の予想．

として扱うことができ，ひずみ速度は外部から加えられた機
図3.5

粉末成形体における不均一性の例．(a)粉末の充填が不均一である場合．(b)第二相粒子や粒子の凝集体が存在する場合．(c)薄膜状の粉末成形体
を緻密な基板上で焼結する場合．(d)複数の結晶相からなる層状構造の粉末成形体の場合(10) ．
(e)積層材料において生じ得る部材のゆがみや層
間剥離や層間・層内亀裂の様子(11)．

械的応力と緻密化の駆動力に対する線形応答として表される(13)(14)ことから，収縮速度を与える有効粘性係数を定義できる(15)．また3･3･1節で見たような，成形体内部の不均一性に起因する内部応力の発生を考慮し，連続体理論に基づく有限要素法シミュレーションを行えば，焼結中の内部応力や製品の変形を予測できる(13)(15)．
焼結応力は，粉末成形体なり焼結途上の多孔体の収縮を生じさせない，内部の表面張力と釣り合う静水圧応力として定一さ，また粉末成形体の形状に起因する局所的な収縮量の違義される．それゆえ次式が成り立てば，多孔体は平衡状態にいは製品の焼結緻密化に大きな影響を与えるものであり，こあることになる(16)．

ssDV＝ggbDAgb＋gsDAs

うした不均一さが生み出す粉末成形体内部の応力分布が焼結後のひずみや割れの原因と考えられている(12)．
・・ 焼結応力(19)

ただし ss は焼結応力， DV はポア(空隙)の体積変化，他は
第 2 回式( 1 )と同様である．これを書き直して，

ss＝ggb

こうした経緯から，焼結体内部での緻密化速度の不均一分

&Agb
&A s
＋ gs
&V
&V

(20)

布に由来する焼結中の内部応力の発生に関心が寄せられるよとなる．または，個々の粒子表面 i に働く力 Fi ，体積変化うになった． 3 ・ 1 節でみたような，実際的な系の緻密化挙

dV に対応する粒子表面 i の垂直方向の変位を dui として

ss dV＝∑Fidui

動を定式化するために， 80 年代後半から多孔体の変形やひずみ不整合に起因する応力・ひずみを予測するための連続体(21)とも書ける．

力学モデルの導入が図られた．焼結の駆動力は前回( 2 ・ 3

粉末成形体の焼結特性は，連続体解析を用いてひずみ速度節)述べたように応力として捉えることができる．粉末成形と応力の関係(構成モデル)で例えば次式で与えられ体は高温下で次第に収縮していくことから，全体としては粉る(17)(20)．

末間に自ずと圧縮応力が働いていると考えることができる．
焼結の駆動力を仮想的な外部応力，いわゆる焼結応力として捉えれば，巨視的な焼結収縮は連続体力学に基づく高温変形

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japane· ij＝

1 ＋n
1 － 2n( s m ＋ s s)s′ij＋dij
E
E(22)

ここで(e· ij)はひずみ速度(i, j＝x,y,z)，n は粘性ポアソン比，E は縦粘性係数， dij はクロネッカーのデルタ， s ′ij は偏差応文

力，sm は静水圧応力，ss は焼結応力である．n, E, ss は相対献

密度の関数となり，成形体の微細構造変化が考慮されなければならない．また E と ss はせん断粘性係数や表面張力，温度にも依存する．粉末成形体を描写する様々なモデルが提案されているが，いずれにせよ精度の高い焼結挙動ないし応力解析を行うには，n, E, ss に代表される焼結特性の実測が必要となる(20)．焼結特性を計測する手法としては，一軸応力下での粉末成形体の半径方向と軸方向のひずみに基づく解析(焼結鍛造)(21)や，焼結体の収縮時に働く引張り荷重を直接的に計測する手法(ゼロクリープ法に類似)(22)などが知られている．連続体レベルの取り扱いは比較的単純形状の焼結部
材のゆがみやクラック発生の予測・解析に適用されている．
例えば Shinagawa らは，金属/セラミックス傾斜機能材料の積層構造に対し，平板の曲げ理論を用いて系統的な応力解析を行うことで，粒度や層厚の調整による面内方向応力の最適化を理論的に図り，しばしばセラミックス層にクラックを生じる当該材料の焼結割れを抑制させることに成功した(23) ．
焼結の駆動力を定式化するにあたって焼結応力を用いることは，加圧焼結や，成形体内外の機械的な応力が生じるような焼結過程の解析に有効であるとされている(17)(24)(25)．
この他，フェイズフィールド法(26) やモンテカルロ法の導入(27)，さらに有限要素法とこれらの手法を組み合わせ，焼結中の巨視的変形と微視的収縮挙動を相互に参照させ連成した計算により，実際の製品形状の粉末成形体における微細組
織形成と巨視的な収縮挙動についての予測が行われている(28)．近年，放射光 X 線マイクロトモグラフィー技術の進展により，焼結中の複雑な三次元気孔構造変化を直接観察できるようになった(29)(30)．こうした測定手法の向上により粉末成形体の微構造に関する知見が充実し，コンピュータ能力の向上と相まってより現実に即した焼結シミュレーションが可能になるであろう．一方，セラミックス粉末およびスラリ
ーの 3D プリンティング技術など，成形体はより高度化・複雑化すると思われる．焼結シミュレーションによる緻密化挙動の予測や，計算手法に基づく焼結プロセスの最適化は，今後さらに重要性を増すであろう．

( 1 ) M. F. Ashby: Acta Metall., 22(1974), 275
289.
( 2 ) S.J. L. Kang and Y.I. Jung: Acta Mater., 52(2004), 4573
4578.
( 3 ) E. Arzt: Acta Metall., 30(1982), 18831890.
( 4 ) E. Arzt, M. F. Ashby and K. E. Easterling: Metall. Trans. A,
14(1983), 211221.
( 5 ) A. S. Helle, K. E. Easterling and M. F. Ashby: Acta Metall., 33(1985), 21632174.
( 6 ) J. Wang and R. Raj: J. Am. Ceram. Soc., 73(1990), 11721175.
( 7 ) M.Y. Chu, M. N. Rahaman, L. C. De Jonghe and R. J. Brook:
J. Am. Ceram. Soc., 74(1991), 12171225.
( 8 ) H. Su and D. L. Johnson: J. Am. Ceram. Soc., 79(1996), 3211
3217.
( 9 ) 多々見純一セラミックス，48(2013), 2227.
(10) D. J. Green, O. Guillon and J. R äodel: J. Eur. Ceram. Soc., 28(2008), 14511466.
(11) P. Z. Cai, D. J. Green and G. L. Messing: J. Am. Ceram. Soc.,
80(1997), 19291939.
(12) A. G. Evans: J. Am. Ceram. Soc., 65(1982), 497501.
(13) R. K. Bordia and G. W. Scherer: Acta Metall., 36(1988), 2393
2397.
(14) H. Riedel, H. Zipse and J. Svoboda: Acta Metall. Mater., 42(1994), 445452.
(15) O. Guillon, J. R äodel and R. K. Bordia: J. Am. Ceram. Soc., 90(2007), 16371640.
(16) J. Svoboda, H. Riedel and H. Zipse: Acta Metall. Mater., 42(1994), 435443.
(17) E. A. Olevsky: Mater. Sci. Eng. R, 23(1998), 41100.
(18) R. K. Bordia and G. W. Scherer: Acta Metall., 36(1988), 2393
2397.
(19) T. Kraft and H. Riedel: J. Eur. Ceram. Soc., 24(2004), 345
361.
(20) 品川一成粉体および粉末冶金，56(2009), 592597.
(21) R. Zuo, E. Aulbach and J. R äodel: Acta Mater., 51(2003), 4563
4574.
(22) T. Ikegami, N. Iyi and I. Sakaguchi: Ceram. Int., 35(2009),
31853194.
(23) K. Shinagawa and Y. Hirashima: Mater. Sci. Forum, 492493(2005), 477
482.
(24) M. N. Rahaman: Ceramic Processing and Sintering, Second
edition, Taylor & Francis, Boca Raton (2003), 470539.
( 25 ) 若井史博，赤津 隆，篠田 豊セラミックス， 49 ( 2014 ) ,4986.
(26) Y. U. Wang: Acta Mater., 54(2006), 953
961.
(27) C. G. Cardona, V. Tikare, B. R. Patterson and E. Olevsky: J.
Am. Ceram. Soc., 95(2012), 23722382.
(28) H. Matsubara: J. Ceram. Soc. Japan, 113(2005), 263
268.
(29) D. Bernard, D. Gendron, JM. Heintz, S. Bord àere and J.
Etourneau: Acta Mater., 53(2005), 121128.
(30) F. Wakai and O. Guillon: Acta Mater., 66(2014), 5462.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

吉田英弘



1997年 東京大学大学院工学系研究科修士課程修了
2001年 博士号取得(論文博士(工学)，東京大学)
1999 年～ 2004 年 東京大学大学院新領域創成科学研
究科・助手
2004年～2019年 物質・材料研究機構・研究員
2019年～現職
専門分野セラミック材料学◎構造・機能セラミックスの微細組織制御と特性向上に関する研究に従事．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

講義ノート

シンポジウムは JIM 乾会長のオープニングのご挨拶に引第回 KIMJIM シンポジウム
開催報告
広島大学 自然科学研究支援開発センター
先進機能物質部門長

小島由継

き続き，李星国教授(北京大学)による“中国におけるリチウ
ムイオン電池と水素貯蔵材料の研究”に関する基調講演があった．その後．二次電池材料のセッションが開始し，金属
ボロハイドライドのイオン伝導と全固体二次電池への応用(高村仁教授，東北大)， LiBH4酸化物混合物を用いたイオン伝導体(Dr. Young Whan Cho, Korea Institute of ScienceandTechnology )，錯体水素化物を用いたエネルギー材料(大口裕之准教授，東北大学)，リチウムイオン電池用電極材
料(Professor Byoungwoo Kang, Pohang University of
日本金属学会(JIM)と韓国金属・材料学会(KIM)の合同開

Science and Technology (POSTECH))，全固体リチウムイ

催による KIM JIM シンポジウムが，日本金属学会 2019 年

オン電池用金属水素化物負極(市川貴之教授，広島大学)，安

秋期講演(第165回)大会初日(2019年 9 月11日(水))に岡山大

全な高エネルギー密度電池(市坪哲教授，東北大学)に関する学津島キャンパスで開催された．本シンポジウムは 1999 年

講演が続いた．

に韓国仁川大学で第 1 回が開催されて以来，今回が第 20 回

13:40 から．水素貯蔵，分離，変換材料のセッションが目になる．筆者が日本側世話人を務め，“ Energy Storage

開始し，最初にインド工科大学(ボンベイ)， Prof. Pratibha

Materials ”というテーマを設定した． JIM 側の招待講演者

Sharma による“定置用，自動車用水素貯蔵材料とシステム”の人選は筆者が，韓国側世話人の Korea Institute of Science

に関する基調講演があった．その後，固体水素貯蔵(Dr. Eun

and Technology の Dr. Young Whan Cho には KIM 側の招待

Seon Cho, Korea Advanced Institute of Science and Technol-

講演者の人選をお願いした．シンポジウム参加者は KIM 側ogy )，バナジウム合金膜を用いたエネルギーキャリアから招待講演者 7 人，JIM 側招待講演者 7 人，基調講演者 2 人，の水素分離(西村睦博士，物質・材料研究機構)，ナノ空間

KIM 会長を含め最大60名程度であった．

(炭素，ゼオライト， MOF，COF)を利用した水素同位体分2016 年 11月 4 日にパリ協定は発効し， 2016年 11月 8 日に離(Assistant Prof. Hyunchul Oh, Gyeongnam National

日本はパリ協定を承認した．パリ協定では「世界的な平均気

University of Science and Technology(GNTECH))，水素化

温上昇を産業革命以前に比べて 2°
Cより十分低く保つととも物/水酸化物システムの水素放出特性(中川祐貴助教，北海道に，1.5°
Cに抑える努力を追求する」との目標を掲げている．

大学)，磁性イオンを含んだ MOF によるオルト，パラ水素

日本は2030年までに2013年度比温室効果ガス排出量を26，

変換(Dr. Yong Nam Choi, Korea Atomic Energy Research

2050 年までに 80 削減を目指している．このような背景か

Institute)に関する講演が続いた．

ら，循環型で CO2 を発生せず持続可能社会基盤の形成に貢15:20 か ら．水素 製造，利 用材料 のセッシ ョンが開 始献し得る再生可能エネルギーは，クリーンな次世代エネルギ

し，シリコン上に集合させた二硫化モリブデンの光電気化学

ーとして注目されている．しかしながら，再生可能エネルギ

水分解(Prof. MoonHo Jo, Pohang University of Science andーから得られた熱や電気エネルギーは時間的，空間的(ローTechnology (POSTECH))，固体酸化物燃料電池電解質のプ

カル，グローバル)に変動するため安定供給は困難である．

ロトン伝導(山崎仁丈教授，九州大学)，パラジウム複合膜反水素貯蔵材料，エネルギーキャリアや二次電池等は変動する応器を用いたメタンの改質反応による水素製造(Dr.

Shin

再生可能エネルギーを平準化できるため注目されている．そKun Ryi, Korea Institute of Energy Research (KIER))に関

こで，エネルギー貯蔵材料を本シンポジウムのテーマとしする講演が続いた．

た．また，本シンポジウムではエネルギー貯蔵材料を次の 3

その後，韓国， KIM の会長である Prof. Sung Joon Kim

分野に分類した．1. Materials for Batteries, 2. Materials forの閉会の挨拶でシンポジウムを終了し(図)，記念写真を撮

Hydrogen Storage, Separation and Conversion, 3. Materials

影した(図)．また，基調講演者， KIM からの招待講演者

for Hydrogen Production and Utilization

日本側，韓国側でそれぞれ 7 件の招待講演とする予定であった．しかしながら，アジア地域で放出される二酸化炭素
発生量は世界の 40 を占め，その主な国は人口の多い中国とインドである．そこで，中国，インドから 1 名ずつ基調講演者を招待して，合計 16 件の講演とした．講演者以外にも KIM 会長である，Prof. SungJoon Kim (POSTECH)も参加された．
シンポジウム前日には岡山駅近くのレストラン(瀬戸内バル プラス＋PLUS)にて瀬戸内魚介，岡山産千屋牛や野菜を味わいながら，KIM 会長も参加して歓迎会を開催した．

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図1

KIM 会長の閉会の挨拶．



はピュアリティまきびでの大会懇親会に招待された．
今回のシンポジウム開催にあたって北京大学李星国教授とインド工科大学 Prof. Pratibha Sharma にはお忙しいところ
御来日頂き基調講演をしていただいた．市川貴之教授(広島大)にはアクセスの良い歓迎会会場をご提供頂いた．また目
本金属学会の山村英明事務局長には企画と予稿集作成などで多大なご助言とご支援を頂いた．この場をお借りしてお世話になった方々に心から感謝する．
今後 KIMJIM 間の交流を中心としてこのシンポジウムが図2

シンポジウム会場での記念撮影．

拡大し，アジアにおける金属関連学会のシンポジウムに発展することを祈念する．
(2019年10月 4 日受理)[doi:10.2320/materia.58.789](連絡先〒7398530 東広島市鏡山 13
1)



学会・研究会だより

私は九州大学材料工学部門の金子賢治教授のご指導のもと，透過型電子顕微鏡(TEM )による材料組織のナノスケー
ル解析を主とした研究に従事し， 2019 年 3 月に博士(工学)の学位を取得しました．現在では日本製鉄株式会社に嘱託研究員として採用された後，九州大学の鉄鋼リサーチセンターに派遣され，植森龍治教授のもと鉄鋼材料に関する研究に従事しております．
この度は光栄にも本稿の執筆機会をいただきましたので，学生時代に研究を通して感じたこと，学んだことについて述べさせていただきたいと思います．
研究室配属前の頃を思い返してみると，ナノスケール・原子スケールで組織を直接観察する TEM という装置に魅了され金子研究室を志望したと記憶しています．学部 4 年生で無事金子研究室に配属され，最初は「 Al 合金中に分散した
析出物成長過程のその場観察」を研究テーマにいただきました． Al 合金を TEM 内で加熱することにより母相中に分散した析出物の成長の様子を動的に観察する，という手法なのですが，最初は綺麗な像を映し出すこと自体が難しく四苦八苦していたように思います．有難いことに金子先生や技術職員の山田和広様に丁寧な指導をしてもらいながら研究を行い，徐々に知識・技術を身に付けていくことができました．
修士課程では Al 合金から一旦離れ，「銅酸化物系超伝導体の原子分解能像観察」に明け暮れていました．良好な電気特性を示す超伝導体がどのような組織になっているのかを原子レベルで解析するという試みは難しくも非常に心躍らせる
テーマでした．修士 2 年生では東京で開かれた超伝導の国際会議にも参加し，英語に苦戦しながらも世界の最先端で活躍されている方々と喧々諤々の議論をすることができました．この国際会議での大きな刺激が，海外に視野を向ける良いきっかけになったように思います．
博士課程 1 年ではドイツに留学する機会に恵まれ，約 9ヶ月間をユーリッヒ総合研究所で過ごしました．研究所では
Rafal E. Dunin Borkowski 教授と Andr áas Kov áacs 博士のご指導の下，「 Fe3O4 における磁区構造の温度依存性」をテー
マに研究を行いました．物質の磁化をナノスケールで可視化するホログラフィ TEM という手法を用いて実験を行うのですが(図)，磁性という分野にもホログラフィ TEM という分野にも全く親しみがなかった私は，右も左も分からず不安ばかり募らせ毎日を過ごしていました．今思えば，英語が酷くできない私が全く新しい研究テーマを海外で行うということは，中々に無謀な挑戦だったのかもしれません．兎にも角にも，コミュニケーションをとらなければ研究はおろか生活すらままならなかったため，当時の私は拙い英語で必死に周

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図1

留学先で扱ったホログラフィ TEM．

りと会話するように心掛けていました．英語が不出来だったからこその必死なコミュニケーションが今の私の積極性，ひいては図太さを形成したように思えます．結果，多くの方の協力を得ながらも充実した研究生活を送ることができ，博士論文の一部となるデータを取得することができました．ともあれ，このような私に親切にご指導してくださった Rafal 教
授や Andr áas 博士に巡り合い，また研究所内や下宿先で良い友人に恵まれたからこそ，私は留学を乗り越えることができたと感じています．
帰国後は企業との共同研究に従事し，「Al 合金中に分散した析出物の原子スケール解析」と「低炭素鋼に発現した炭素
クラスターの直接観察」の 2 本立てで研究を進めていきました．2 つのテーマを同時に進めていくという難しさはもち
ろんありましたが，未知の構造を解き明かしていく楽しみは
何物にも代え難いものでした．多くの失敗を繰り返した上で，最終的に析出物の原子分解能元素マップ取得に成功した
時の感動は今後も忘れることがないと思います(1)．
振り返ってみると研究室に配属されて 6 年間，一貫性に欠けた研究を続けてきたように思えます．しかしながら，6年間という短い期間で幅広い材料を対象に研究が行えたこと
は，見聞を広げ物事を多角的に捉える絶好の機会だったと認識しています．また，研究を通して多くの方々とかかわりを持つことができたことも私にとって大きな財産です．幸運にも同大学の植森龍治教授に声を掛けていただき，卒業後も研究を続ける道に進むことができました．まだまだ未熟者ではありますが，これまでに経験した全てを糧にして，今後大いにはばたけるよう邁進したいと考えております．
最後になりますが，6 年間を厳しく，そして誠心誠意を持って鍛え上げてくれました金子賢治教授に深く御礼申し上げ
ます．

文

献

( 1 ) T. Maeda, K. Kaneko, T. Namba, Y. Koshino, Y. Sato, R.
Teranishi and Y. Aruga: Sci. Rep., 8(2018), 16629 (7p).
(2019年10月 2 日受理)[doi:10.2320/materia.58.791](連絡先〒819
0395 福岡市西区元岡744)




蒼い軌跡
東北大学名誉教授

石田清仁

大学の同期生を中心に「異分野新素材研究会」の活動をかれこれ 20 年以上続けており，その一貫として 10 年前に技術開発に関するエッセイ集を東北大学出版会より発刊している．その時の本の題名が「蒼い軌跡」であり(図)，命名者
はヤマハ株式会社の元研究所長の飯島健三郎氏であるが，著者はこのタイトルが好きである．若い頃は未熟な青二才だが，情熱を持った青春時代でもあり，この「蒼」という字はこれを象徴したタイトルである．本稿の執筆依頼をいただい図1た折，無趣味な筆者であるのでお断りしようと考えたが，東北大学出版会から発刊した“蒼い軌跡”の本の表紙．

50 年余の研究生活の一端をご紹介することでお許しいただ

きたい．
1965 年に東北大学工学部に入学したが，当時は教養二年「大学院に進学することがわかっているのに，何もやらずに

次に専門学科が決定される．化学が好きだったので志望も考居るのは何事だ早く装置を設計して業者に依頼しろ」とこえたのだが，父が化学工学を専門としており，比較されるのっぴどく怒られた．急いで本多式熱膨張計を設計し，発注しが嫌だったので金属系を選んだ．当時の金属系建物は，片平

たが，これは先生からの最初で最後の叱責となった．おかげ地区にあり，3 年時の 3 月に現在の青葉山に移転した．

で，それ以来研究は甘くないとの認識を持って望むことがで4 年生で各研究室へ配属となるが，講義が最もわかり易

きた．

く，かつ一番若い教官であった西澤泰二先生の研究室を選ん

修論も終わり，研究を続けたいこともあって，博士課程にだ．青葉山へ移転した新しい研究室の部屋は備品や装置など

進学したいと先生に伝えると，オストワルド成長のテーマは何もないため，壁にドリルで穴を開けて本棚を作製したり，どうかと助言された．しかし，ドクターのテーマは少なくとニクロム線で電気炉や真空封入装置を手作りで用意することも自分で決めたいと常日頃思っていたので即答はしなかったが，なかなか良いアイデアは思い浮かんでこなかった．2，から始まった．
4 年生前期はこのような大工仕事で終わり，後期からやっ3 か月悩んだ末，卒論，修論を通じて，鉄の相安定性についと卒論研究に着手することになった．与えられたテーマはて研究していたので，特に鉄の hcp 相について FeMn 系を

Fe Cr 系の g ループの決定と a / g 界面移動度である．拡散

中心に，合金元素の影響も含めて調査したいと申し出て了承

対を用いて決定した a / g 平衡組成が真の値から偏倚する現していただいた．地球の内核には hcp 相の鉄として存在す

象を解析する内容であるが，当時はまだ良く理解できず，助ることは知られているが，最近 bcc 構造を保っているとの手の方(現 千葉

報告もあり，多くの謎を含んでいる．

昂 熊本大学名誉教授)の指示通り実験を行った．ただ， Fe Cr 系の g ループは A4 点近傍では Cr はフ

大学院の博士課程の当時は，オーバードクターに表現されェライト安定化元素であるが，A3 点の温度では変態点を下るように，就職は極めて困難な時代であった．父が大学教官

げて，オーステナイトを安定化する特異な元素であることにであったので，同じ道を辿ることは絶対に避けたく，企業へ興味があった．そこで，A4 点以上の温度から FeCr 合金をの就職を考えていた．博士課程 1 年の時に， K 社の奨学金焼き入れたらフェライトをそのまま保持できると考え，実際を得ることができたので，その会社に就職するつもりでいたにやってみると予想は見事に外れた．水焼入程度でもフェラが，西沢先生から「それはまかりならん鉄鋼会社へ行け」

イトは g ループのオーステナイトに変態にし，さらなる冷却との一言で大同製鋼株式会社(現 大同特殊鋼株式会社)へのによってマルテンサイトに変態したのである．この様な実験入社となった．当時の大学院生時代は国からの育英奨学金もは失敗に終わったが，初めて自分の頭で考えた実験であっ受給しており，一生を通じて一番リッチな時代であったが，た．さらに調べると，フランスの雑誌に全く同じ実験がすで殆んどが奨飲金となった．しかし，企業人となって両方の奨に行われたことを知り，愕然とはしたが，“世界は広い，同学金を返済しなければならず，ボーナスなどすぐ消えること

じことを考えている人が必ずいる”という教訓を得た．

となった．妻からは，ボーナス時にいつも文句を言われ，そ卒論も終わり，春休みになったのでのんびりしていると西沢先生から呼び出された．



れが10年以上続いた．
就職も決まり博士論文も書き上げ，残り少ない学生生活で先達からのお便りあったが，FeMn 系に引き続き FeNi 系でも hcp 相の出現

相)の出現で有名な Cu Al Mn 3 元系の等温図が載っておができないかと考えた． Si は積層欠陥エネルギーを低下さ

り，高温では H 相が不安定で出現しないことに大変驚愕せる元素なので，この合金系で幾つか試料を作製した．低温

し，帰国後にその相平衡と機械的性質との関連についての研でマルテンサイト変態を生じた試料のミクロ組織は， Fe 

究に取り掛かった．本研究は，後に新しい Cu 基形状記憶・Mn 系の hcp 相と極めて類似しており，予想が的中したと喜

超弾性合金として実用化に成功したが，その誕生は本 3 元

んだのも束の間， X 線を撮ると bcc 構造であった．非常に系の 1 枚の状態図によるものであった．またホイスラー化

がっかりしたが，このようなマルテンサイト形態はこれまで

合物の相安定性についての系統的研究へと繋がった．

観たことがなく，ずっと頭から離れなかった．後に，京都大2000 年頃であったかと思うが，当時の院生が「面白い成学の田村・牧先生らが報告した板状マルテンサイトであった

果が得られたので Nature に投稿したい」と申し出てきた．

ことを数年後に知ることとなった．ただこの組織は鉄系の形

Nature の雑誌は父が単独で論文を発表しており，その時の状記憶特性に深く関与するので，後述するように大学での研査読者は“Mixture”の著者である Guggenheim であったな

究テーマの一つとなった．

どと聞いていたので知ってはいたが， Letter なのが気にな

鉄鋼会社に入社し，最初は研究所に 5 年間勤め，その後っていた．これまで論文は速報を除き，ちゃんとした full

現場の技術課へ異動したが，この経験が後の人生に大きな影

paper で投稿すべきということを教えられてきたからであ響を与えた．最初は JIS の鋼種名もよくわからなかったが，る．ましてや材料の専門誌ではないので内容を理解してもら

1 ヶ月も過ぎると慣れ，客先注文(例えば焼入性など)を満足えるか不安であった．しかし，一度は挑戦しても良いかもしするような成分設計や製造設計を行うことなどの業務であっれないと投稿したが，査読に回されることなく一発で却下さた．ある時，開発合金の製造を担当することになったが，超れた．流石にこのようなことは今まで経験したことがなく，音波検査で端部に欠陥があることがわかった．通常はこの欠

大変ショックでありリベンジを誓った．今のように，引用回陥部を切断するが，長さが短くなり圧延機にかからなくなっ

数やインパクトファクターなどがそれほど重要視されていなてしまうので特採(新聞紙上を賑わせた言葉である)した．しかった時である．その後，Nature，Science には 9 編か10編

かし，圧延したら見事に端部から割れてしまい，製品にはなの論文を投稿し，6 編が受理された．採択率約60はまあまらなかった．このことは“材料は正直であり，生きている”

あであろう．

ことを実感させ，常に材料に無理を強いてはいけないことをさて 1993 年から西沢研究室を引き継いだが，研究内容は教えてくれた．会社の仕事にも充実感があったが， 1981 年

状態図と組織制御が主である．しかし，何らかの研究室の特の夏に西沢先生より突然大学に戻らないかと連絡があった．

色を出したいと 2～3 ヶ月悩んだ末，基礎研究の他に企業の仕事上，不満もなく迷っていたが，妻の“ここは暑すぎるか

勤務経験を生かして東北大学の理念でもある本多光太郎先生

ら仙台に行きたい”との一言で決めてしまった．大学の教官の実学を 2 割程度行うことを決めた．

には絶対なりたくなかったが，結局父と同じ道を歩むことになった．

実用化には特許が不可欠であり，これまで150件以上出願しているが，大学の研究成果を出願した最初の特許は 1986

大学での研究生活が始まったが，学問とはしばらく遠ざか年である．原案は全部自分で作成し，特許が成立しても個人っており，果たして伝統ある学科の重責を担えるか大変不安

で年金を払い続けたが，結局日の目を見ることはなかった．

であった．迷っていても仕方がないので，少しでも早く取り特許を出願すると儲かると思っている方が多いが，全く逆で戻すべく，しばらくは朝 4 時から 5 時頃に大学に行った．

費用ばかりかかる．現在は産学協同の重要性も認識されていすでにそのような早朝に来られている先生もあり，皆さん努るが，当時は企業側も大学との共同研究に積極的ではなかっ

力されていることを痛感した．丁度中国から留学生が来ておたように思える．

り，その博士論文のお世話をすることになった．卒業論文でさて，研究室を立ち上げて運営するが，中でも研究テーマ

拡散対による相平衡の決定についての経験があったので，の設定が極めて重要である．何をやるかを考えるのは好きな

相平衡に応用しようと考えた．Ni 基スーパ
Ni 基合金の g/g′

ので楽しく，常に頭の中はそのことでいっぱいであった．しーアロイの g ′相は冷却中に析出するため，通常の方法で精かし，教授会を始め，会議やその他の雑務も多く，集中でき

度良く相平衡を求めることが困難であったためである．このない面もあった．そのような中でテーマを考えるに良い機会

Ni 基合金の研究が後の Co 基スーパーアロイの開発に繋がであったのが出張である．特に海外出張では会議を途中で抜った．

け出し，自然と向き合いながら何をやるか集中して考えた．

初めて国際会議に参加したのが 1985 年の北京で開催され手帳に 2～3 ページの研究テーマが生まれ，帰国したら学生

た低合金高張力鋼の会議である．北朝鮮からの研究者も参加さんにやってもらうことが続いた．海外だけでなく，国内出した時代である．当時の中国は人民服を着ている人も多く，張時も同様であり，やはり時には“気分転換が良いアイデア

女性のスカート姿も珍しい時期であった．会議終了後，夜行の創出には重要である”．

列車で桂林まで行き，観光を楽しんだ後香港経由で帰国した．香港で書店に立ち寄った際専門書を探し，丁度 3 元系

さて前述したように，企業に就職する直前の1974年の 2～の状態図集を見つけ購入した．その中に，ホイスラー相( H

3 月に実験を行った Fe NiSi 系の板状マルテンサイトは頭

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan

から離れなかった．4 年生や大学院生のテーマに取り上げ，度も経験したが， Pb フリー快削鋼，形状記憶・超弾性 Cu

組成も FeNiAl 基系へと10年以上継続して実験を行った．

合金，高強度・高導電性 Cu 合金， Co 基超耐熱合金など 6

そして 2010 年に板材として鉄系で初めて超弾性合金を得る

件ほどの実用化も達成できた．研究し始めてから早いものはことができた．実に36年もの時間を要した産物であり，“研6 年程度で，遅いものは10年以上かかったものもあり，実用究に終わりはなく，諦めずに研究を続けるべきである”．こ化寸前のものも現在幾つかある．基礎研究だけでなく，実用の研究は最も長期間に亘って行ったテーマであるが，残念な化研究にもスタッフやポスドクの研究者，並びに学生諸君のがら未だ線材の作製に成功していないのでまだ研究を続けて貢献なくしては成果が得られなかったのは言うまでもない．

いる．

数多くの失敗を繰り返したが，その失敗を通じて材料研究の卒論時の Fe Cr 系 g ループのフェライト域からの焼入れ

奥深さ，面白さ，楽しさを痛感した．今後 AI などの手法の実験は，その後同様の g ループを形成する Fe Mn Al 基合進展に伴い，どのような材料が生まれるのか期待もあるが，金へと引き継がれ，フェライト bcc 母相から fcc マルテンサ

心配でもある．

イト変態の生成とそれに伴う超弾性の出現の結果を得ること

最後に好きな言葉で終わりたい．

ができた．鉄の持つ磁性の効果が様々な特性を引き起こして

努力，挑戦，飛躍 ．

おり，その奥の深さは他金属を寄せ付けない．
実学を志してその困難さを身にしみて感じた．死の谷を何(2019年 5 月15日受理)[doi:10.2320/materia.58.792]

先達からのお便り

本
会

告

会

記

事

2020年度会費納入のお願い ……………………………………795
2020年度監事選挙中止のお知らせ ……………………………795
事務局年末・年始休業のお知らせ …………………………795
本会各種賞改訂のお知らせ ……………………………………796
村上記念賞(第17回)候補者推薦依頼 …………………………797
村上奨励賞(第17回)候補者推薦依頼 …………………………798
奨励賞(第30回)候補者推薦依頼 ………………………………798
論文賞(第68回)候補論文推薦(自薦)のお願い ………………798
まてりあ賞(第10回)推薦(自薦)のお願い ……………………799
各種学術賞や助成等の候補の推薦について …………………800
2020年春期講演大会併催企業説明会への学生参加者の募集…………………………………………………………………801
2020年春期講演大会高校生・高専学生ポスター発表募集 …801
2020年春期講演大会講演募集および参加申し込みについて…………………………………………………………………802
2020 年春期講演大会機器・書籍・カタログ展示会出展募集ならびに大会プログラム掲載広告募集 …………………………805
会報編集委員会からのお知らせ ………………………………805
研究集会 …………………………………………………………805
2020年秋期講演大会公募・企画シンポジウムテーマ提案募集…………………………………………………………………806
2020年度の代議員候補者選挙投票のご依頼 …………………808
金属学会シンポジウム開催報告 ………………………………813

事務局 渉 外 ・ 国 際 関 係secgnl＠jim.or.jp
会員サービス全般account＠jim.or.jp
会費・各種支払member＠jim.or.jp
刊 行 物 申 込 みordering＠jim.or.jp
セミナーシンポジウム参加申込みmeeting＠jim.or.jp
講 演 大 会annualm＠jim.or.jp
総 務 ・ 各 種 賞gaffair＠jim.or.jp
学術情報サービス全般secgnl＠jim.or.jp
調 査 ・ 研 究stevent＠jim.or.jp
まてりあ・広告materia＠jim.or.jp
会 誌 ・ 欧 文 誌editjt＠jim.or.jp
公益社団法人日本金属学会〒 仙台市青葉区一番町




 FAX 




TEL 
https://jim.or.jp/

会誌・欧文誌12号目次 …………807 支部行事 …………………………811
次号予告 …………………………807 掲示板 ……………………………812
新入会員 …………………………808 行事カレンダー …………………814
投稿規程・出版案内・入会申込はホームページをご利用下さい．

会

告(ホームページもご参照下さい)
年度会費納入のお願い2020 年の会費納入時期となりました．下記いずれかの方法にてお払い込み下さいますようお願い申し上げます．


年度の監事選挙中止のお知らせ
2019 年度事業に関する定時社員総会( 2020 年 4 月 24日予定)で選任される東北地区以外の，本会監事選挙立候補者を求めましたが，立候補がありませんでしたので， 2020 年度の監事候補者選挙を中止いたします．
本会定款に基づき， 2020 年 4 月開催予定の定時社員総会において選任いたします．

◎自 動 払 込 2019 年 12 月 12 日予定でご登録の口座から引き落としされます．
◎郵便振込み上記以外の方は，本年11月中旬頃，「ゆうちょ銀行
郵便振込み用紙」を郵送いたしました．ゆうちょ銀
行にてお支払い願います．
◎クレジットカード・コンビニ支払年度の代議員候補者選挙投票のご依頼
この度，正会員の皆様へ本会の 2020 年度の代議員候補者選挙をご依頼する運びとなりました．詳細は本誌809頁にてご案内しております．

会員マイページにログインの上，お手続きして下さい．領収書もホームページで発行できます．

投票の締切は，月日です．
皆様のご協力を何卒よろしくお願い申し上げます．

会費のお支払い確認
ホームページ→入会・変更・会員制度→会員マイページ→(ID・パスワード入力)でお支払いと確認ができます．

事務局年末・年始休業のお知らせ
事務局は，下記日程で休業いたします．宜しくお願いいたします．

問合先会員サービス係Email: member＠jim.or.jp
2019年12月28日(土)～2020年 1 月 5 日(日)ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan本会各種賞改訂のお知らせ
本会では，各種賞の存在を周知し，賞の重みおよび権威を高めることを目標として表彰制度改革に取り組んでまいりました．その結果，各種賞を次の通り改訂いたします．
多数の優秀な候補者から表彰し，奨学に資するという趣旨をご理解の上，積極的にご推薦下さい．
■奨励賞

■学会賞
○目

的

金属およびその関連材料の学術および科学技術の振興に○目

的

次世代を託する若手研究者および技術者を奨励するため，金属・材料工学ならびに関連分野において優れた

顕著な貢献をした者に授賞する．

2020年 3 月～4 月○募集予定

業績を挙げつつある将来性豊かな研究者・技術者に対して授賞する．
門 「学術」，「技術」の 2 部門

■村上記念賞

○部

○目

○対象者

的

学会賞に次ぐ賞として，金属および関連材料の工学の分

35歳以下(受賞年度の 5 月末時点)
技術部門は，勤務先が民間企業の者

野における先駆的研究および開発に格段の功績を挙げた者に授賞する．

46歳以上(受賞年度の 5 月末時点)○募集予定 2019年12月～2020年 2 月
○対

■奨学賞
○目

■谷川・ハリス賞○目

2019年12月～2020年 2 月

○募集予定

象

的

的

材料分野の発展への貢献が期待できる学生を奨励する．

○対象者

大学は学士課程 4 年に在学する学生，高等専門学校は専攻科 2 年に在学する学生．

次の各号に該当する優れた研究業績で構造材料分野または高温プロセスに関連する金属および関連材料分野の学

2020年10月～11月○募集予定

術または工業技術の発展に貢献することが大であると認められた者に授賞する．

■研究技能功労賞(旧名称研究技術功労賞)



鉄鋼，非鉄等金属の製錬・精錬



金属材料の熱処理に関連する研究

上欠くべからざる装置の製作，試料調整，測定および分

金属および非金属の耐熱材料に関する研究

析などを通じて他の方々の研究成果に大いに貢献し，し

構造材料分野またはその他高温プロセスにおける金属学に関かも研究論文などに協力者として名前も出ないいわゆるする工業的あるいは基礎的研究「かげの功労者」に対して授賞する．

○対象者
○募集予定

46歳以上(受賞年度の 5 月末時点)
2020年 4 月～6 月○目的

多年にわたり卓越した技術により金属の試験および研究

○対象者
○募集予定

50歳以上(受賞年度の 5 月末時点)
2020年 4 月～6 月■増本量賞■技術開発賞○目○目

的

機能材料分野で卓越した新素材の創出または発見により的貴重な研究業績を挙げて同分野の学理または技術の進歩進展に貢献することが大であると認められた者に授賞す

○対象者

る．
○対象者
○募集予定

46歳以上(受賞年度の 5 月末時点)
2020年 4 月～6 月

金属工業に関する独創性に富む新技術・新製品の技術開発に優れた実績を収めた技術者に授賞する．
まてりあ「新技術・新製品」に掲載された記事の開発技
術者

2020年 8 月～10月

○募集予定
■論文賞

■技術賞
○目

的

的

○部

門 「物性」，「組織」，「力学特性」，「材料化学」，「材料プロ

貢献した者に授賞する．

46 歳以上(受賞年度の 5 月末時点)かつ勤務先が民間企
業の者

○対象者

2020年 4 月～6 月○募集予定

な論文に対し授賞する．
セシング」，「工業材料」の 6 部門
○対象論文



的

tions 掲 載 論 文 は ，「 Regular Article 」 ま た は 「 Technical
Article」のカテゴリーに属する論文．

金属およびその関連分野の学術または工業技術の進歩発達に寄与する有益な論文を発表したものまたは有益な特許を取得したもので，しかも将来を約束されるような新進気鋭の研究者・技術者に授賞する．
○部

門 「学術」，「技術」の 2 部門

○対象者

次の各号をすべて満たした原著論文を対象とする．

日本金属学会誌掲載論文は，「学術論文」または「技術論文」のカテゴリーに属する論文であること． Materials Transac-

■功績賞
○目

日本金属学会誌および Materials Transactions に前 1 箇
年に掲載された論文中，学術上または技術上特に優秀○目
金属およびその関連材料に関する工業技術の進歩発展に英訳して Materials Transactions に投稿された論文ではない

学術部門45歳以下(受賞年度の 5 月末時点)
技術部門勤務先が民間企業の者(年齢制限なし)○募集予定2020年 4 月～6月

Materials Transactions に英文発表後に和訳して日本金属学
会誌に投稿された論文，もしくは日本金属学会誌に発表後に
こと．




本会に著作権を委譲している論文．



過去に本会の若手講演論文賞を受賞していない論文．

○募集予定

2019年12月～2020年 2 月■村上奨励賞○目的金属および関連材料の工学の分野で卓越した業績を挙げ■新進論文賞(若手講演論文賞を廃止し，新設)

つつある若手研究者に授賞する．

○目

40歳以下(受賞年度の 5 月末時点)○募集予定 2019年12月～2020年 2 月

○対象者



的

日本金属学会誌および Materials Transactions に前 1 箇
年に掲載された若手の著者による論文中，学術上または技術上特に優秀な論文に対し授賞する．

本 会 記 事○部

門 「日本金属学会誌」，「Materials Transactions」の 2 部門

○対象論文



次の各号をすべて満たした論文を対象とする．

的

金属および周辺材料に関する学術上，または技術上有益と認められる組織写真に対し授賞する．

○部

門 「光学顕微鏡部門」，「走査電子顕微鏡部門」，「透過電子○対象

顕微鏡部門」，「顕微鏡関連部門」の 4 部門
各部門とも試料，方法，結果などにオリジナリティーの日本金属学会誌掲載論文は，「学術論文」又は「技術論文」のカテゴリーに属する論文． Materials Transactions 掲載論




○目

第 1 著者が受賞年度の 5 月末時点で年齢 35 歳以下であること．

■金属組織写真賞

文は，「 Regular Article 」または「 Technical Article 」のカ

ある高い学術的価値が認められるもの，試料処理，写真

テゴリーに属する論文．

処理他において技術的価値が高く，また，オリジナルな

Materials Transactions に英文発表後に和訳して日本金属学
会誌に投稿された論文，もしくは日本金属学会誌に発表後に技術が含まれるもの，教材や写真集の編集などの際に利英訳して Materials Transactions に投稿された論文ではない用できるような典型的な組織写真であるもの．

2020年 8 月～10月

○募集予定

こと．



過去に本会の若手講演論文賞を受賞していない論文．

■フェロー




本会に著作権を委譲している論文．

○目的本会の代表的会員として，自らが積極的に本会の事業に2020年12月～2021年 2 月○募集予定

参画・活動することが期待されるものに対して日本金属学会フェローの称号を授与し，本会の活性化に資する．

■まてりあ賞
○目

的

○対

象

下記のフェローの責務を積極的に負える者であって，金

日本金属学会会報「まてりあ」に論文または記事を掲載

属およびその関連分野における学術・科学技術・産業，

して，金属およびその関連材料の学術および科学技術の振興に顕著な貢献をした者に授賞する．
○部

教育・人材育成等に造詣の深い会員であること．


門 「まてりあ論文賞」，「まてりあ啓発・教育賞」の 2 部門の目標をなることを自覚し，当該分野の発展に一層寄与する○対象論文・記事
とともに，本会の代表的会員として本会事業へ積極的に参画

まてりあ論文賞の対象論文は，「解説」，「最近の研究」，「技
術資料」，
「集録」，
「新進気鋭」，「特集・小特集・ミニ特集」，



金属およびその関連材料分野を先導し，若手研究者・技術者

し，本会の目的の達成に率先して努力する．


次の各号のいずれかの活動を行う．

「物性・技術データ最前線」，「プロジェクト報告」のカテゴ

 若手研究者および若手技術者の啓発・人材育成◯

リーに属するもの．

 知識・技術の伝承◯

まてりあ啓発・教育賞の対象記事は，「講義ノート」，「入門 技術相談，論文執筆相談，機関誌の特集記事の企画提案，研◯講座」，「プロムナード」，「実学講座」，「材料教育」，「材料科
学のパイオニアたち」のカテゴリーに属するもの．

究費申請相談2020年10月～11月○募集予定

2019年12月～2020年 2 月○募集予定※なお，功労賞，学術貢献賞，若手講演論文賞は廃止いたします．

各種賞推薦(自薦)のお願い◎下記の本会各種賞のご推薦をお願い申し上げます．ご推薦方法が Web 利用のものもございますので是非，ご利用の上，ご推薦下さい．
〒9808544 仙台市青葉区一番町 11432

問合先(公社)日本金属学会

各種賞

 0222233685

award＠jim.or.jp

本会活動への貢献本会委員会，シンポジウム，セミ

第回村上記念賞

候補者推薦のお願い

ナー企画等の活動実績を300字程度で記入する．
 業績の大要と推薦理由は， 1,000 字程度， A4 版 1 頁◯

本会では財団法人村上記念会からのご寄付を基に金属および関連で記載し，提出する．

材料の工学の分野における先駆的研究および開発に格別の功績を挙

 論文リストは特に主要な論文を「原著論文」「解説論◯

げたものに対する「日本金属学会村上記念賞」を 2004 年より設け

文」「国際会議論文」に分別し，計30編以内を選び，論
文題目，発表誌名，巻号頁，共著者を記載の上， A4 版ており，第17回の授賞式を2020年の秋期講演大会(富山大学)の折，
9 月16日に行います．多数の優秀な候補者を積極的にご推薦下さい．
審査基準
■推薦要領
候補者の対象

金属および関連材料の工学分野における先駆的な研究または先端技術の開発に格段の業績をあげたか金属および関連材料の工学の分野における先駆的研究および開発に格段の功績を挙げた， 2020 年 5 月

1～2 頁で提出する．
この賞の審査基準は下記の通り



学術上または技術上の業績が顕著か

学術上の意義が大きい論文を発表したか

推薦資格

31日時点で46歳以上の研究者を対象とします．
本会代議員による推薦

技術上の効果が大きい重要な発明をしたか

推薦方法

 推薦書，◯
 業績の大要と推薦理由，
推薦に際しては，◯

金属学会の活動に貢献しているか 主要論文リストを添付書類として提出する．
◯

登録完了 推薦書は所定の様式により，候補者氏名，ふりがな，◯

推薦締切 年月日(金)生年月日，勤務先・所属，職名(役職名)，最終学歴，学推薦 mail 送信先

推薦者のメールアドレス宛に登録完了通知を送信します．

award＠jim.or.jp

位，候補者略歴，受賞歴，業績主題，本会活動への貢献，候補者連絡先(住所，勤務先，電話番号，Email)，推薦者情報(氏名，住所，勤務先所属，電話番号，
Email)を記載し，提出する．
最終学歴卒業年次および学校名(学部名)を記入，また大学院修了者は終了年次と大学名を併せて記入する．

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan




ます．

第
回村上奨励賞

候補者推薦のお願い

学術部門，技術部門※の 2 部門

対象部門

※技術部門は企業の研究者または技術者を対象とします．
～Web フォームによる推薦です～
本会では財団法人村上記念会からのご寄付を基に金属工学の分野で卓越した業績を挙げつつある若手研究者を奨励するため「日本金推薦資格本会代議員 1 名，講演大会委員 1 名または正員 3 名に推薦方法

下記 URL の推薦フォームにより入力して下さい．

よる推薦

1.

推薦フォーム属学会村上奨励賞」を設けており，第 17 回の授賞式を 2020 年の秋

推薦者資格を選択する．

期講演大会(富山大学)の折，9 月16日に行います．多数の優秀な候補者を積極的にご推薦下さい．

入力項目は，全て必須．
応募部門2 部門から該当する部門を選択する．
最終学歴卒業年次および学校名(学部名)を入力，また，大学■推薦要領

院修了者は修了年次と大学名も併せて入力する．

候補者の対象金属および関連材料の工学の分野で卓越した業績を

本会活動への貢献本会の委員会，シンポジウム企画，セミナ

挙げつつある， 2020 年 5 月 31 日時点で 40 歳以下のー企画，論文投稿等の活動実績を300字以内で入力する．

2.

若手研究者．
本会代議員 1 名，講演大会委員 1 名または正員 3 名に推薦資格

1,000字以内にまとめ，入力する．
技術部門は企業人としての実績(特許・社内表彰等)も入力する．

よる推薦

3.

受賞人数

若干名

推薦方法

下記 URL の推薦フォームにより入力して下さい．

1.

業績の大要と推薦理由

論文リスト
特に主要な論文を「原著論文」「解説論文」「国際会議論文」に分

推薦フォーム

別し，論文題目，発表誌名，巻号頁，共著者を入力する．

4.

推薦者資格を選択する．

取得済特許リスト
特に主要な取得済特許の番号，題目，発明者，登録日を入力する．

入力項目は，全て必須．
最終学歴卒業年次および学校名(学部名)を入力，また，大学院修了者は修了年次と大学名も併せて入力する．
本会活動への貢献本会の委員会，シンポジウム企画，セミナ

5.

論文リストおよび取得済特許リストは，計15編以内を選び，入
力する．

審査基準

この賞の審査基準は下記の通り

ー企画，論文投稿等の活動実績を300字以内で入力する．

学術部門

業績の大要と推薦理由



意欲的かつ主体的に研究に取り組んでいるか

創造性・独創性が高い研究に取り組んでいるか

新たな発見や発明があるか特に主要な論文を「原著論文」「解説論文」「国際会議論文」に



今後の発展が見込まれる研究か

分別し，計 15 編以内を選び，論文題目，発表誌名，巻号頁，



金属学会で活動しているか(金属学会で論文や発表をしてい2.

1,000字以内にまとめ，入力する．

3.

論文リスト

共著者を入力する．
審査基準

るか，委員会委員として活動しているか)

この賞の審査基準は下記の通り

技術部門




意欲的かつ主体的に粘り強く研究や開発に取り組んでいるか

意欲的かつ主体的に研究開発に取り組んでいるか

創造性・独創性が高い研究や開発に取り組んでいるか

新規性・進歩性の高い研究開発に取り組んでいるか

意義の大きい新たな発見や発明があるか

新たな発見や発明があるか

今後の発展が見込まれる研究や開発か

今後の発展が見込まれる研究開発か

金属学会で活動しているか(金属学会で論文や発表をしてい

金属学会で活動しているか(金属学会で論文や発表をしているか，委員会委員として活動しているか)
登録完了

推薦者のメールアドレス宛に登録完了通知を送信します．

るか，委員会委員として活動しているか)
登録完了

推薦者のメールアドレス宛に登録完了通知を送信します．

推薦締切 年月日(金)推薦締切 年月日(金)推薦 URL推薦 URLhttps://murasho.jim.or.jp/entry

第
回奨励賞

候補者推薦のお願い～Web フォームによる推薦です～

https://shourei.jim.or.jp/entry

第
回論文賞

候補論文推薦(自薦)のお願い

本会では秋の大会で前年 1 箇年の会誌，欧文誌に掲載された論文の中から特に優秀な論文に対し，毎年論文賞を授賞しておりま

本会では次世代を託する優れた若手研究者および技術者を顕彰す

す．論文賞候補論文の推薦は会誌，欧文誌の「編集委員」またはるために 1991 年から「日本金属学会奨励賞」を設けており，第 30「当該論文の査読者」あるいは「代議員」の方々にお願いしており回の授賞式を 2020 年の秋期講演大会(富山大学)の折， 9 月 16 日にます．また，より広く推薦していただくため，「著者本人」からの行います．

自薦も認めております．つきましては，下記ご参照の上，奮ってご

歴史の転換期にある今日，若い世代の意識の高揚こそが何よりも望まれております．

応募をお願いいたします．
＊論文賞推薦書(様式)は，チェック項目をご確認の上，ご提出下さい．

金属・材料工学ならびに関連分野で活躍しつつある若手研究者・技術者の中から将来性豊かな人材をご推薦下さいますようお願いい

第回論文賞の対象論文

たします．

日本金属学会誌第83巻 1～12号(2019年)掲載分■推薦要領

Materials Transactions: Vol. 60 No. 1～12(2019年)掲載分
注 次の要件をすべて満たした原著論文 を対象といたします．

候補者の対象2020 年 5 月 31 日時点で 35 歳以下の方で，金属・材
料工学並びに関連分野において優れた業績を挙げつつある将来性豊かな研究者・技術者を対象とし






日本金属学会誌掲載論文は，「学術論文」または「技術論文」のカテゴリーに属する論文であること．

Materials Transactions 掲 載 論 文 は ，「 Regular Article 」 ま

本 会 記 事たは「Technical Article」のカテゴリーに属する論文．

線，プロジェクト報告

Materials Transactions に英文発表後に和訳して日本金属学
会誌に投稿された論文，もしくは日本金属学会誌に発表後に







まてりあ啓発・教育賞 講義ノート，入門講座，
プロムナード，実学講座，材料教育，材料科学のパ英訳して Materials Transactions に投稿された論文ではない

イオニアたち

こと．

審査基準




本会に著作権を委譲している論文．

まてりあ論文賞



過去に本会の若手講演論文賞を受賞していない論文．



推薦数の要件

この賞の審査基準は下記の通り．

研究者および技術者の理解度読みやすさ，分かりやすさ，
簡潔さ等推薦者は，同じ論文を複数の部門に推薦することはできない．
◯



研究者および技術者の関心度話題性，核心性，革新性等

 1 名の推薦者がこの賞に推薦できる論文数は，一部門につき◯

論文の独創性問題の抽出およびその解析・解説の適切さと1 論文である．
審査基準 この賞の審査基準は下記の通り．

独創性等



独創性に富んでいるか




提供等

 研究方法が独創性に富むか◯ 問題の取上げ方，考え方が独創性に富むか◯
 新しい境地を開拓しているか◯

学術誌での発表(自己申告)，等

発展性があるか 方法，測定装置が他に広く利用されているか◯

一般読者の理解度読みやすさ，分かりやすさ，簡潔さ等

一般読者の関心度話題性，核心性，革新性等



記事の独創性問題の抽出およびその解析・解説の適切さと 得られた結果が他の問題に大きく影響するか◯

独創性等

 その方法をもってすれば新しい発展が期待されるか◯

長年の懸案を解決したか

他の追随を許さないほど広く深く研究されているか
論文題名




著者名




掲載巻・号・頁



対象部門(物性，組織，力学特性，材料化学，材料プロセシ

情報発信度および注目度マスコミ報道，本会の講演大会や学術誌での発表(自己申告)，まてりあデータベースアクセス
件数(事務局調査)等賞 2020年秋期講演大会(富山大学)にて．
推薦資格 「会報編集委員」または「著者ご本人」あるいは「正員授ング，工業材料の中から選択)

啓発又は教育への貢献度社会への材料の重要性の啓発または高等教育機関における教育への貢献度










下記 URL のフォームにより推薦内容を入力して下さい．

推薦方法

情報発信度および注目度マスコミ報道，本会の講演大会や

まてりあ啓発・教育賞

 精緻な方法で行われているか◯

研究および技術の振興への貢献度当該分野の研究の指針の掲載された部門で選考され推薦方法

3 名以上の連名」
 種別◯
 タイトル◯ 著者名◯
 掲載巻号頁◯
 推薦理由◯ます 推薦者名をオンラインで入力する．下(300～ 400字)◯

推薦理由(400字以内)
推薦者名(勤務先・連絡先 TEL・Email も記入下さい)

記 URL のフォームにより推薦内容を入力して下さい．

登録完了

推薦者のメールアドレス宛に登録完了通知を送信します．

または，郵送・FAX，Email で送信する．
推薦締切 年月日(金)推薦 URL

推薦締切年月日(金)推薦 URLhttps://data.jim.or.jp/jim/shou/
会誌・欧文誌編集委員会 Email: sadoku＠jim.or.jp

照会先

第回まてりあ賞

照会先https://data.jim.or.jp/jim/materiashou/ronbun.html
https://data.jim.or.jp/jim/materiashou/kyoiku.html

会報編集委員会Email: materia＠jim.or.jp

推薦(自薦)のお願い

本会では，会報「まてりあ」に論文または記事を掲載し，金属およびその周辺材料の学術および科学技術の振興に顕著な貢献をしたと思われる方に授賞をする「まてりあ賞」を設けており，毎年秋の講演大会時に授賞しております．会報「まてりあ」に掲載された記事(過去 3 箇年)の中から，授賞候補論文および記事を「会報編集委員」または「著者ご本人」あるいは「一般会員(正員 3 名以上の連名)」から推薦してもらい選考の上，授賞いたします．下記推薦要領により，皆様からの積極的なご推薦をお願いいたします．
■第回「まてりあ賞」推薦要領



◇

◇

◇

まてりあ論文賞
2 編以内
日本金属学会会報「まてりあ」に掲載した論文で，学術または科学技術上優秀でかつ金属およびその周辺材料に係る分野の進歩発展に顕著な貢献をした論文に対し授賞する．



まてりあ啓発・教育賞
1 編以内
日本金属学会会報「まてりあ」に掲載した記事で，まてりあ
記事の特徴を活かし，金属およびその周辺材料に係る啓発や教育に顕著な貢献をした記事に対し授賞する．

授賞対象記事記事種別

2017年～2019年掲載済記事(授賞済記事は除く授
賞済記事はホームページに掲載します．）
まてりあ論文賞 解説，最近の研究，技術資料，
集録，新進気鋭，特集記事，物性・技術データ最前

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan各種学術賞や助成等の候補の推薦について本会が推薦者に指定されている各種学術賞等

募集者

本会は下に示す各種の学術賞や奨励，助成等の候補の推薦者に指定されており，積極的な推薦を行っております．会員各位にはこれらの候補として適当と思われる方の推薦または自薦をお願いいたします．
推薦または自薦は次の各号によるものとします．


推薦または自薦の資格は，本会会員とする．



推薦または自薦に際しては，各学術賞等の所定の書式の推薦
書及び資料を提出する．



推薦または自薦の期限は，原則として各学術賞等の推薦締切の 2 ヶ月前とする．

推薦又は自薦しようとするときは「○○賞に推薦(自薦)」と明記の
 の期限までに，各学術賞等の所定の推薦書及び資料を添上，上記

えて，本会事務局までお申し出下さい．書類審査の後，理事会で推薦を決定いたします．
本会が推薦者に指定されている各種学術賞等

募集者

各賞等の推薦締切(2019年の例)(本会締切は2 ヶ月前)

文部科学大臣表彰 科学技術賞，若
手科学者賞
文部科学省
http://www.mext.go.jp/

7 月27日

文部科学大臣表彰 創意工夫功労者賞 文部科学省
http://www.mext.go.jp/

9 月30日日本学術振興会賞
https://www.jsps.go.jp/jsps
prize/

日本学術振興会

4月9日

育志賞
日本学術振興会
http://www.jsps.go.jp/jikushiprize/

6月9日

朝日賞
http://www.asahi.com/shimbun/
award/asahi/

8 月25日

朝日新聞社

日本産業技術大賞
http://corp.nikkan.co.jp/p/honoring/ 日刊工業新聞社
nihonsangyogijyutsutaishou

1 月31日東レ科学技術賞，東レ科学技術研究助成 東レ科学振興会
http://www.toraysf.or.jp/

10月10日本多記念賞，本多フロンティア賞，
本多記念会
本多記念研究奨励賞
http://hondakinenkai.or.jp/

9 月14日

大河内賞
大河内記念会
http://www.okochi.or.jp/hp/top.html

8 月12日全国発明表彰http://koueki.jiii.or.jp/hyosho/top/hyosho_top.html

発明協会

8 月31日地方発明表彰http://koueki.jiii.or.jp/hyosho/top/hyosho_top.html

発明協会

3 月29日井上学術賞
井上科学振興財団
http://www.inouezaidan.or.jp/f01.html

9 月20日井上春成賞
http://inouesho.jp/

科学技術振興機構

2 月28日岩谷直治記念賞
岩谷直治記念財団
http://www.iwatanifoundation.or.jp/

8 月31日

浅田賞，三島賞
日本鉄鋼協会https://www.isij.or.jp/commendation/

9 月30日風戸賞
http://www.kazato.org/application/

風戸研究奨励会

10月21日風戸研究奨励賞
http://www.kazato.org/application/

風戸研究奨励会

12月 9 日グリーン・サステイナブルケミストリー賞
新化学技術推進協会
http://www.jaci.or.jp/gscn/page_03.html

11月18日工学教育賞
https://www.jsee.or.jp/award/

日本工学教育協会

7 月13日KONA 賞，研究助成，援助
http://www.kona.or.jp/jp/

ホソカワ粉体工学振興財団

7 月20日サー・マーティン・ウッド賞
ミレニアム・サイエ
http://www.msforum.jp/about_sir_martin/ ンス・ファーラム

8月1日



各賞等の推薦締切(2018年の例)(本会締切は2 ヶ月前)

機械振興賞
http://www.jspmi.or.jp/tri/prize/
index.html

機械振興協会

5 月31日素形材産業技術賞
https://sokeizai.or.jp/japanese/award/skill_h22.html

素形材センター5 月19日日本塑性加工学会賞
http://www.jstp.jp/about/award/

日本塑性加工学会

8 月27日日本溶接協会 貢献賞，技術賞，溶接注目発明賞
日本溶接協会https://www.jwes.or.jp/jp/somu/
award/index.html

11月10日熱・電気エネルギー技術に関する研 熱・電気エネルギー
究助成
技術財団
http://www.teet.or.jp/08_4.html

10月28日藤原賞
http://www.fujizai.or.jp/index.htm

藤原科学財団

12月13日報公賞，工学研究奨励援助金
http://www.hattori
hokokai.or.jp/

服部報公会

5 月10日睦賞
http://www.jsndi.jp/honor_award/

日本非破壊検査協会

12月31日山崎貞一賞
http://www.mst.or.jp/Portals/0/
prize/index.html

材料科学振興財団

4 月30日山田科学振興財団研究援助
http://www.yamadazaidan.jp/jigyo/ 山田科学振興財団
kenkyu.html

2 月28日茨城県科学技術振興
江崎玲於奈賞
https://www.i
step.org/prize/esaki/ 財団

3 月15日

薄膜技術に関する研究助成
https://www.samco.co.jp/
foundation/recruitment/

サムコ科学技術振興財団

4 月30日工学教育賞
https://www.jsee.or.jp/award/

日本工学教育協会

1 月10日Acta Materialia Gold and Silver
Medals, the Acta Biomaterialia Goldand Silver Medals, the Hollomon
Materials and Society Award, the Acta Materialia
Mary Fortune Global Diversity
Medal
http://www.actamaterialia.org

1 月31日

本 会 記 事年春期講演大会併催企業説明会への学生参加者の募集
2020年春期講演大会に合わせ，学生のキャリアサポートの一環として本会主催により，日本金属学会・日本鉄鋼協会講演大会併催の第 6
回企業説明会を東京工業大学大岡山キャンパスにて開催します．本説明会は，学生にできるだけ多くの素材・材料関連企業に接してもらい，
進路選択に役立ててもらおうというものです．日本金属学会学生員および日本鉄鋼協会学生会員並びに東京工業大学の学生を対象に募集しますので，奮ってご応募下さい．
学生の皆さんが参加しやすいように講演大会期間の最終日に開催いたします．ほぼ終日ブースを開設して，講演の合間や講演終了後にも企業ブースを訪問できるようにするとともに，昼食(軽食)を提供して昼休み時間にブースを訪問しやすくしています．また，参加企業の担当者とより詳しく情報交換できるように，説明会終了後に参加企業の担当者との交流会(立食懇談)を開催します．
開 催 日 年月日(木)(春期講演大会の日目)
開催場所

東京工業大学大岡山キャンパス(東京都目黒区大岡山 2
121)

主

催

公益社団法人日本金属学会

参加企業

素材，材料関連の企業35社

スケジュール

1100～1630

協賛

東京工業大学学生支援センター(予定)，一般社団法人日本鉄鋼協会

ブース説明会(企業ブースでの対面説明)＊出入り自由．昼食(軽食)提供(先着順)．

1700～1830

参加企業担当者との交流会(立食懇談，参加無料)＊ブース説明会のみ・交流会のみの参加も可．

応募資格

日本金属学会学生員，日本鉄鋼協会学生会員，東京工業大学学生

本会ホームページ上の参加申し込み画面(https://data.jim.or.jp/jim/kigyou/)から申し込む．
月日(月)～
年月日(水)募集期間 年

応募方法
問合せ先

公益社団法人日本金属学会

企業説明会担当〒980
8544 仙台市青葉区一番町 11432

 0222233685

FAX 0222236312 Email: jim.company2020＠jim.or.jp%～ 第回企業説明会参加企業 ～(50音順)

愛知製鋼株式会社

石福金属興業株式会社

高周波熱錬株式会社

合同製鐵株式会社

株式会社コベルコ科研

山陽特殊製鋼株式会社

JFE 条鋼株式会社
昭和電線ホールディングス株式会社

JFE スチール株式会社
滲透工業株式会社

JFE テクノリサーチ株式会社
住友金属鉱山株式会社

株式会社キッツ

住友重機械ハイマテックス株式会社

住友電気工業株式会社

株式会社ソディック

大同特殊鋼株式会社

太平洋製鋼株式会社

中越合金鋳工株式会社
株式会社東芝TDK 株式会社
東邦チタニウム株式会社

TPR 株式会社
トピー工業株式会社

ニダック株式会社

日鉄テクノロジー株式会社

日鉄日新製鋼株式会社

日本製鉄株式会社

日本冶金工業株式会社

日立金属株式会社

福田金属箔粉工業株式会社

古河電気工業株式会社

三井金属鉱業株式会社

三菱アルミニウム株式会社

三菱製鋼株式会社

日本金属学会年春期(第回)講演大会
第回「高校生・高専学生ポスター発表」募集案内
申込締切日年月日(水)開催場所

東京工業大学大岡山キャンパス

開催日時 年月日(火)午後
対象者

高校生および 3 年以下の高専学生

発表方法

パネル(幅 900 mm×高 2100 mm)へのポスター掲示および説明
材料に限定せず，フリーテーマです．

テーマ

ポスター作成について

A0 サイズで作成し，文字は 3 m 離れたところからでも判読可能な大きさにする．ただし，実験条件などの補足事項は小さい文字でも良い．研究の目的，背景を緒言，概要として最初の10行程度にまとめること．
https://www.jim.or.jp/convention/2020spring
講演概要原稿 不要

講演申込

参加費および講演聴講◯

発表者，共同研究者および指導教員の参加費は無料で，講演大会の発表を聴講できる．

◯

希望があれば，高校生・高専ポスター発表の関係者(親，友人) 5 名程度までの参加費を免除し，講演大会の発表を聴講することがで◯

指導教員は，事前に参加者リストを提出する(別途用紙を送付予定)．

◯

指導教員宛てに，参加証およびプログラム(参加者リスト数)各 1 部を事前送付する．

きる．

問合せ・連絡先(公社)日本金属学会

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan

講演大会係

annualm＠jim.or.jp年春期(第回)講演大会講演募集◎2020年春期講演大会を下記の通り開催いたします．

年月日(火)～月日(木)会 期
会 場東京工業大学大岡山キャンパス(〒1528552 東京都目黒区大岡山 2121)＊下記の点にご注意およびご理解頂き，お申込下さいますようお願い申し上げます．

◯

◯

◯

◯

◯

◯

｢一般講演」に限り，2 件申込することができるようになりました．
概要原稿のフォーマットを更新しました．PDF 変換後，アップロード下さい．
公開後，講演概要は WEB からのダウンロードとなります．
(WEB 公開後，参加申込者のみにダウンロード用パスワード発行します．）
一般講演，ポスターセッション申込のセッション分類が改編されました．
同一研究室の連続講演は 3 件以上は認められておりません．
｢参加証引換券」は郵送いたしません．各自「大会マイページ」から印刷し，金属学会大会受付で参加証と引き換えとなります．(懇親会参加証は郵送いたします．）□非会員でも大会参加費と登壇費を前納すれば，講演申込ができます(詳細は「申込要領」の「講演資格」参照．）．
□講演申込と同時に大会参加の事前予約となります（相互聴講申込での発表は不可）．月
日(金)までに参加費を納入下さい．

https://www.jim.or.jp/convention/2020spring/

講演申込ホームページアドレス
講演申込および概要原稿提出期限(締切厳守)

講演申込と講演概要提出は同時に行う．(同時に行わない場合は，講演申込として受理されない)
講演種別

全講演(公募シンポジウム，一般，ポスター，共同セッション)

講演申込締切2020年 1 月 8 日(水)17時

講演についての問合先公益社団法人日本金属学会

講演大会係

annualm＠jim.or.jp

これから入会して講演申込をされる方へ□インターネットで入会申込みをして下さい．入会申込確認後は ID(会員番号)とパスワードが即日メール返信されます．
□会員認定期限内に入会手続きを行い，年会費を納入下さい．
□年会費納入期日までに会費の払込がない場合は，プログラムに掲載されていても，講演不許可の措置をとります．
入会申込 URL

https://www.jim.or.jp/member/mypage/application.php

入会申込期限12月27日(金)入会・会費の問合せ会員サービス係 member＠jim.or.jp

講演申込・事前参加申込～参加までの流れ～

本 会 記 事年春期(第回)講演大会ご案内ならびに参加申込みについて会期年月日(火)～月日(木)会場東京工業大学大岡山キャンパス(〒1528552 東京都目黒区大岡山 2121)

日

程

日

時

行

事

3 月17日(火)各賞贈呈式，学会賞受賞講演・本多記念講演，学術講演会，ポスターセッション，
高校生・高専学生ポスター発表，懇親会

3 月18日(水)学術講演会，企業ランチョンセミナー

3 月19日(木)学術講演会，男女共同参画ランチョンミーティング，企業説明会



年月
日(金)
大会参加予約申込締切 《
年春期講演大会

事前参加申込みは，すべてインターネット申込となります．詳細は，申込要領をご覧下さい．

開催予定の各種シンポジウムご案内》

公募シンポジウムテーマ

S1

ハイエントロピー合金の材料科学

S2

ワイドギャップ結晶の材料学と高温プロセッシング 2

S3

ナノ・マイクロスペーステイラリング

S4

金属表面の材料化学―めっき・耐食性・耐酸化性・触媒研究の新展開―

S5

永久磁石開発の元素戦略 7S6エネルギー関連材料の特性評価・解析・予測()―最先端技術への期待―

S7

プラストンの材料科学

―次世代新材料に向けた基礎・基盤研究―

企画シンポジウムテーマ
K1

International workshop of young researchers for steel metallurgy

2018年 3 月から 2 年間に渡って活動した若手研究グループ「鉄鋼メタラジー研究グループ」のまとめとして，国際シンポジウムを開催する．グルー

プ活動に参画したメンバーに加えて，国際的に活躍する同世代の海外講演者を数名招待し，鉄鋼材料を中心にその組織形成と力学特性に関する最先端の話題について講演を行う．特に，理論，実験，計算の各セッションを設け，各分野における今後の発展を見据えて，国際的な議論を図る．
K2

工業製品における材料選択とマルチマテリアル構造～航空機機体～

ものづくりの基盤形成を担う第 8 分科発案のシンポジウムで，身の回りの工業製品がどのような材料からできているか，また材料選択やマルチマテ
リアル構造についてどのように考えるべきなのかを，広く議論する場を提供することを目的とする．1 回目の今回は「航空機機体」を取り上げ，材料の企業研究者だけでなく，機体メーカーや運航会社の技術者などにも講演を依頼し，業界の動向や課題，各材料の強みや弱み，新材料の開発ならびに適用可能性について情報提供を頂くことを計画している．これまでの講演大会にはなかった『材料を横断的に捉えるシンポジウム』として，シリーズ化していくことを考えている．
K3

医用材料・医療機器開発の最前線()

医用材料・医療機器に対する材料開発は，治療や診断を目的に体内に埋入する材料から診断機器に搭載する材料まで多岐にわたる．このため，材料
 体内に埋入する科学においても，生体材料のみならず，光学・電子材料，腐食防食など，異分野との協働が必須である．本企画シンポジウムでは，◯
 診断に関連する材料科学について，様々な材料科学の視点から議論することを目的とする．特に，医療応用の最医用材料に対する材料科学ならびに◯前線で活躍されている企業の研究者から医用材料・医療機器開発における現状と将来展望について講演を行い，その現状と将来展望について産学の研究者を交えて緊密に議論する場としたい．
K4

どこまで実現したか，スマート社会(仮題)Society 5.0で標榜されるスマート社会においては，実空間(フィジカル空間)とサイバー空間の間で常に情報通信が行われる．こうした高度な情報通

信には，回路・情報処理技術とともにセンシングデバイス・情報処理デバイスなどのデバイス・材料が両輪をなす必要がある事は言うまでもない．しかしながら，AI・ニューロモーフィックデバイスに代表されるように，材料開発の指針が必ずしも明確ではない例もある．本シンポジウムでは，スマート社会を支える材料・デバイス開発として，ディスプレイ材料・IoT 用センサー材料，AI・ニューロモーフィックデバイスに関する最新動向，ならびに，特に材料開発の課題と期待について話題を提供して頂き，金属学会に係る研究者が貢献可能な課題を発掘する一助としたい．
K5

明治の鉄鋼

明治期は日本が国として大きく変わった時期であるが，鉄鋼に関して大きく変化・拡大した時期でもあった．鉄鋼は日本が欧米と並ぶ先進国家であるために重要な産業であり，幾つもの製鉄所建造，技術革新がなされた．第一次大戦の影響もあり，それまでは欧米産が使われていた製品が次第に日本産に移り変わったのである．
このシンポジウムでは，明治期の鉄鋼業の発展の元となった製錬技術の変遷や金属組織学・相変態などの学術的発展に加え，その後時代を経て消えてしまった製鉄所や，技術革新を果たした技術者，またそのためになされた試行錯誤にフォーカスして，ものつくりとは何なのか，また”明治の鉄鋼”
が残したものは何かを議論する．

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan

参加申込要領
インターネットによる事前の大会参加申込みおよび懇親会参加の申込み 〈締切〉月日(金)大会参加申込み URL

https://www.jim.or.jp/convention/2020spring/

予約申込締切後，大会参加証，講演概要ダウンロードについては，下記をご参照下さい．なお，領収書や参加証引換券は，決済完了後に申込画面から各自印刷して下さい(WEB 画面講演大会 MyPage よりダウンロード)．2 月29日以降は当日申込となります．
当日申込をご希望の方は，会場受付にて直接お申込下さい．

◆大会参加費(講演概要ダウンロード権含む)※年会費とは異なります．
参加費・懇親会の消費税扱については，ホームページ(一覧表 PDF)をご参照下さい．
予約申込締切日

月
日(金)(申込および入金期日)
予約申込(インターネット申込・事前支払い)

当日申込(大会会場受付・現金払いのみ)

正員・維持員会社社員

10,000円

13,000円

学生員※

6,000円

7,000円

会員資格

非会員

一般

24,000円

27,000円

非会員

学生(大学院生含む)

14,000円

16,000円

お支払後の取消は，ご返金致しかねますのでご了承下さい．
※ 学生員 卒業予定変更等により会員種別に相違がある場合，事前に会員種別の変更手続きを行ってから，大会参加をお申込下さい．
※ 非会員の(有料)参加申込者には，1 年間「まてりあ」を寄贈するとともに，会員価格でイベント等(講演大会以外)に参加できる特典を付与いたします．
ただし特典は重複して付与いたしません．

◆懇親会費(消費税込み)
予約申込締切日

月
日(金)(申込および入金期日)
予約申込(インターネット申込・事前支払い)

当日申込(懇親会会場受付・現金払いのみ)

一般

10,000円

12,000円

同伴者(ご夫人またはご主人)

5,000円

5,000円種別

お支払後の取消は，ご返金致しかねますのでご了承下さい．
懇親会ご参加申込の方へは，月上旬に懇親会参加証を郵送申し上げます．

◆支払方法
事前予約のお支払いはクレジットカードおよびコンビニ振込決済をご利用頂けます．また，入金後のご返金は致しかねます．2 月28日(金)の入金日をもって予約申込完了となります．

◆参加証
事前予約された際の大会マイページにて「参加証引換券」をダウンロード印刷し，会期当日受付で参加証とお引換え下さい．

◆講演概要の WEB 公開
講演概要の公開日は，大会 2 週間前の2020年 3 月 3 日(火)です．事前予約をされ，参加費を納入された方へは，概要公開日に概要ダウン
ロード用パスワードを配布いたします．当日申込の方へは申込の際に概要ダウンロード用パスワードをお渡しいたします．特許関係のお手続
きは，公開日までにお済ませ下さい．

◆講演概要集購入について
講演概要集 DVD は作成致しません．全講演概要は，本大会 Web サイトで公開をします．これまで概要集 DVD のみ購入をされていた方も，通常の参加登録を頂き，概要の閲覧をお願いします．
参加申込・問合先〒9808544 仙台市青葉区一番町 11432(公社)日本金属学会

 0222233685

FAX 0222236312 Email: annualm＠jim.or.jp
%

◇



◇

◇

本 会 記 事年春期講演大会機器・書籍・カタログ展示会出展募集
大会プログラム掲載広告募集
2020 年 3 月 17日(火)～ 19 日(木)の 3 日間，東京工業大学大岡山
キャンパスにて開催される春期講演大会会場内で機器・書籍およびカタログの有料展示会を開催いたします．あわせて講演大会プログ
ラム掲載の広告の募集もいたします．

■機器・書籍展示
研究開発用機器，書籍，ソフトウェア等の出展を募集します．
1 小間 間口1,800 mm，奥行き900 mm(予定)
展示台(テーブル)，椅子をご用意します．
＊電源を使用する場合は，予め必要電気容量(W)をお知らせ下さい．
出展料金 機器展示1 小間140,000円(税別)
書籍販売1 小間90,000円(税別)
申込締切 2020年 2 月 5 日(水)マを取り上げて，国内外の最近の研究成果を紹介する．各分野の現状，現在の問題点などを取り上げて，総括的に分かり易く記述したもので，その分野の研究を進める上で参考となる内容とする．
トピックス
最近の情報を手短に紹介するもので，話題は限定しない．
企画決定 会報編集委員会で採否の決定を行う．
費用負担 1 頁28,000円＋税
企画総頁 35頁以内
著 作 権 日本金属学会に帰属する．
査
読 会報編集委員会が行う．論文毎の複数名の査読候補者を含めた企画書を提出してもらい一括して審議する．
執筆依頼 特集関係の執筆依頼方法と同じ方法で事務局が行う．
執筆方法 ｢まてりあ」執筆要領に準じる．
送付・問合先 (公社)日本金属学会 会報編集委員会
 0222233685 %FAX 0222236312
Email: materia＠jim.or.jp■カタログ展示
展示部数
出展料金
申込締切

2 点(A4 サイズ，8 頁以内)につき，30部以内
2 点につき 30,000円(税別)( 1 点増すごとに 10,000円(税別)追加)
2020年 2 月 5 日(水)■講演大会プログラム広告
発行予定日 2020年 3 月 1 日
天地260 mm×左右180 mm
原稿寸法 A4 版 1P
1/2P 天地125 mm×左右180 mm
入稿形態 完全データ(グレースケール)

普通頁

後付
後付

頁

掲載料金

1
1/2

70,000円
40,000円○上記の料金には消費税は含まれておりません．
○原稿制作費は別途ご請求させていただきます．
申込締切
原稿締切

研究会 No. 78

触媒材料の金属学研究会 第回ミニシンポジウム「金属触媒材料研究の最前線金属・触媒・表面科学の融合を目指して」
金属と触媒は材料科学の観点からは共通項が多いにも関わらず，研究対象(興味)は大きく異なり，金属材料ではバルクであるのに対し，触媒材料では表面である．また，金属は触媒材料のキーマテリ

広告料金
掲載場所

研究集会

2020年 1 月30日(木)2020年 2 月 5 日(水)■申込・問合先〒1040061 東京都中央区銀座 7124(友野本社ビル 7F)
株式会社 明報社 担当 月岡太郎
 0335461337(代) %FAX 0335466306
Email: tsukioka＠meihosha.co.jp
URL: http://www.meihosha.co.jp/

アルとして古くから利用されているにも関わらず，意外なことに金属学の視点から触媒作用や触媒材料に関して，さらには表面科学と絡めて深く議論されることはこれまでほとんどなかった．そこで，今回のミニシンポジウムでは，金属
触媒
表面科学分野の最前線でご活躍されている研究者を講師に招き，ご講演と“触媒材料の金属学”をキーワードとした話題提供などを通して自由闊達な雰囲気で意見交換を行う．
日～
時 年月日(月)

場

所

北海道大学東京オフィス

大会議室(〒 100 0005 東京

都千代田区丸の内 1712)
東京駅直結

徒歩 5 分以内

プログラム
13 : 30～13 : 35

開会のあいさつ(趣旨説明)

13 : 40～14 : 20

金属触媒表面の insitu/オペランド計測

14 : 20～15 : 00

金属反応場の精密設計―現状と展望―15 : 00～15 : 40

ホイスラー合金の触媒特性

慶応大 近藤寛

北大 古川森也

まてりあ「プロジェクト報告」企画公募

東北大 小嶋隆幸

15 : 40～16 : 00

―休憩―

特別推進研究新学術領域研究，学術研究，戦略的創造研究など，
これまで公的資金補助によるプロジェクト研究が数多く行われていますが，その成果を多くの研究者が目を通す会報「まてりあ」にまとめて掲載しませんか．下記参照の上，奮ってご応募下さい．

16 : 00～16 : 40

金属クラスターの化学反応性を用いた分子の活性

種別名称
主
旨

終了後

東大 小安喜一郎

化
16 : 40～17 : 20

水素エネルギーの貯蔵・供給のための金属触媒ナ
ノエンジニアリング｢プロジェクト報告」
公的資金を得ているプロジェクトの最終研究成果を有料掲載する．
応募期間 通年とする．
応募資格 企画提案者および執筆者に本会会員 2 名以上が含まれていることを要する．
提出書類 企画書(プロジェクト名，責任者名，企画趣旨，希望号，企画主題，記事種別・題目・執筆者・執筆頁・執筆のねらい，責任者連絡先)を提出する．
企画内容 プロジェクト紹介(1 頁)，解説，最近の研究，トピック
ス記事スタイルの組み合わせとする．
解説
新しい特定の問題を取り上げて，専門外の会員にも分かるように記述する．さらに勉強しようとする人のために参考となる文献も示しておく．
最近の研究
最近の重要な研究のうち，比較的せまい範囲のテー

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan

大阪大 森

浩亮

懇親会(東京駅構内・近辺)

企画責任者

亀岡

聡(東北大・多元研)，許亜(NIMS)，古川森也(北海道大・触媒研)参

加費

会員 一般 2,000 円，学生 1,000 円，非会員 4,000 円，
懇親会費3,000円

申込・問合先 月日(水)までに Email または FAX にて氏名，
所属，電話番号を明記してお申し込み下さい(懇親
会参加の有無も含め)．
〒980
8577 仙台市青葉区片平 211
東北大学多元物質材料研究所

亀岡

聡

%
FAX 0222175723

Email: satoshi.kameoka.b4＠tohoku.ac.jp年秋期講演大会(富山大学)公募シンポジウムテーマ提案募集
提案期限年月日(木)

期日厳守

問合・照会先Email: stevent＠jim.or.jp(公社)日本金属学会

講演大会委員会宛

会員の研究活動一層の活性化を図ることを目的として，春秋講演大会において会員からの提案テーマによるシンポジウム講演を実施いたしており，活況を呈しております．明年の秋期講演大会の公募シンポジウムテーマを募集いたします．次の要領をご参照の上，活発な討論が期待できる有益なテーマを積極的にご提案下さい．(提案様式は HP よりダウンロードして下さい．）【実施要領】
境界領域を取り込むもの，最新の情報を含むもの，適時な討論展開ができるもの．
一般会員，若手・中堅研究者の，斬新なアイディアによる提案を期待する．
これまでの金属学会になかったテーマを歓迎する．一つのシンポ
ジウムの講演件数は10件以上であることを目安とする．
採択したテーマは，公募シンポジウムとして，講演申込を募集会
告する．
採択された場合，提案者(企画責任者)はテーマ責任者として，積極的に講演募集を行い，また講演プログラムを編成する．シンポ
ジウムの企画に積極的な方々が将来，調査研究・講演大会などで主導的に活躍されることを期待する．
. 講演の種類基調講演と応募講演
 テーマ，◯
 テーマ英語名，◯
 趣旨，◯
 基調
. 提案書の内容◯ 推定講演数，◯
 提案者所属・役
講演の予定題目と講演者，◯
 通信先住所・TEL・E
職/氏名，◯
mail. 提案書送付先下記宛て Email で送付して下さい． 2, 3 日
過ぎても受理返信通知のない場合はご連絡下さい．
. テーマの選定講演大会委員会で選定し，結果は提案者に通知します．
. 採択テーマの告知と講演募集
「まてりあ」5 号 2020 年秋期講演大会講演募集会告ならびに本会ホームページで行う．
. 講演申込締切日2020年 7 月上旬予定
. 講演プログラムテーマ責任者がプログラム編成し，講演大会委員会へ提出する．
. 講演時間
応募講演15～25分(＋討論時間 5～10分＝合計20～35分)
基調講演30分(＋討論時間10分＝合計40分)
. 講演概要原稿分量A4 判 1 ページ(応募講演，基調講演とも)【公募シンポジウム企画の採択基準】
 企画責任者(シンポジウム chair)およびテーマ責任者(シンポ
ジウム cochair)
 企画責任者は会員であること．
◯
 テーマ責任者は複数テーマを兼任しないこと．
◯
 企画責任者またはテーマ責任者には，了解を得た講演大会委◯員が入っていること．
 講演大会委員(専門分野)は事務局に問合せする．
◯
 講演大会委員会でテーマ責任者(代理者可)は企画提案の説明

を行うこと．
 継続テーマの採択条件(上記に追加)

今後も同一テーマのシリーズ化で公募シンポジウムを希望する
場合は，会員の研究活動一層の活性化を図ることを目的とした下記の採択基準の条件を満たす提案が求められます．
 全講演数の半数以上の応募講演数が見込まれること．
◯
 基調講演の非会員枠は原則， 1 ～ 2 件とし，会員の発表の場◯とすること．
 提案書の趣旨にどのような科学的知見が得られるかの記載が◯あること．
継続テーマ提案が採択条件を満たさない場合，採択を否決する．
◯
否決テーマに対しては，一般講演を容認することもある．
[参考]2019年秋期講演大会における公募テーマ
S1

ハイエントロピー合金の材料科学

S2

材料変形素過程のマルチスケール解析

S3

キンク強化の材料科学

S4

水素エネルギー材料

S5

先進ナノ構造解析に基づく材料科学の新展開S6

ナノ・マイクロ造形構造体の材料学

S7

医療・福祉のための Additive Manufacturing の材料科学

S8

マテリアルズ・インテグレーション()―順問題から逆問題へ年秋期講演大会(富山大学)企画シンポジウムテーマ募集
提案期限年月日(木)問合・紹介先Email: stevent＠jim.or.jp(公社)日本金属学会

講演大会委員会宛

最新の研究や技術を発信し，多くの研究者・技術者が集い交流する魅力ある講演大会を目指して，企画シンポジウムを実施しています．従来の公募シンポジウムとは違い，講演概要原稿の提出は問いません．講演発表は，一般(応募)講演枠は設けず，依頼講演および基調講演に限定いたします．下記要領をご参照の上，活発な討論が期待できる有益なテーマおよび他学会との連携企画等積極的にご提案下さい．(提案様式はホームぺージよりダウンロードして下さい．）【実施要領】
. 企画責任者
. 共同責任者

企画責任者は会員であること
公募シンポジウムの co
chair と重複してもよいが，同時期開催の企画シンポジウム責任者と重複しないこと．
. 講演の種類 依頼講演および基調講演(一般会員からの講演募
集は行わない). 講演時間 15分，20分，25分，基調講演(30分)
. 質疑応答時間 5 分または10分
. 概要原稿 A4 サ イ ズ 1 枚 ( 他 の 講 演 種 別 と 同 じ ) ま た は提出不要
. 非会員講演者の取扱い 参加費，交通費，謝金は公募シンポジウムに準ずる．
. テーマの決定 講演大会委員会において採択を決定し，結果は提案者に通知します．テーマ責任者(代理者可)は，講演大会委員会で企画提案の説明を行うこと．
. 採択テーマの案内 ｢まてりあ」ならびに本会ホームページで行う．



.

講演プログラム

企画責任者がプログラム編成し，講演大会
委員会へ提出する．
下記宛て Email で送付して下さい．2, 3 日過ぎても受理通知のない場合は，ご連絡下さい．

.

提案書送付先.

各締切日等下記表参照
2020年秋期講演大会

応募締切

2020年 2 月20日

企画テーマの決定

2020年 3 月16日

プログラム提出期日

2020年 7 月上旬予定

講演大会企画委員会(会場決定)

2020年 7 月下旬予定

プログラム公開

2020年 7 月末予定

○講演時間(討論時間)15分～30分(5 分～10分)○非会員の取扱い(参加費，交通費，謝金)公募シンポジウムに準ずる○プログラム編成および送付方法テーマ責任者が WORD で作成し事務局にメール添付で送付する．

本 会 記 事

Synthesis of 30 volTiB2 Containing Fe
5Ti
Matrix Composites with High Thermal ConductiviYujiao Ke, Kazuhiro Matsugi,ty and Hardness

日 本 金 属 学 会 誌 掲 載 論 文Vol. 83, No. 12（2019）

Zhefeng Xu, Yu He, Yongbum Choi, Mingzhi Wang andJinku Yu

―オーバービュー―
マルテンサイト逆変態を活用した鉄鋼材料の力学特性
中田伸生
向上

Solid Solution Hardening in Supersaturated Al
Ken Takata, Kohsaku Ushioda,
Mg
Si Alloy
Kenji Kaneko, Ryutaro Akiyoshi, Ken-ichi Ikeda,
Satoshi Hata and Hideharu Nakashima―論
文―
マグネシウム合金単結晶の圧痕形成におけるすべりと
渡邉桃加 北原弘基 高松洋平
双晶の役割
津志田雅之

Materials Chemistry

Nonaqueous Solvents for Leaching CaCl2 Flux
from Calcium-Reduced Titanium Powder

安藤新二

多軸鍛造加工を施した工業用純チタンの変形挙動の結晶粒径依存性とひずみ速度依存性
山本晶太

宮嶋陽司

渡邊千尋
都留智仁

Takahiro Inoue and Tetsuya Uda
Materials Processing

門前亮一
三浦博己

Effect of Cr/C Value on Behavior of Continuous
Cooling Transformation in Plain High Chromium
Nobuya Sasaguri, Kaoru Yamamoto,Cast Iron

オーステナイト系耐熱鋳鋼の耐熱衝撃性に及ぼすNb
の影響
奥山哲也

東園拓海

ゴ フィン キン ルアン

Yuzo Yokomizo and Yasuhiro Matsubara

工藤昌輝

Evaluation of the Surface Condition of Spur Gears
Using the Acoustic Emission Method
Koichiro Sugiyama and Takuma Matsuo

Materials Transactions 掲載論文

Drawability of Hybrid Type Lightweight Copper
Yasunori Harada, Hiroto Ono,
Clad Cup

Vol. 60, No. 12（2019）

Yuki Nishikubo and Narishige Maeda―Overview―
Fabrication, Mechanical and Physical Properties,
and Its Application of Lotus-Type Porous Metals

Investigation on Surface Layers Characteristics of
Pre-Stressed Shot Peening Inconel 625
Lihong Wu and Chuanhai Jiang

Hideo Nakajima

A Design Methodology for Casting Ladle to
Minimize Air Entrapment and Oxide Inclusion: An
Application to Permanent Mold Casting Process―Regular Article―
Materials Physics

Thermoelectric Properties of Quasicrystalline ApKoichi Kitahara,proximant in Al
Cu
Ir System

Jaehoon Choi, Taekyung Kim, Hoyoung Hwang andShinill Kang

Yoshiki Takagiwa and Kaoru Kimura

Engineering Materials and Their Applications

Influence of Cellulose Nanoparticles on Structureand Electrophysical Properties of Ferroelectrics

Dependence of Vickers Hardness on Layer Thickness in Electrodeposited NiCoCu/Cu MulHiroyuki Hagiwara,
tilayered Films

Bich Dung Mai, Hoai Thuong Nguyen and
Duc-Quang Hoang

Naofumi Kawakami, Yoshihisa Kaneko and Makoto Uchida

Mechanics of Materials―Technical Article―
Improvement of the Cycle Property of Binder-Free
LiCoO2 Positive Electrode Film Deposited via thePulsed Electrophoretic Deposition

Friction Stir Welding of High Tensile Strength
Steel Plate Using SiAlON Tool
Ryoichi Furushima, Koji Shimojima, Hiroyuki Hosokawa
and Ryo Suzuki

まてりあ

第
巻

特集「磁歪・逆磁歪材料の基礎と振動発電への応用」
磁歪振動発電と電池フリー IoT への応用展開……………上野敏幸
振動発電用の Fe
Ga 合金単結晶の逆磁歪効果 …………藤枝 俊
FeCo 系磁歪合金を用いた複合材料の振動・衝撃発電特性………………………………………………………………成田史生
Ni2MnGa 系強磁性ホイスラー合金の磁歪特性………………………………………………………………左近拓男
FeGa 多結晶薄膜の磁歪と磁化ダイナミクスに関する研究………………………………………………………………遠藤 恭

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan

Hidetoshi Miyazaki, Yu Mimaru, Yuki Makinose,
Takeshi Tsuji, Hirotoshi Yamada and Toshiki Mutai

第号

予告

〈一般記事〉［プロムナード］ 科学・技術と社会の関係を考える― 1. ―科学・技術から科学技術へ― …………柴田 清［講義ノート］ 焼結の基礎―理論的背景から実際まで―.
……………………………………………吉田英弘［新技術・新製品］―他―
編集の都合により変更になる場合がございます．

年度代議員候補者選挙投票のご依頼
投票締切日 2019年12月31日(当日消印有効)
正

員

各

位

2020年度の代議員選挙候補者を募ったところ，右頁の候補者がありましたので，関係する規程に基づき代議員の選挙を行います．
本会ホームページの「情報公開」の「主要規程」に公開してある「代議員選挙規程」を予めご承知願います．
よろしくご投票下さいますようお願いいたします．

2019年12月 1 日
公益社団法人 日本金属学会
会長

乾

晴行

投票に際しての注意事項
.

地区別代議員候補者の投票

全ての地区について投票して下さい．
地区別の改選数に過不足がなく投票して下さい．
当該地区の立候補者以外の候補者を記載しないで下さい．
.

本部枠代議員候補者の投票

維持員の導入に合わせて，本部枠代議員を設けております．
改選数に過不足なく投票して下さい．
.

次の投票は無効になります．

所定の用紙を使用していないものは全て無効(コピーなど)
期日までに投票しなかったものは無効．
.

投票について

投票用紙の候補者名または番号を○で囲み，投票用封筒にて送付下さい．



投票は無記名です．投票用紙に記名しないで下さい．



投票用封筒は本紙に綴じ込んであるものを使用の上，封筒の裏面に氏名・住所をご記入下さい．
この封筒にこの選挙の投票用紙以外のものを同封しないで下さい．

◇

◇

◇

(2019年 9 月21日～2019年10月21日)

正

員

河内岳志
坂本健志
学

生

岩井良太
坂東恭介



DOWA エレクトロニクス株式会社
株式会社ダイセル

土岐晃郎
渕上博邦

トヨタ車体株式会社株式会社本田技術研究所員
金沢大学
長岡技術科学大学

本 会 記 事

公益社団法人日本金属学会 年度代議員候補者選挙投票用紙
投票締切日

年月日(当日消印有効)
投票に際しての注意事項＊地区別代議員候補者および本部枠代議員候補者を投票下さい．
. 次の投票は全て無効となります．
 地区別代議員候補者の投票

全ての地区に投票していないもの．
地区別の改選数に過不足がある投票．
当該地区の立候補者以外の候補者を記載した投票用紙．
 本部枠代議員候補者の投票
候補者に投票していないもの．
 所定の用紙を使用していないもの(コピーなど)．
 消印有効日までに投票しなかった投票用紙．
. 投票について
 投票用紙の候補者名または番号に◯を付け，投票用封筒にて送付下さい．
 投票用紙は，無記名です．
 投票用封筒は本紙に綴じ込んであるものを使用の上，封筒の裏面に氏名・住所を記名して下さい．
キ

会費支払い済の正員のみ投票できます．

リ

代議員候補者(敬称略受付順)

ト＊全ての地区について，( )内人数(改選数)通りに，候補者の氏名または番号を◯で囲んで下さい．

リ

北海道地区

東海地区

(名に◯をつける)
1

 橋 英 徳(名に◯をつける)
1
2
3
4

北海道立総合研究機構研究主幹

東北地区(名に◯をつける)
1
2
3
4
5
6
7
8

大 谷 博 司今 野 一 弥柴 田 浩 幸成 島 尚 之西 村 公 宏古 原忠
武 藤泉
吉 見 享 祐東北大学多元物質科学研究所教授

名古屋工業大学物理工学専攻教授
三重大学工学研究科准教授
名城大学理工学部教授(名に◯をつける)

東北大学多元物質科学研究所教授

12

東北大学大学院工学研究科教授
株 スチール研究所部長
JFE スチール

尾 和 智 信武 田 雅 敏長野県工科短期大学校生産技術科教授
長岡技術科学大学大学院機械創造工学専攻教授

関西地区

東北大学金属材料研究所教授
東北大学大学院工学研究科教授(名に◯をつける)

東北大学大学院工学研究科教授(名に◯をつける)
阿 部 英 司岩 本 知 広梅 澤修
大 村 孝 仁
尾 中
晋
筧
幸 次
加 藤
徹
弓野 健太郎
桑 原 孝 介柴 田 直 哉染 川 英 俊田 村 隆 治長 滝 康 伸秦
昌 平平 田茂
松 野 泰 也
三 木 祐 司久 森 紀 之株 スチール研究所主任研究員
JFE スチール

北陸信越地区

仙台高等専門学校総合工学科教授

関東地区
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

勝 村 龍 郎日 原 岳 彦川 上 博 士
宇佐美 初彦東京大学大学院工学系研究科教授
茨城大学大学院理工学研究科教授
横浜国立大学大学院工学研究院教授
物質・材料研究機構構造材料研究拠点副拠点長
東京工業大学物質理工学院教授
首都大学東京システムデザイン研究科教授

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

淺 野 和 典荒 木 秀 樹大 谷 浩 昭川 l 健 史新保 洋一郎伸 泰
平 藤 哲 司藤 本 愼 司松 尾 直 人山 l
強株 技術開発本部プロセス研究所部長
日本製鉄

近畿大学理工学部教授
大阪大学大学院工学研究科教授
株 粉末事業部事業部長
山陽特殊製鋼
株 島津製作所ビジネスユニット長
株 研究開発部グループマネージャー
福田金属箔粉工業

京都大学大学院工学研究科教授
京都大学大学院エネルギー科学研究科教授
大阪大学大学院工学研究科教授
兵庫県立大学大学院工学研究科特任教授
株 広畑技術研究部部長
日本製鉄

中国四国地区

芝浦工業大学工学部教授(※名に◯をつける)

株 日立製作所研究開発グループ主任研究員


東京大学大学院工学系研究科教授
物質・材料研究機構構造材料研究拠点グループリーダー
東京理科大学基礎工学部教授
株 スチール研究所副所長
JFE スチール

1
2
3
4

竹 元 嘉 利新 垣 之 啓田 代 博 文深 堀
貢

岡山大学大学院自然科学研究科准教授
株 スチール研究所主任研究員
JFE スチール
株 技術研究所主事
東洋鋼鈑
株 技術研究所主幹研究員
マツダ

九州地区

株 機能部材研究所主管研究員
日立金属
株 技術研究所所長
日本冶金工業(名に◯をつける)

千葉大学大学院工学研究院教授
株 スチール研究所主席研究員(理事)JFE スチール

上智大学理工学部教授

1
2
3

石 丸
学
金 子 賢 治村 上 恭 和九州工業大学大学院工学研究院教授
九州大学大学院工学研究院教授
九州大学大学院工学研究院教授

本部枠代議員候補者(名に◯をつける)
1

岸 本 康 夫

株 スチール研究所研究技監
JFE スチール

役職等は届出書に基づいて記載しています．

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japanプログラム支部行事

13 : 30～13 : 40

開会の挨拶

創造工 松本洋明

香川大座長松本洋明(香川大)第回「若手フォーラム」―ポスターセッション併催―

13 : 40～14 : 25

金属積層造形における粉末の役割

14 : 25 ～ 15 : 10

金属粉末の積層造形および組織制御による高性能

東北大工 野村直之
鳥取大工 陳化
本支部では，若手研究者および技術者の研究・開発への意欲向上― 休憩

ならびに議論を通じての支援を行うために，講演の場を提供するこ座長田中康弘(香川大)とを実施しています．また，高校生に金属や材料の研究に対する興

15 : 20 ～ 16 : 05

日

～
時 年月日(月)

場

所〈プログラム〉
座長

鉄系合金のレーザ積層造形における特異的な金属

16 : 50～16 : 55

閉会挨拶

参加申込
開会の挨拶

大阪産技研 木村貴広

16 : 05 ～ 16 : 50

香川県産技センター 宮内

組織の創成

徳島大学常三島キャンパス機械棟 M613室(ゼミ室 5)

1300～1305

アルミニウム合金のレーザ積層造形体における組織と特性の制御

味を持ってもらうため県内高校によるポスター発表も企画しました．
【研究会の部】

中春

10分 ―

創

当日参加も大歓迎ですが，人数を把握したく思いますので，月日(金)迄に E mail で氏名・所属・連絡先

岡田達也(徳島大学)(電話番号・E
mail アドレス)を下記へお知らせ下さい．

久澤大夢(徳島大学)

1305～1345

Ni 基超合金 Alloy718の粒成長・d 相析出挙動とそ
東北大 上島伸文のモデリング

1345～14 25

レーザブレイジングを用いたアルミニウム合金と阪大 小椋

マグネシウム合金の異材接合

参加費

無料

申込・問合先松本洋明(香川大学 創造工学部)

FAX 0878642406 Email: matsu_h＠eng.kagawau.ac.jp
%

智

―休憩―

第
回 材質制御研究会―金属材料の高機能化技術とその応用―

座長上島伸文(東北大学)
1435～15 15立方晶内に析出した整合析出物によるミスフィッ
トひずみのモデリングと応用

徳島大 久澤大夢〔共【ポスターセッションの部】
日時 年月日(土)～

場

所

徳島大学常三島キャンパス機械棟 M204室(実習室 1)

県内高校によるポスター発表(参加校)城北高校，徳島科学技術高催〕 軽金属学会中国四国支部

人類が金属材料を使い始めたのは今から 6000 年以上も遡り，現在，金属材料は基幹素材として，自動車，船舶，航空機などの構造材料をはじめ，電機・電子機器などへの機能材料としても適用され，その利用範囲は様々な産業分野に広がっています．本研究会で校，脇町高校徳島大学理工学部 4 年生によるポスター発表

は，金属材料の高機能化技術を中心に，原子力材料，アルミニウム

徳島大学創新教育センター学生によるポスター発表

合金，鉄鋼材料への表面改質，接合技術など多岐に渡り最近の話題

参加費を取り上げておりますので，奮ってご参加下さい．

研究会の部，ポスターセッションの部ともに無料企画世話人，申込・問合先

徳島大学大学院理工学域機械科学系

 0886567362 %FAX 0886569082
Email: tatsuyaokada＠tokushimau.ac.jp

岡田達也

日

時 年月日(木)～

場

所

広島工業大学新 8 号館309室(広島市佐伯区三宅 2
11)〈プログラム〉

第回金属物性研究会「3D金属粉末レーザ積層造形による金属部材製造の現状と今後」

1300～1305

開催の挨拶(広島工大 日野

1305～1350

研究会

座長

マルチマテリアルを目指したマグネシウム合金―プラスチック
異材接合 広島工大 ○日野

〔共催〕

香川大学

〔協賛〕

かがわ次世代ものづくり研究会 3D 積層造形技術分科会

実)

広島工大 桑野亮一
株 西條充司実，堀金属表面処理工業

創造工学部(予定)

岡山理科大 金1350～1440

座長

輝人

岡山理科大 金谷輝人

溶射基材の疲労強度に及ぼす複合前処理の効果
粉 末 積 層 造 形 技 術 は ， 古 く は Rapid Prototype 技 術 や Rapid

Manufacturing 技術として進展し，最近では通常の切削，鋳造，鍛造・板金プレス加工では実現できない形状を作製できる新しい加工

呉工業高専 ○國安美子
1440～1500―休憩―

1500～1550

座長

広島工大 日野実

技術としての位置付けへと進化し，現在では Additive Manufactur-

企業におけるアルミニウム合金開発

ing 技術と呼ぶことに統一され，世界的に研究開発が盛んに行われている．本技術は作製する構造を 3D のデータとして準備して，電開発～

子ビームやレーザを走査し，1 層ずつ粉末を焼結・溶融し，造形デ～低熱膨張材料と複合材
株 ○久幸晃二
昭和電工

1550～1640

座長

広島大 宮岡裕樹

原子炉の寿命と金属材料学・転位論

ータすべての層を積み重ねることにより形状を生み出す．そのた

1640～1650

め，付加価値の高い新たなもの造り技術として強く期待されている

参加申込

熊本大 ○松川義孝

閉会の挨拶(岡山理科大 金谷輝人)

氏名・所属・連絡先(電話番号・ E mail アドレスなど)加工技術である．本研究会では金属粉末レーザ積層造形技術に着目を明記の上，月日(土)までに FAX または Email

し，金属部材製造の現状と今後について議論する．

で下記へお申込下さい．

(企画世話人

香川大学 松本洋明，田中康弘)

参加費
世話人

日

時 年月日(木)～

場

所

無料
日野

香川大学創造工学部(〒7610396 高松市林町221720)

申込・問合先6 号館 2 階6201教室
https://www.kagawau.ac.jp/access/hayashi/

 & %
FAX

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan実(広島工業大学)，金谷輝人(岡山理科大学)

市川貴之，宮岡裕樹(広島大学)
広島工業大学 工学部 機械システム工学科

0829214454

日野実

Email: hino＠me.ithiroshima.ac.jp第回「若手フォーラム」―ポスターセッション併催―〔共催〕

提出書類 各 1 部
 履歴書(写真付，連絡先明記) これまでの研究歴およびその概要( 1000 字程度．研究業績リス

軽金属学会中国四国支部

ト(学術論文，国際会議論文，解説記事，著書，特許，受賞，学本支部では，若手研究者および技術者の研究・開発への意欲向上

会・社会における活動状況，代表あるいは分担者としての競争

ならびに議論を通じての支援のために，講演の場を提供することを的資金獲得状況，その他の特記事項，に分類して下さい．）

実施しています．またポスターセッション(フリーテーマ)を開催し

 主な原著論文 3 編の別刷りまたはコピー，およびそれらの概要ますので，意欲あふれる研究発表を期待しています．高校生や一般(1 編あたり300字程度)
 求人内容に関する，着任後の研究の抱負(1000字程度)
の方の発表や，聴講のみでも大歓迎です．

 応募者の能力や人柄を評価できる方 1 名の氏名，所属，職名，
日～
時 年月日(土)

場

所

連絡先住所，電話番号，Email アドレス書類は A4 判用紙に横ピュアリティまきび(http://www.makibi.jp/)

書き，項目毎に別葉とし，封筒に「電子工学専攻 公募書類在中」

プログラムと朱書して書留にて送付下さい．応募書類は原則として返却い10 : 00～10 : 10

開会の挨拶

金谷輝人(岡山理科大)10 : 10～11 : 00

座長清水一郎(岡山理科大)

たしません．
応募締切 年月日(火)(必着)

多軸ランダム振動を受ける材料の疲労寿命評価

書類提出先および問合せ先〒9808579 仙台市青葉区荒巻字青葉 6605

岡山大 坂本惇司(仮)11 : 00～11 : 10

―休憩―

11 : 10～12 : 00

座長上森東北大学 大学院工学研究科 電子工学専攻教授

武(岡山大)

変化と脆性抑制への適用
13 : 30～16 : 30

岡山理科大 竹村洋明

ポスターセッション(下記要領にてお申込下さい．

金井浩(専攻長)

Email: kanai(at)ecei.tohoku.ac.jp((at)は＠に読み替えて下さい．）

ショットピーニングによる機械加工面の化学特性待遇

東北大学就業規程によるものとします．

件数により 1～3 部構成で行います．
）〈ポスター発表募集〉
申し込み方法 題名 
 所属・氏名(発表者に○印)を明記の上，
E mail で月日(金)までにお申し込み下さい．
66件に達した時点で受付を締切らせていただきます．

集会◇レアメタル研究会◇

高校生の発表に対しては認定書を発行いたします．
ポスターサイズ
参加費

横90 cm×縦200 cm 以内

■主

企画世話人

レアメタル研究会
東京大学生産技術研究所 教授

武(岡山大)，宮岡裕樹(広島大)，清水■協

力(一財)生産技術研究奨励会(特別研究会 RC40)

一郎，金谷輝人(岡山理科大)，新垣之啓(JFE スチール)■共催

東京大学マテリアル工学セミナー

レアメタルの環境

調和型リサイクル技術の開発研究会

東京大学生産技

竹元嘉利，上森

申込・問合先催■主 宰 者

無料

岡山大学工学部
 086
2518027

竹元嘉利

FAX 0862518266
%

岡部

徹

術研究所 持続型エネルギー・材料統合研究センター

Email: takemoto＠mech.okayamau.ac.jp

東京大学生産技術研究所 非鉄金属資源循環工学寄付■協研究部門(JX 金属寄付ユニット)(公社)日本金属学会他

賛

■開催会場

鉄門記念講堂(東京都文京区本郷 731

東京大学医学部教育研究棟14階)

https: // www.u-tokyo.ac.jp / campusmap / cam01 _ 02 _ 09 _〈公募類記事〉
無料掲載募集人員，締切日，問合先のみ掲載．
有料掲載1/4頁(700～800文字)程度．
「まてりあ」とホームページに掲載15,000円＋税ホームページのみ掲載
10,000円＋税〈その他の記事〉 原則として有料掲載．
原稿締切・掲載号毎月 1 日締切で翌月号 1 回掲載
原稿提出方法電子メールと FAX 両方(受け取りメールの確認をして下さい)原稿送信先%FAX 0222236312 Email : materia＠jim.or.jp◇東北大学大学院工学研究科 電子工学専攻
超微細電子工学講座教員(年俸制助教)公募◇
超微細電子工学講座

助教名j.html■参加登録・問合せ
岡部研
■会

費

レアメタル研究会事務担当

宮嵜智子(okabelab＠iis.u
tokyo.ac.jp)
参加費 無料
資料代

令和元年度

3000円(企業会員・学生等は無料)

レアメタル研究会のご案内(2019.11.1現在)■第回 2020年 1 月10日(金) 1400～ 鉄門記念講堂＠本郷★貴金属シンポジウム(第 7 回)＋新年会★(合同開催)
テーマ貴金属の製錬・リサイクル

募集人員

電子工学専攻専門分野

IoT，車載センサー，モバイル情報端末等の高周波化，省エネルギー化に資するミクロンオーダーの粒径を有■講演会プログラム【敬称略】

するスピン材料(粒子・粉体)の先端的な合成法および三井金属鉱業株式会社

午後200～三井金属竹原製煉所の最近の操業について
金属事業本部

竹原製煉所

物性評価
担当予定科目電気情報物理工学科の学生実験，卒業研修，大学院
電子工学専攻の工学セミナー，修士研修など

応募資格

博士の学位を有すること．

着任時期

2020年 4 月 1 日以降できるだけ早い時期
着任後2021年 3 月まで(ただし再任審査実施)

任



期

所長
野田眞治

貴金属湿式精錬プロセスにおける白金族回収について(仮)住友金属鉱山株式会社

金属事業本部

東予工場

精金課長
新宮正寛

DOWA グループにおける貴金属の製錬・リサイクルについて

DOWA メタルマイン株式会社

製錬部

部長

山中義則

本 会 記 事佐賀関製錬所における貴金属回収について

研究交流会・意見交換会

JX 金属株式会社 金属事業部製錬部 主任技師 竹内智久
高温鉛はんだ代替を目指した銀導電性接着剤の開発(仮)究棟13階)

田中貴金属(シンガポール)株式会社

会場「レストラン

阿部真太郎
■第90回

貴金属の精錬とリサイクル研究・教育の最近の話題
東京大学

カポ・ペリカーノ」(東京大学医学部教育研

2020年 3 月 6 日(金)(2019年度最終回)

生産技術研究所 非鉄金属資源循環工学寄付研究部門
特任教授

岡部

＊レアメタル研究会ホームページ＊

徹Heraeus Precious Metals ―Recycling now and in the future

https://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/japanese/rc40_ j.html

Heraeus Precious Metals, Vice President, Innovation
Dr. Philipp Walter











は比重が軽く，さらに強度が高く大きな反発力が得られ，か金属学会シンポジウム開催報告

つヘッドの体積を大きくすることができるからである．チタン合金は，一気にゴルフクラブヘッド用材料の主役となっ

陽に陰にオリンピック・パラリン
ピックを支える材料工学

いる．ゴルフクラブには，どのような規制ルールがあるかな(セミナー・シンポジウム委員会企画)村上秀之(物質・材料研究機構)は，「スケート競技に貢献

開催日

2019年 9 月20日

場

エッサム神田ホール

所

た．現在は，高強度が得られる b 型チタン合金が使われてどの質問があった．
する材料科学」と題し，筑波大学との共同研究で，「スピードスケートにおけるブレードの特性向上」を目指した研究開発を通して，材料研究者がスケート競技にどのように貢献できるかについて，接氷面の清浄化を目的としたプラズマ処理

ご存知のように， 2020 年に東京オリンピック・パラリンの例を解説した．プラズマ処理により，表面の濡れ性が向上

ピックがわが国で開催される．スポーツの祭典であるが，各した．これは，大気圧非平衡プラズマをブレード接氷面に照

種素材の最先端を競う場とも見ることも出来る．特に金属材射することにより，滑りが悪くなったと答えた選手はいなか

料は，歴史的に現在に至るまで陽に陰にオリンピック・パラ

った．ソチオリンピックでは，現地までプラズマ処理装置を

リンピックを支えてきた材料の一つである．本シンポジウム持ち込んだが，使用した選手はいなかった．改良したスケー

では，オリンピック・パラリンピックを，金属材料を中心とト靴をどのような選手が競技で使うのかという質問が出た．

した材料工学の観点から捉え，両者の関わりを改めて問い直小山敏幸(名大)は，「材料から眺めたオリンピック・パラ

し，スポーツ関連材料分野における金属材料の未来の可能性

リンピック」において，名古屋大学の教養科目の活動の一環について様々な視点から討論を行い，当該分野が進むべき方として，オリンピック・パラリンピックで使われている金属

向性について討論した．(9 月 20日，エッサム神田ホール，

材料を調べ，車椅子の素材がマグネシウム合金，フェンシン

参加者数 7 名)．

グのブレードがマルエージング鋼，馬術に使われる「馬銜」

原田幸明(物質・材料研究機構)は，「持続可能社会へのレが，馬に唾液を出させたり精神を安定させたりする効果があガシーとしての都市鉱山メダル」において，これから金属材

る Cu MnZn 合金である事を紹介した．フェンシングのメ料が圧倒的に足りなくなり，今世紀末には，鉄は現有埋蔵量

ーカーが日本にはないが，剣にどの材料メーカーの材料が使の 2 倍，ニッケルは 5 倍，金は 7 倍，銀は 15 倍の需要が想われているのかなどの質問があった．

定されると述べ，金属資源のリサイクルが必然である事を示中島求(東工大)は，「パラリンピックへのスポーツ工学

した．リサイクルの取り組みとして， 2020 年に開催されるの貢献」において，リオデジャネイロ・パラリンピックのた

東京オリンピック・パラリンピックの金銀銅メダルが，オリめに行われた研究開発の例から，まず，マグネシウム合金フ

ンピック史上で初めて全て小型家電などをリサイクルするこ

レームを用いた競技用車椅子の貢献について述べた．この車とにより作られた．これは，「都市鉱山からつくるみんな

椅子は実際に日本代表選手 1 名が使用し，軽量のため操作のメダルプロジェクト」により行われ，日本の優れた精錬技性が著しく向上し大変好評であった事を示した．次に，パラ術を用いて小型家電約 80,000 t からメダルに必要な金約 32

リンピック選手の水泳フォームの動作分析・フォームの改善

kg ，銀約 3,500 kg ，銅約 2,200 kg を確保した事を示した．

の提案について述べた．コンピュータシミュレーションによ

会場から，自治体での小型家電の回収状況についてなどの質る選手の泳フォームの解析結果をコーチにフィードバックす問があった．

るとともに，最適化アルゴリズムにより，泳速度の向上の知

鷲見芳紀(大同特殊鋼)は，「ゴルフと金属学・チタンの進見をフィードバックした事を示した．東京パラリンピックへ化」にて，ゴルフクラブに使われる材料に関して，柿の木かの貢献について，どのような体制でサポートするのかなどのらステンレス鋼へ，さらにチタン合金への変遷を紹介した．

質問があった．

ゴルフクラブにチタン合金が採用される理由は，チタン合金

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan(文責北村)(企画世話人愛知教育大 北村一浩)




行
開催日

事

カ

名称・開催地・掲載号


年月溶接構造シンポジウム 2019 「デジタル技術が拓
3～4く溶接構造化技術の革新」(阪大)

レ
主催

ン

ダ

ー 太字本会主催(ホームページ掲載)
問合先

溶接学会溶接構造 TEL 035825
4073
研究委員会
s_kogure＠tt.rim.or.jp
http://www.jwri.osakau.ac.jp/～conf/wmd2019/
日本セラミックス TEL 033362
5231 encera＠cersj.org
協会他
http://www.ceramic.or.jp/bkouon/index_ j.
html
腐食防食学会TEL 0338151161
naito1130033＠jcorr.or.jp
https://www.jcorr.or.jp/yotei/45.html
日本材料学会TEL 0757615321
http://www.jsms.jp/

4

第51回 エンジニアリングセラミックスセミナー「エンジニアリングセラミックスに関わるプロセ
ス技術の革新」(東工大)

5～6

第45回腐食防食入門講習会(東京)5～6

第57回高温強度シンポジウム(東北大)5～62019年度磁性流体連合講演会(名古屋)

5～7走査型プローブ顕微鏡(33) & ICSPM27(伊豆)6

第 32 回軽金属セミナー「アルミニウム合金の組
織 ―入門編(状態図と組織)」(第 9 回)(千葉工
大)

軽金属学会

TEL 0335380232
http://www.jilm.or.jp/

6

第 56 回 X 線材料強度に関する討論会「最新の中性子応力測定と活用情報」(東京)

日本材料学会

http://xray.jsms.jp/
jimu＠jsms.jp

6

第23回生体関連セラミックス討論会(北大)

第回ミニシンポジウム「金属触媒材料研究の最前線金属・触媒・表面科学の融合を目指して」(東京)(本号
頁)

日本セラミックス http://www.ceramic.or.jp/bseitai/symposium/
協会
23th_Symp.html
日本金属学会研究会 TEL & FAX 022
2175723
No. 78 触媒材料の satoshi.kameoka.b4＠tohoku.ac.jp
金属学研究会



第回「若手フォーラム」―
ン併催(徳島大)(本号
頁)

10～14

日本 MRS 創立30周年記念国際会議(横浜)11

第406回講習会日本が誇る精密計測・計測標準の真髄 ―精密計測の基礎・基本・ノウハウから最先端の計測標準，精密加工計測まで―(上智大)

12

第 189 回腐食防食シンポジウム「電気化学イン
ピーダンス法の基礎とその適用事例」(東京)

腐食防食学会

13

第 6 回初心者にもわかる信頼性工学入門セミ
ナー(大阪)

日本材料学会13

炭素繊維強化複合材料の疲労破壊特性の基礎と寿命評価技術(早稲田大)

19

第 15 回 SPring 8 金 属 材 料 評 価 研 究 会 / 第 48 回
SPring8 先端利用技術ワークショップ―(東京)192019 年度理研シンポジウム「小型中性子源がインフラ・モノづくり現場の非破壊評価分析を変える」(和光)



第回金属物性研究会 3D 金属粉末レーザ積
層造形による金属部材製造の現状と今後(香川大)
(本号
頁)

TEL 0353603506
https://www.jsme.or.jp/
SPring 8 利 用 推 suishin＠spring8.or.jp
進協議会他
http://www.jasri.jp/iuss/research_activity/
2019/20191219.html
理化学研究所 光 sympo2019_neu＠riken.jp
量子工学研究セン http://neutron.riken.jp/sympo2019
ター
日本金属学会中国 matsu_h＠eng.kagawa
u.ac.jp
四国支部

19

電気加工学会

第回 材質制御研究会―金属材料の高機能化技
術とその応用―(広島工大)(本号頁)

ポスターセッショ

電解加工講習会(静岡理工大)


年月
第58回 セラミックス基礎科学討論会(愛知)
9 ～10

10

第89回レアメタル研究会(東大(本号812頁)



北海道支部 冬期講演大会並びに講演募集のお知らせ(札幌)(号頁)

17

表面科学技術研究会 2020 トライボロジーの最前線―ナノトライボロジーその場計測―(大阪)17日本磁気学会 スピン×センサ×IoT(東工大)

22～23

LMP シンポジウム 2020 「レーザ加工技術の基
礎・応用と最新動向」(神戸)

鉄門記念講堂)

磁性流体研究連絡 TEL 052
7357542
会
jsmfr＠jsmfr.on.arena.ne.jp//
http: jsmfr.on.arena.ne.jp/jsmfr2019.html
応 用 物 理 学 会 薄 https://dora.bk.tsukuba.ac.jp/event/
膜・表面物理分科 ICSPM27/index
会研究会

日本金属学会中国 TEL 0886567362 FAX 0886569082
四国支部
tatsuyaokada＠tokushimau.ac.jp
日本 MRSTEL 0452638538
info_mrm2019＠jmru.org
https://mrm2019.jmru.org
精密工学会
TEL 0352265191
https://www2.jspe.or.jp/

締切

100名

参加
11.20
定員
40名

定員
60名

TEL 0338151161
ysm.hng1130033＠jcorr.or.jp
http://www.jcorr.or.jp/yotei/189.html
http://sinrai.jsms.jp/

日本機械学会TEL 0538450127 goto.akihiro＠sist.ac.jp
http://www.jseme.or.jp/
日本金属学会中国 TELFAX 082
9214454
四国支部
hino＠me.ithiroshima.ac.jp

12.12
定員
70名

事前
12.13

電気加工学会日本セラミックス funntai＠crl.nitech.ac.jp
協会基礎科学部会 http://www.ceramic.or.jp/bkiso
レアメタル研究会 TEL 035452
6314
okabelab＠iis.utokyo.ac.jp
https://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/
japanese/rc40_ j.html
日本金属学会北海 TEL 0117066842
道支部
jim-hokkaido＠eng.hokudai.ac.jp
表面技術協会関西 TEL 075
7811107
支部他
kansaioffice＠sfj.or.jp//
http: www.sssj.org/Kansai/goudou20117.
html
日本磁気学会TEL 0352810106
https://www.magnetics.jp/event/research/
topical_226/
日本溶接協会TEL 0358236324
http://wwwit.jwes.or.jp/seminar/

12.21

事前
12.20

1.10

本 会 記 事

開催日

名称・開催地・掲載号

主催

問合先

23～24

第48回ガスタービンセミナー(東大)日本ガスタービン gtsj
office＠gtsj.org
学会

24

炭素材料学会 1 月セミナー「エネルギー・環境
材料としてのポーラスカーボン～未来を拓く古くて新しいカーボン～」(東京)

炭素材料学会25

第25回高専シンポジウム in Kurume(久留米)28

第336回塑性加工シンポジウム「高張力鋼材せん
断加工部における 2 次的破壊の機構と対策」(東京電機大)久留米工業高専， TEL 094235
9300
高専シンポジウム sympo25＠kurume-nct.ac.jp
協議会
http://www.kurumenct.ac.jp/sympo25
日本塑性加工学会 http://www.jstp.or.jp

28～29

第166回塑性加工学講座「圧延加工の基礎と応用」 日本塑性加工学会 https://www.jstp.or.jp(東京電機大)28～29

第27回超音波による非破壊評価シンポジウム(東
京)

28～29

第 26 回『エレクトロニクスにおけるマイクロ接合・実装技術」シンポジウム(横浜)日本非破壊検査協 TEL 035609
4015 http://www.jsndi.jp/
会
nakamura＠jsndi.or.jp
スマートプロセス TEL 066878
5628 mate＠spsmste.jp
学会他
http://spsmste.jp/mate2020/src/

29

腐食防食部門委員会第332回例会(大阪)

日本材料学会30～2.1

第25回 電子デバイス界面テクノロジー研究会―材料・プロセス・デバイス特性の物理―(三島)31

第 18 回 ナ ノ テ ク ノ ロ ジ ー 総 合 シ ン ポ ジ ウ ム(JAPAN NANO 2020)(東京)

31

溶接部の腐食トラブル防止事例講習会(東京)締切

http://www.gtsj.org/

TEL 0352278632
tansokoshukai＠bunken.co.jp
http://www.tanso.org/

事前
1.20
定員
70名

TEL 0757615321 jimu＠jsms.jp
http://www.jsms.jp
電子デバイス界面 http://www.editws.jp/
テクノロジー研究会
物質・材料研究機 JAPANNANO＠nims.go.jp
構他
TEL 0298592777
https://www.nanonet.go.jp/
japannano/2020/

参加
12.16

腐食防食学会TEL 0338151161
naito1130033＠jcorr.or.jp
http://www.jcorr.or.jp/

定員
70名


年月
第 33 回軽金属セミナー「アルミニウム合金の組
6織 ―中級編(時効析出)」(第 8 回)(日大)

軽金属学会

http://www.jilm.or.jp/

7

第337回塑性加工シンポジウム「深絞り・しごき
加工技術の最前線 ～製缶技術に学び，自動車の電動化へ～」(同志社大)日本塑性加工学会 http://www.jstp.or.jp

定員
40名
80名




第回「若手フォーラム」ポスターセッション
併催(岡山)(本号頁)

28

理研シンポジウム第 22 回「トライボコーティン
グの現状と将来」(東京)

日本金属学会中国 TEL 0862515227 FAX 0862518266
四国支部
takemoto＠mech.okayamau.ac.jp
理化学研究所大森 TEL 035918
7613 tribo＠tribocoati.st
素形材工学研究室，トライボコー
ティング技術研究会

21

ウィンタースクール「トポロジー最適化の基礎～
積層造形によるものづくりへの応用～」(中央大)日本計算工学会

TEL 0338688957 office＠jsces.org
http://www.jsces.org/


年月
第 1 回世界エンジニアリングデイ記念シンポジ
5
ウム(東大)

日本工学会

6

第 34 回軽金属セミナー「アルミニウム合金の組織 ―応用編(加工・熱処理による組織変化)」(第 6 回)(芝浦工大)

軽金属学会

TEL 0362650672 eng＠jfes.or.jp
http://www.jfes.or.jp/
TEL 0335380232
http://www.jilm.or.jp/

6

第 45 回組織検査用試料の作り方(組織の現出)講
習会「鉄鋼材料・非鉄金属材料・表面改質処理および異常組織材」(千葉工大)

材料技術教育研究 TEL 047
4317451
会

6

第90回レアメタル研究会(東大生産技研)(本号812頁)

8 ～11

COMPSAFE2020 (第 3 回安心・安全・環境に関する計算理工学国際会議)(神戸)

12～14

2019年度量子ビームサイエンスフェスタ(水戸)レアメタル研究会 TEL 035452
6314
okabelab＠iis.utokyo.ac.jp
https://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/
japanese/rc40_ j.html
COMPSAFE2020 secretary＠compsafe2020.org
実行委員会
http://www.compsafe2020.org
高エネルギー加速 https://mlfinfo.jp/sp/qbs
festa/2019
器研究機構物質構
造科学研究所，J
PARC セ ン タ ー他

第回「高校生・高専学生ポスター発表」(東工大)(本号
頁)

日本金属学会TEL 0222233685


～


日本金属学会春期講演大会(東京工業大学大岡山
キャンパス)(東京)(本号頁)

日本金属学会



企業説明会(東工大)(本号頁)

日本金属学会TEL 0222233685 FAX 0222236312
annualm＠jim.or.jp
TEL 0222233685
jim.company2020＠jim.or.jp


年月
第36回希土類討論会(札幌)19～20

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japan

日本希土類学会

1.24
定員
150名

2.14

定員
40名

2.28

annualm＠jim.or.jp

TEL 0668797352
kidorui＠chem.eng.osakau.ac.jp
http://www.kidorui.org/

1.15
講演1.8
参加2.28

発表
1.24




開催日

名称・開催地・掲載号

主催

問合先


年月
日本塑性加工学会
12～14
2020年度塑性加工春季講演会(名工大)29～7.3
PTM2020(8th International Conference on Solid 中国金属学会
Solid transformations in Inorganic Materials)(中
国西安)

年月
第57回アイソトープ・放射線研究発表会(東大)日本アイソトープ
7～9
協会

年月

～

日本金属学会秋期講演大会(富山大学五福キャン 日本金属学会
パス)(富山)年月
19～22
The 8th conference of Crystal Growth and Crystal アジア結晶成長おTechnology (CGCT8)第 8 回アジア結晶成長・結 よび結晶技術学会
晶技術国際会議(宮崎)
他

27～30

第 1 回地球環境のための炭素の究極利用技術に関するシンポジウム(奈良)年月8 ～29
Mate2020 第 26 回『エレクトロニクスにおけるマイクロ接合・実装技術」シンポジウム(横浜)日本鉄鋼協会締切

http://www.jstp.or.jp
ptm2020＠csm.org.cn
http://www.ptm2020.com

TEL 0353958081 gakujutsu＠jrias.or.jp
http://www.jrias.or.jp/

TEL 0222233685 FAX 0222236312
annualm＠jim.or.jp
TEL 0668798730
yamanoik＠ile.osakau.ac.jp
https://www.opt.miyazakiuac.jp/hikari/
TEL 0752232311
http://web.apollon.nta.co.jp/CUUTE1/cuute1＠nta.co.jp

スマートプロセス TEL 066878
5628 mate＠spsmste.jp
学会他
http://spsmste.jp/mate2020/src/◇まてりあ58巻(2019)の総目次はホームページに掲載となります．
◇まてりあ編集委員会では，来年も新企画記事を検討しており，ただ今鋭意編集中です．皆様，来年のお届けもどうぞお楽しみにして下さい．

◇

事務局年末年始休業のお知らせ◇

2019年12月28日(土)～2020年 1 月 5 日(日)◇事務局より◇～ 本年は大変お世話になりました．来年(令和 2 年)もどうぞ宜しくお願い致します．～

2019, 2020年度会報編集委員会
委員
長
副 委 員 長
委
員

大塚
誠
竹田
修
池尾直子
大野直子
近藤亮太
杉浦夏子
佃
諭志
徳永透子
長谷川 誠
宮崎秀俊
山中謙太

石本卓也
小幡亜希子
齊藤信雄
芹澤
愛
堤
祐介
轟
直人
春本高志
宮澤知孝
山本剛久

ま て り あ 第巻 第号（） 発行日
発行所



井田駿太郎
木口賢紀
齊藤敬高
島克利
圓谷貴夫
永井
崇
藤枝
俊
宮部さやか
横山賢一

2019年12月 1 日

公益社団法人日本金属学会〒9808544 仙台市青葉区一番町一丁目1432
TEL 0222233685 FAX 0222236312

発
印
発(五十音順，敬称略）

上田恭介
北村一浩
佐々木秀顕
高山直樹
寺西
亮
長岡
亨
細川裕之
盛田元彰
吉矢真人

梅津理恵
小畠淳平
佐藤紘一
田中秀明
寺本武司
中村篤智
本間智之
森戸春彦
吉年規治

大石
郁
小柳禎彦
佐藤豊人
趙
研
土井康太郎
野山義裕
三井好古
諸岡
聡
李
海文

定価(本体,円＋税)送料円
行
刷
売

人
所
所

山村英明
小宮山印刷工業株式会社
丸善雄松堂株式会社〒1600002 東京都新宿区四谷坂町 1010

本 会 記 事～ お知らせ ～機関誌(まてりあ・会誌・欧文誌)掲載記事・論文の引用(転載)許可の改訂について
会報・会誌・欧文誌編集委員会
本会では，機関誌(まてりあ・会誌・Materials Transactions)の転載許可業務の一部を，(一社)学術著作権協会に委託することといたしま
した．該当する場合には，本会にお申込みいただいた後でご案内いたします．
また，これに伴い，許諾の要不要および許諾費用について改訂いたしましたので，下記の通りお知らせいたします．ご理解を何卒宜しくお願いいたします．
尚，いずれの場合でも，引用(転載)する場合は，必ず出典を明記するようにして下さい．
.

許諾の要不要および許諾費用

1.1. 著作者本人が引用する場合
 適切な引用の範囲の場合◯
転載先刊行物の種類

許諾の要不要

費

用

非営利目的

不要

無料

営利目的

必要

有料(5 図面まで5,000円，6 図面以上は 1 図あたり1,000円)

文章のみの場合(営利・非営利問わず)

不要

無料


◯

適切な引用の範囲を超える場合(論文全体の転載，リポジトリ登載含む)
転載先刊行物の種類

許諾の要不要

費

用

非営利目的

必要

有料(1 論文あたり30,000円※)

営利目的

必要

有料(1 論文あたり60,000円～，発行部数・公開方法等による)※ 無料公開論文のものを引用・転載する場合は無料，また，博士論文，科研費申請書類等は無料とする．

1.2. 著作者本人以外(出版社含む)が引用する場合
 適切な引用の範囲の場合◯
転載先刊行物の種類

許諾の要不要

費

非営利目的

必要

無料

営利目的

必要

有料(事務局へ問い合せ下さい)

文章のみの場合(営利・非営利問わず)

不要

無料


◯

適切な引用の範囲を超える場合(論文全体の転載，リポジトリ登載含む)

転載先刊行物の種類

許諾の要不要営利・非営利問わず

必要

.

用

費

用

有料(事務局へ問い合せ下さい)

営利・非営利の具体例
転載先の種類

非営利とみなす例

営利とみなす例

学術ジャーナル(オンラインジャーナル含む)

すべて非営利とみなす

なし

研究報告書

学会の事業報告，企業の技報，大学紀要，博士・修士論文，科研費申請書・報告書類

なし

国際会議プロシーディングス，Abstract 集

すべて非営利とみなすなし

講習会等テキスト・スライド

無料もしくは実費相当程度の価格のもの(学協会，公的機関主催のもの)

収益を目的とした価格のもの(企業主催のもの)カタログ・パンフレット

収益を目的としない会合・集会等で配布する研究紹介，研究者プロフィール等企業の製品カタログ・パンフレット等

単行本

実費相当程度の価格のもの(学協会，公的機関発行のもの)収益を目的とした価格のもの(商業出版社発行のもの)

Web サイト・Web データベース

機関リポジトリ，研究内容の紹介等利用料が無料のもの

利用料が有料のもの

問合せ先

〒980
8544 仙台市青葉区一番町 11432(公社)日本金属学会
 0222233685

転載許可担当FAX 0222236312 Email: kyoka＠jim.or.jp%

ま て り あ 第58巻 第12号(2019)
Materia Japanã

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2019年12月 1 日発行「まてりあ」