【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.17】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NU0058
利用課題名 / Title
ナノ粒子における局在表面プラズモンの研究
利用した実施機関 / Support Institute
名古屋大学 / Nagoya Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
Auナノ粒子, Cuナノ粒子, 光触媒, Ga2O3, 液中プラズマ,熱電材料/ Thermoelectric material,電極材料/ Electrode material,電子顕微鏡/ Electronic microscope,電子回折/ Electron diffraction,燃料電池/ Fuel cell,電子分光/ Electron spectroscopy
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
桑原 真人
所属名 / Affiliation
名古屋大学 未来材料・システム研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
アジマ・アーリップ,内田和子,小川智史
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NU-102：高分解能電子状態計測走査透過型電子顕微鏡システム
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
金属ナノ粒子などの自由電子を有する物質に、電磁波や荷電粒子線の照射に伴い誘起される自由電子の集団運動をプラズモンという。特に表面近傍の自由電子と結合した表面プラズモン励起はその構造を反映した特色ある物性を示す。このプラズモン振動数は粒子のサイズや形状、構成元素などに依存するため、ナノ構造制御によりプラズモン波長の制御が可能となる。本研究では、高分解能(S)TEM像およびSTEM-EDS, STEM-EELSによりナノ構造解析とプラズモニクスデバイスの性能向上に寄与する物性の解明を目指す。
実験 / Experimental
表面プラズモン励起を示す金属ナノ粒子は液中プラズマ法（SPP）によって作製した[1]。溶媒中で対向した金属電極間に高周波パルス電圧を印加することによってグロー放電が生じる。放電に伴って電極構成原子が蒸発し、その後冷却されることでナノ粒子が形成される。ナノ粒子が分散した溶媒をエラスチックカーボン支持膜付きCuマイクログリッドに滴下することでSTEM観察用の試料とした。STEM観察は名古屋大学超高圧電子顕微鏡施設の収差補正電子顕微鏡(JEM-ARM 200F Cold)を用いて実施した。
結果と考察 / Results and Discussion
Fig.1にSPPによって作製したAuナノ粒子を、シード成長法によって成長させたAuナノトライアングル(Au-NTs)のSTEM像を示す[2]。このAu-NTのEELS
mappingを取得し、エラスチックカーボンからの寄与を差し引いたところ、Au-NTの中心部分（A点）と表面近傍（B点）でスペクトル形状の違いが見られた。この違いをより明確にするために、非負値行列因子分解（NMF）によるスペクトル成分分解を試みた[3,4]。その結果をFig. 2に示す。分解する成分数を２と指定しNMFを実施したところ、Au-NTの中心部分に強く分布する成分1と表面近傍に強く分布する成分2に分解することができた。成分1はFig. 1のA点で得られたスペクトルと類似しており、Au-NTのバルク部分に対応したスペクトルを抽出することができたと考えている。一方で、成分2はB点で得られたスペクトルとA点で得られたスペクトルの差に対応しており、Au-NT表面付近の比較的薄い部分におけるスペクトル成分を示しているものと思われる。以上のようなEELS解析を進めていくことで、ナノ材料の表面プラズモンおよび電子状態に対する情報を取得し、材料開発を推進していく。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 AuナノトライアングルのSTEM像とEELスペクトル
Fig. 2 NMFによる成分分解によって得た各成分（成分1および成分2）の分布とスペクトル
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
[1] N. Saito et al., Thin Solid Films 518, 912 (2009).
[2] X. Liu et al., Langmuir 28, 13720 (2012).
[3] M. Shiga et al., Ultramicroscopy 170, 43 (2016).
[4] M. Shiga et al., e-J. Surf. Sci. Nanotech. 17, 148 (2019).
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- H. GALIF, S. Ogawa, M. Kuwahara, TEM and XAFS analysis of Photocatalytic CuNPs/Ga2O3 synthesized by Solution Plasma Process, 日本原子力学会中部支部 第56回研究発表会, 名古屋大学EI創発工学館 TELオーディトリアム, 2024/12/18
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件