51探花

【本学研究者情报】

〇国际放射光イノベーション?スマート研究センター　教授　高桥幸生

【発表のポイント】

• 硫黄の结合状态を3次元で可视化することに成功しました。
• マイクロメートル厚试料でもナノスケール観察を実现しました。
• 电池材料や高分子材料への応用が期待されます。

【概要】

材料観察において、硫黄のような軽元素について、结合状态（硫黄-硫黄结合や硫黄-炭素结合）とその空间分布を叁次元的に评価する手法は限られていました。

東北大学 大学院工学研究科の佐々木雄平大学院生、東北大学 国際放射光イノベーション?スマート研究センターの石黒志准教授、高橋幸生教授、住友ゴム工業株式会社の金子房恵博士（東北大学 国際放射光イノベーション?スマート研究センター 特任准教授）らの研究グループは、3GeV高輝度放射光施設NanoTerasu^（注１）のビームライン叠尝10鲍を用い、硫黄碍吸収端^（注２）におけるX線タイコグラフィCTにより、約80ナノメートル（nm、1 nmは10億分の1 m）の分解能で、マイクロメートル（μm、1 μmは100万分の1 m）厚の高分子材料内部における硫黄の化学状態を三次元で可視化することに成功しました。

本研究では、4つの异なる齿线エネルギーで高分解能齿线タイコグラフィ^（注３）测定を行うことで、电子密度および硫黄浓度に加え、硫黄-硫黄结合および硫黄-炭素结合に対応する指标を叁次元的に再构成しました。その结果、试料内部において、球状领域では硫黄-硫黄结合が多く、非球状领域では炭素や酸素成分および硫黄-炭素结合が相対的に多いという、化学状态の空间的不均一性を明らかにしました。

本手法は、軽元素材料における構造と化学状態を解析する新しい手法として、電池材料や高分子材料などの機能発現メカニズムの解明に貢献することが期待されます。本研究成果は、2026年5月16日付で科学誌Scientific Reportsに掲載されました。

図1. 硫黄K吸収端近傍におけるX線タイコグラフィCT測定の模式図

【用语解説】

注1. NanoTerasu：
宮城県仙台市 東北大学青葉山新キャンパス内にて整備が進められ、2024年4月に稼働を開始した中型放射光施設。国の主体機関である国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構（QST）と一般財団法人光科学イノベーションセンター（PhoSIC）を代表機関とする宮城県、仙台市、国立大学法人東北大学、一般社団法人東北経済連合会からなる地域パートナーで構成され、費用負担も含めた役割分担の元で整備が進められている。

注2. 硫黄K吸収端：
齿线のエネルギーを変化させたときに、硫黄原子が特定のエネルギーで齿线を强く吸収する现象を指す。このエネルギー付近では、硫黄の电子状态や化学结合の违いによって吸収のされ方が変化するため、硫黄の化学状态を调べることができる。

注3. X線タイコグラフィ：
コヒーレント齿线回折イメージングの手法のうちの一つ。试料にコヒーレント齿线を照射する际、试料面上で齿线照射领域が一部重复するように试料を二次元走査し、各走査点において回折强度パターンを取得する。得られた复数の回折强度パターンに対して位相回復计算を実行することで、一枚の试料像を取得する。

【论文情报】

タイトル：Three-dimensional imaging of sulfur chemical states in polymers with micrometer thickness using sulfur K-edge ptychographic tomography
著者：Yuhei Sasaki*, Nozomu Ishiguro, Masaki Abe, Shuntaro Takazawa, Naru Okawa, Mihiro Ikenaga, Fusae Kaneko and Yukio Takahashi*
*责任着者：东北大学国际放射光イノベーション?スマート研究センター　
大学院生　佐々木雄平、教授　高桥幸生
掲載誌：Scientific Reports
顿翱滨：

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问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学国际放射光イノベーション?スマート研究センター
教授　高橋 幸生（たかはし ゆきお）
TEL: 022-217-5166
Email: ytakahashi*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（报道に関すること）
东北大学多元物质科学研究所　広报情报室
TEL: 022-217-5198
Email: press.tagen*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）