단일 무료 바카라 척도에서 유기 물질의 수소와 중수소 분포를 성공적으로 구별

플라스틱 및 유기 반도체와 같은 고도로 기능성 유기 물질의 특성을 정확하게 제어하려면 무료 바카라 수준에서 재료 내부의 미세 구조를 명확히하는 것이 필수적입니다 그러나 지금까지 무료 바카라 수준에서 유기 물질의 화학적 결합 또는 무료 바카라 위치를 식별하는 기술은 없었다

Jinnai Koji 교수 및 Tohoku University의 Miyata Tomoshu 교수, Chiga Ryonori, Osaka University, Osaka University의 Suenaga Kazutomo 및 Osaka University의 Nanomaterial Research Division, Chiga Ryonori의 수석 연구원, Hagita Katsumi, Legita Katsumi, Hagita Katsumi, 국방부 (Institute of Defense)는 전자 빔을 사용하여 자체 무료 바카라 진동 매핑 방법을 개발했으며, 수소와 중수소의 화학 결합 간의 차이를 탄소마다 구별함으로써, 이들은 3 nm의 해상도에서 유기 물질에 존재하는 중수소-표지 된 무료 바카라의 공간 분포를 성공적으로 이미지화했다 이 기술은 유기 물질의 정확한 구조 분석을 가능하게하며 고성능 고성능 재료의 개발을 가속화 할 것으로 예상됩니다

이 연구 결과는 2025 년 3 월 24 일 (영국 시간)에 발표됩니다Nature Nanotechnology에 게시됩니다

연구 배경

유기 재료는 목재, 섬유, 플라스틱, 고무, 액정, 유기 반도체 및 심지어 의약품에서 우리 주변에서 널리 사용됩니다 이러한 다양한 유기 물질의 성능을 최대화하고 품질을 엄격하게 제어하려면 무료 바카라 수준에서 구조와 특성을 정확하게 분석해야합니다 그러나, 유기 물질의 내부 구조, 특히 동일한 종의 화합물 내에 묻혀 있기 때문에 개별 무료 바카라의 결합, 형태 및 공간 분포를 파악하는 것은 매우 어렵다

이 문제에 대한 효과적인 방법은 다음과 같습니다중수소 라벨링 방법^{(주 4)}가 있습니다 이 기술은 유기 화합물로부터의 수소가 안정적인 동위 원소 중수소로 표지되어 있더라도 화학적 특성이 크게 변하지 않아 특정 기능 그룹과 무료 바카라 만 선택적으로 표지하여 공간 분포를 측정 할 수 있다는 특성을 활용한다 그러나, 중수소 라벨을 관찰하는 기존의 방법 (예 :Nutron 이미징^{(주 5)}ya핵 자기 공명 영상 (MRI)^{(참고 6)}at공간 해상도^{(주 7)}로 인해, 표지 된 기능 그룹 및 무료 바카라의 정확한 위치는 무료 바카라 스케일에서 결정될 수 없었다

이번에는 이니셔티브

이 연구 그룹은 자체 원본을 개발했습니다변속기 전자 현미경^{(주 8)}기술을 사용하여 3NM 분해능을 갖는 중합체 샘플에서 수소 및 중수소의 공간 분포를 성공적으로 식별했습니다 투과 전자 현미경을 사용한 종래의 영상에서, 수소와 중수소는 구별없이 관찰되며, 이러한 공간 분포는 분리되고 시각화 될 수 없다 그러나, 매우 높은 에너지 해상도를 갖는 변속기 전자 현미경을 사용합니다전자 에너지 손실 분광법 (EELS)^{(주 9)}무료 바카라 진동 스펙트럼^{(주 10)}를 얻는 것이 가능하며, 수소와 중수소는 탄소-하이드로겐 (C-H) 및 탄소-공학 (C-D) 결합의 신장 진동 에너지의 차이와 구별 될 수 있습니다 또한, 전자 빔을 원자 크기로 내려가는 전자 빔을 좁히고, 분광기는 큰 각도로 산란 된 전자만이 이론적으로 이미지의 C-D 결합 (거의 03 nm)의 해상도에 가능해졌다 (도 1) (그림 1)

중수화 된 폴리스티렌 (DPS) 및 비 분리 폴리 (2- 비닐 피리딘) (P2VP)로 구성 되어이 중수화 된 영상 기술의 효과를 입증하기 위해블록 공중 합체^{(주 11)}dps-블록-P2VP 박막이 이미지화되었습니다 (그림 2) 전통적인앵글 어두운 필드 스캐닝 변속기 전자 현미경 (ADF-STEM)^{(주 12)}에서, 나노 스케일에서 DPS 및 P2VP 도메인이 교대로 배열되는 라멜라 구조가 관찰되었다 대조적으로, 이번에 개발 된 기술을 사용하여 C -D 및 C – H 결합의 스트레치 진동 피크 강도를 매핑했으며, 예상대로 각 도메인을 명확하게 식별 할 수있었습니다 또한, DPS 도메인이 P2VP 도메인을 약간 침식하는 것으로 밝혀졌다거친 입자 무료 바카라 역학 방법 (거친 입자 MD)^{(주 13)}를 기반으로 한 계산 표면 에너지의 작은 차이로 인해 DPS가 P2VP 필름의 표면에 둘러싸여있을 때 관찰되었음을 보여 주었다 이러한 무료 바카라 수준의 국소 구조를 식별하는 것은 전통적인 분석 기술에서 어려웠습니다

다음, 다음, 블록 공중 합체 DPS- DPS 및 비 분리 폴리스티렌 (PS)블록-PS 도이 방법을 사용하여 분석되었습니다 (그림 3) DPS 및 PS는 동일한 탄소 원자 골격을 가지며 화학적 특성은 매우 유사하므로 각 블록 체인은 도메인을 형성하지 않고 무료 바카라 수준에서 혼합됩니다 또한, DPS 및 PS는 ADF-STEM 관찰에 의해 구별되지 않았기 때문에, 샘플 내부의 각 블록 가닥의 공간 분포를 구별 할 수 없었습니다 그러나 이번에 개발 된 방법을 사용하여 C -D 및 C -H 결합의 스트레칭 진동 피크 강도를 매핑하여 각 구성 요소의 고르지 않은 분포를 성공적으로 이미지화했습니다 각 맵에는 10 nm 미만의 많은 미세 구조가 포함되어 있으며, 거친 입자 MD 계산과 결합 될 때,이 미세 구조는 중합체 사슬이 반송 모델에서 움직이는 튜브의 두께로부터 도출 될 수 있다고 제안되었다 DNA와 같은 바이오 폴리머보다 얇은 튜브를 갖는 합성 폴리머에서, 기존 분석 기술에서는 파트 튜브의 직접적인 관찰은 불가능하며, 그 존재는 실험적으로 입증되지 않았다 이 연구 결과는 중합체 과학의 기초를 형성하는 파트 션 모델을 입증하기위한 큰 단계입니다

미래 개발

이 연구에서 개발 된 분석 방법은 파트 션 모델과 같은 기본 이론의 경험적 일뿐 만 아니라 산업의 유기적 재료 개발에 상당한 기여를 할 수있는 잠재력을 가지고 있습니다 예를 들어, 중합체 산업에서, 화학 물질은 일반적으로 수지 및 고무와 같은 물질의 물리적 특성 및 가공성을 정확하게 제어하기 위해 2 ~ 7 개의 성분을 포함합니다 이번에 개발 한 방법을 적용함으로써 이러한 복잡한 구조 내에서도 특정 화학 결합 및 화학 물질의 공간 분포를 높은 정확도로 식별 할 수있을 것으로 예상됩니다 이러한 무료 바카라 수준의 구조 정보를 얻음으로써, 이해하기 어려운 중합체 물질의 거시적 물리적 특성 및 골절 특성의 미세한 기원을 명확히 할 수 있으며, 결과적으로 고성능 및 고성능 물질의 발달로 이어질 것으로 예상된다

이 연구는 일본 과학 기술 기관 (JST) 전략적 창의적 연구 촉진 프로젝트 크레스트 (JPMJCR1993, JPMJCR20B1), Sakigake (JPMJPR2009), 과학 프로모션 (JSPS) 과학 연구 기기 (JPMJPS) 과학 연구 기기 (JP21H05, JP2225, JP2225, jp2225, JP2225, JP22229)의 보조금으로 수행되었습니다 JP23H00277) 및 유럽 연구위원회 "More-Tem" 중성자 산란 실험은 도쿄 대학교의 물리적 특성 연구소 (Institute for Physical Properties)에서 운영하는 JRR-3 National Joint Use General 할당 (21404)에서 수행되었습니다

제목 : 전자 분광법을 사용한 무료 바카라 물질의 나노 스케일 C – H/C – D 매핑
저자 : Chiga Ryonori^*, Hagita Katsumi^*, Miyata Tomoshu, Wang Kokata, Mayumi Koichi, Jinnai Koji^*, Suenaga Kazutomo
^*책임있는 저자 : Jinnai Koji 교수, Tohoku University의 다중 물질 과학 연구소 교수, 수석 연구원, Nanomaterial Institute, Nanomaterial Institute of Advanced Industrial Science (Osaka University, Osaka, Osaka 연구소 부교수) Chiga Ryonori의 부교수, HIGIT, National Defense, National Defense, National Deferic, National Deferice, National Defense, National Profession of Advanced Industrial Science 교수 Katsumi
게시 된 잡지 :Nature Nanotechnology
doi : 101038/s41565-025-01893-5
URL :https : //wwwnaturecom/articles/s41565-025-01893-5

참고 1 중수소

핵이 하나의 양성자와 하나의 중성자로 구성되는 수소의 안정적인 동위 원소 질량은 수소의 두 배나 높지만 거의 동일한 화학적 특성을 나타냅니다 동위 원소는 동일한 원자 수와 다른 중성자 수의 원자 핵을 갖는 원자입니다[참조로 돌아 가기]

참고 2 나노 미터 (NM)

1 나노 미터는 10 억 분의 1 미터입니다 1 나노 미터는 1 nm로 표시됩니다[참조로 돌아 가기]

참고 3 파트 션 모델

이 모델은 중합체 형 사슬 구조가 파충류 (뱀과 같은 파충류)와 같은 축 방향으로 이동할 수 있도록하고, 중합체의 점탄성 특성을 설명하는 대표적인 모델입니다[참조로 돌아 가기]

참고 4 중수소 라벨링 방법

특정 무료 바카라 또는 화합물에 대한 검출 가능한 라벨 (마커)을 검출, 시각화 또는 추적하는 무료 바카라 표지 방법의 유형 유기 화합물을 구성하는 수소 원자는 중수소로 대체되고 중성자 산란, 핵 자기 공명, 질량 분석법, 적외선 분광법 등에 의해 중성자 수와 중성자 수의 차이를 활용하여 중성자 산란, 핵 자기 공명, 적외선 분광법 등에 의해 검출된다 중수소 및 수소의 화학적 특성은 매우 유사하기 때문에, 유기 물질의 원래 구조와 거동을 크게 변화시키지 않으면 서 특정 무료 바카라와 화합물 만 감지 될 수 있다는 이점이있다[참조로 돌아 가기]

참고 5 중성자 이미징

X- 선이 신체의 내부 상태를 검사하기 위해 전염되는 기술, 중성자는 신체의 내부 상태를 검사하기 위해 전송됩니다[참조로 돌아 가기]

참고 6 핵 자기 공명 영상 (MRI)

원자 핵이 자기장에서 무선 파를 흡수하는 핵 자기 공명 (NMR) 현상을 사용하는 기술, 역학적 이미지와 같은 살아있는 무료 바카라체와 같은 무료 바카라 물질에 포함 된 물 및 기타 물질의 분포를 관찰하는 기술[참조로 돌아 가기]

주 7 공간 해상도

위치에 근접하여 분리되는 것으로 두 점을 구별하는 능력이며 최소 거리로 표현됩니다[참조로 돌아 가기]

참고 8 변속기 전자 현미경

샘플이 고속 전자 빔으로 조사되는 방법, 투과 전자를 감지하고, 샘플의 내부 구조를 관찰하며, 전자 에너지 손실 분광학을 사용한 측정 (주 9 참조)[참조로 돌아 가기]

참고 9 전자 에너지 손실 분광법 (Eels)

샘플을 통과 할 때 손실 된 에너지를 사용하여 전자 빔이 분포되는 방법 충분히 모노 크롬 화 된 전자 빔이 사용될 때, 투과 전자 빔은 샘플 내부의 결합의 스트레칭 및 변형 진동과 상호 작용하고, 에너지 손실은 피크로 검출되어 무료 바카라 진동 스펙트럼을 얻을 수있게한다 이 연구에서, 우리는 각 결합의 공간 분포를 이미지화하기 위해 C-H 및 C-D 결합 (피크가 다른 손실 에너지 위치에 나타남)의 스트레치 진동 에너지를 사용했습니다[참조로 돌아 가기]

참고 10 무료 바카라 진동 스펙트럼

무료 바카라 내 결합의 스트레칭 및 변화 각인 진동과의 상호 작용으로 인한 전자기 파 흡수 및 산란의 강도를 나타내는 스펙트럼, 파도 수 (파장의 상호)에 비해 전자 빔의 에너지 흡수 진동 피크는 화학 결합의 유형과 주변 환경에 따라 다른 파수와 에너지로 나타나며 화학 결합의 유형과 비율, 무료 바카라 구조 및 조정 환경을 식별하는 데 사용됩니다 주로 적외선 광선의 에너지 범위에 해당하며 전자기파를 사용한 일반적인 측정 방법에는 적외선 분광법 및 라만 분광법이 포함됩니다[참조로 돌아 가기]

참고 11 블록 공중 합체

다른 화학 조성물을 갖는 다중 사슬 (블록 체인)이 끝에서 결합되어 단일 사슬을 형성하는 중합체 각 블록 체인의 화학적 특성이 상이 할 때, 각 블록 체인이주기적인 도메인 구조를 형성하기 위해 각 블록 체인이 모이는 마이크 영동 분리가 발생한다 각 블록 체인의 화학적 특성이 동일 할 때, 마이크 영동 분리가 발생하지 않고 혼합물이 서로 혼합됩니다 (호환 상태)[참조로 돌아 가기]

참고 12 환형 어두운 필드 스캐닝 전송 전자 현미경 (ADF-STEM)

투과 전자 현미경의 유형 한 지점에서 전자 빔이 초점을 맞추는 기술은 샘플에서 스캔 (스캔)되며 각 지점을 통과 한 전자는 고리 검출기를 사용하여 이미지를 형성합니다[참조로 돌아 가기]

참고 13 거친 입자 무료 바카라 역학 방법 (거친 입자 MD)

무료 바카라 내의 부분 구조를 하나의 입자 (거친 그레이싱)로 처리함으로써 특정 온도에서 원자와 무료 바카라의 움직임을 시뮬레이션하는 방법, 뉴턴 방정식을 해결하기 위해 적절한 전위 (힘 필드)를 할당합니다[참조로 돌아 가기]