ランタニドをドープした重金属酸化物を用いた TEM におけるナノスケール温度測定の進歩

2024 年 3 月 07 日

(Nanowerkニュース) ナノメートルサイズのサンプルの温度を測定する画期的な方法透過型電子顕微鏡 (TEM) は、UNIST 化学部の Oh-Hoon Kwon 教授と彼の研究チームによって開発されました。カソードルミネッセンス (CL) 分光法に基づくナノ温度計を利用したこの革新的な技術は、微細サンプルの熱力学特性を分析し、ハイテク材料の開発を進める新たな可能性を開きます。この研究結果は、 ACSナノ (「透過型電子顕微鏡におけるランタニドドープ重金属酸化物を用いたナノスケールカソードルミネッセンス温度測定」). カソードルミネッセンス (CL) ナノサーモメトリーの概略図。 (画像: UNIST) 透過型電子顕微鏡は、短波長の電子ビームを試料に透過させることで、数十万倍の倍率で試料を観察することができます。陰極線発光分光法によってサンプルから放出される光を検出することにより、研究者はサンプルの物理的および光学的特性をナノメートルスケールで詳細に分析できます。新しく開発されたナノ温度計は、ユウロピウムイオン (Eu) の特定の陰極線放出バンドの温度依存性の強度変化に依存しています。3+）。酸化ガドリニウム（Gd）内にユウロピウムイオンをドープしたナノ粒子を合成することにより、2O3）、研究チームは電子ビームによるダメージを最小限に抑え、長期にわたる実験を可能にしました。研究チームは動的解析を通じて、ユウロピウムイオンからの発光バンドの強度比が温度の信頼できる指標であることを確認し、サイズが約4ナノメートルのナノ温度計粒子を使用した場合、測定誤差は約100℃という驚異的な値であった。この方法は、従来の TEM 温度測定技術の XNUMX 倍以上の精度を提供し、空間分解能を大幅に向上させます。さらに、チームは、TEM 内でレーザーを使用して温度変化を引き起こし、リアルタイムで温度と構造の変化を同時に測定することにより、ナノ温度計の適用可能性を実証しました。この機能により、標準の TEM 分析手順を妨げることなく、外部刺激に応答した熱力学特性をナノメートルレベルで分析できます。この研究の筆頭著者であるWon-Woo Park氏は、温度測定プロセスの非侵襲性を強調し、透過電子ビームとナノ温度計の粒子間の相互作用により、TEMイメージングを中断することなくリアルタイムの温度検出が可能になることを強調した。同氏は、「開発されたナノメートルの大きな利点は、温度測定プロセスが既存の透過型電子顕微鏡分析を妨げないことである」と述べ、「温度は光を使用して測定されるため、透過電子顕微鏡間の相互作用によって副産物が生成される」と付け加えた。電子線とナノメートル粒子を組み合わせることで、透過型電子顕微鏡の画像を計測し、リアルタイムで温度を検出することが可能です。」クォン教授は、「開発された温度測定インジケーターをリアルタイムイメージング技術と組み合わせることで、外部刺激に応じた局所的な温度変化の観察が容易になる」と述べ、この研究の重要性を強調した。さらに「この進歩は二次電池やディスプレイなどのハイテク材料の開発に大きく貢献するだろう」と述べた。