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研究成果

公開日:2016.06.14

世界初!電子顕微鏡の中で物質のナノスケール塑性変形の三次元観察に成功

研究成果 工学

 九州大学、株式会社システムインフロンティア、大阪大学、筑波大学は、JST先端計測分析技術・機器開発プログラムの一環として、ナノ(10億分の1)メートルスケールで細胞や物質の観察が可能な透過電子顕微鏡(TEM)内で、物質を引張・圧縮変形しながら時系列で三次元画像撮影が行える「その場変形電子線トモグラフィーシステム」のプロトタイプを開発しました。2016年5月には、このシステムを使って、株式会社メルビル、バージニア工科大学と共同で、ナノメートル(nm)スケールの金属に力を加えて変形させた塑性変形(元に戻らない変形)の様子を時系列で三次元画像に納めることに成功し、同システムの有効性が実証されました。TEM内で今回のように不可逆な塑性変形を3Dで直接観察できた前例はありません。
 今回開発したイメージング技術は、物質に力を加えて変形を生じさせる時の、nmレベルの構造変化をTEMで三次元観察できることから、先端材料やバイオなど、TEMによるナノ構造解析が活躍する分野での応用が期待されます。今後は、開発技術の洗練と応用事例の蓄積を行います。

 本研究成果は、公益社団法人日本顕微鏡学会第72回学術講演会(2016年6月14日(火)~16日(木)仙台国際センター)において発表しています。

左図:電子顕微鏡内で物質を引張りつつ三次元立体観察が行えるその場変形トモグラフィー試料ホルダー(左図(a))と、試料ステージ部の拡大図(左図(b))。試料ステージ部の幅は5 mm。
右図:スズ鉛系はんだ合金の引張に伴う形態変化を三次元立体画像として撮影し、それらを重ねて表示したもの。各色は引張変形量の違いを表している。試料の左右方向の幅は約1 µmであり、観察領域の各色の位置ずれは500 nm以下の微小変形に相当。試料が細くくびれた中央部から上側が大きく変形しており、変形の大きさと方向は試料の場所によって異なることがわかる。

記事紹介動画:https://www.youtube.com/watch?v=Ic7zREgSIMU

研究者からひとこと

電子顕微鏡の中で動くものを三次元立体観察する技術の開発に、今、国内外の研究者が取り組んでいます。ものをナノスケールで変形させながら三次元立体観察する今回の技術は、精密なものづくりを得意とする日本ならではの技術です。

研究に関するお問い合わせ先

波多 聰 総合理工学研究院 教授

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