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日本科研人員通過電子顯微鏡首次拍到氫原子

引自技術在線
由東京大學教授幾原雄一(Yuichi Ikuhara)領銜的研究小組2010年11月4日公佈,已通過目前最先進的電子顯微鏡拍攝到了已知100餘種元素中最輕最小的單個氫原子,開創了全球先例。

氫原子直徑約千萬分之一毫米,被視為新型清潔能源,不少研究都在探索能夠儲存氫的材料。由於氫原子的排列方式直接影響到其性能,因此迫切需要觀察單個氫原子的技術。

在此之前,觀察單個氫原子的方法僅限於圖像處理等間接手段,無法直接觀察。

幾原教授表示:“現在我們已經能觀察到世界上所有的原子。細緻考慮每一個原子、分子將成為製造業將來的突破口。”

東京大學等宣佈在全球首次成功地直接觀察到了氫(H)原子。氫原子是原子序數為1的元素,直徑約0.1nm,是所有原子中最小的。東京大學等表示,此次的成果將加快貯氫技術及矽器件等的研發。有關論文已刊登在日本應用物理學會的英文雜誌《Applied Physics Express(APEX)》于2010年11月5日發行的在線版上。

  上述結果是東京大學研究所工學系研究科綜合研究機構幾原雄一教授及柴田直哉副教授的研究小組與日本精細陶瓷中心(JFCC)奈米構造研究所齊藤智浩副主任研究員以及日本產業技術綜合研究所研究員松田潤子等共同實施的研究獲得的。通過高解析度電子顯微鏡觀察了貯氫金屬的一種即氫化釩(VH2)的結晶。

  電子顯微鏡是通過對2009年上述研究小組與日本電子共同開發出來的「角度控制環狀明視野——掃描透射電子顯微鏡(ARABF-STEM)」進行進一步改進而獲得的產品。通過對顯微鏡的透鏡進行球面像差補償處理,並通過邏輯計算求出最佳觀察角度等,實現了0.1nm(1埃)以下的解析度。

  2010年5月,東京大學、JFCC、豐田宣佈利用此次的方法對鋰離子充電電池的正極材料LiCoO2的結晶進行了觀察,成功地拍攝到了其中的鋰離子、氧離子及鈷離子。鋰離子是原子序號為3的元素,直徑僅大於氫及氦(He)。(記者:野澤 哲生)

Applied Physics Express原文論文
Direct Imaging of Hydrogen within a Crystalline Environment
Appl. Phys. Express 3 (2010) 116603 (3 pages)
Scott D. Findlay1, Tomohiro Saito2, Naoya Shibata1;3, Yukio Sato1, Junko Matsuda4,
Kohta Asano4, Etsuo Akiba4, Tsukasa Hirayama2, and Yuichi Ikuhara1;2;5


上圖是VH2結晶的構造


上圖是拍攝到的VH2結晶






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