Paradigm shift in the method for observing non-equilibrium processes in real space: Elucidation of nucleation processes from solution by TEM

实空间非平衡过程观察方法的范式转变：通过 TEM 阐明溶液中的成核过程

• 批准号: 20H05657
• 负责人: 木村 勇気
• 金额: $ 128.88万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-08-31 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H05657/
• 关键词: 核生成; ナノ粒子; 透過型電子顕微鏡; その場観察; 結晶成長

本研究課題は、溶液中の核生成に影響を与える要因の寄与の程度と物質依存性を解明し、核生成ルートを決めるキーファクターを見つけることを目的に研究を進めている。2022年度は、機械学習を取り入れた透過型電子顕微鏡（TEM）“その場”観察において、画像の鮮明化と核生成の早期検出のアプリケーションをTEMに実装した。これにより、結晶核をいち早く高分解能観察したり、素早く電子回折パターンを取得したりが可能となるため、データの質が飛躍的に高まることが期待される。従来は、偶然に核生成を観察できた数例で議論していたのに対して、十分なデータ数を使って定量的な議論を展開できるようになると期待される。水中のナノ粒子がぼんやりと見える程度の不明瞭画像を, 水を取り払ったかのような明瞭な画像に改善する手法を考案し、これまで可視化できなかった水中のナノメートルスケールの普遍的な動的挙動を捉えるアプリケーションの開発を進めている。水和層の無い気相からの核生成実験においては、2019-20年度に観測ロケットを用いた微小重力実験を宇宙航空研究開発機構と、アメリカ航空宇宙局（NASA）との国際共同研究で実施した、シリカ粒子核生成実験の成果を論文として公表した。特にシリカダストの生成効率に直結する付着確率は～1%と、従来想定されている～100%に比べて二桁小さな値であり、シリカダストの形成は非効率であることを明らかにした。これは、星周環境では、小さなケイ酸塩ダストが多数生成することを示す成果である。同様に、中心に炭化チタンのナノ結晶を持つ炭素質粒子は、ナノ領域特有の現象の一つである融合成長など、非古典的な過程を含む多段階の核生成過程を経て形成することを明らかにした。これは、隕石中に見つかるプレソーラー粒子や天体観測で検出されるダストの形成過程に新たな解釈を与える成果である。

The purpose of this research project is to elucidate the influence and factors of nucleation in solution and the degree and substance dependence.し、nuclear generation ルートをdetermination めるキーファクターを见つけることをpurpose に研究を进めている. Observation of the Transmission Electron Microscope (TEM) "Nano Field" in 2022において, the image is clear and the nucleus is generated in the early stages of 検出のアプリケーションをTEMに実装した.これにより, crystal nucleus をいちhayaya high decomposition energy kancha したり, element hayaya electron return パターンをIt's possible to achieve a high level of success, and a great leap forward in quality.従来は、accidental nuclear generationを観Observationできたseveral examplesで Discussionしていたのに対して、十なデータを って quantified discussion を unfolding できるようになるとexpectation される. Particles in the water, the degree of which is unclear, Water is taken out of water中のナノメートルスケールの universal な动晙动を取えるアプリケーションの开発を入めている. Water and layer's non-nucleated nucleation, 2019-20 year's に観measurement and いたmicrogravity にケットをAerospace research development Agency, NASA, and international joint research projects, and NASA particle nucleation research results are published in the paper. The special generation efficiency of the system is direct and the accuracy is 1%, and the accuracy is 100 %に than べて二桁小さな値であり, シリカダストの form は non-efficiency であることを明らかにした.これは, star environment では, small さなケイ acid 塩ダストが mostly generated することをshows the result である. It is a phenomenon unique to the field of carbonization and central carbonization of crystallized carbon particles. The fusion growth process, the non-classical process, the multi-stage nuclear generation process, the formation process, the process of growth, and the formation of the process.これは、Meteorite in に见つかるプレソーラーparticle celestial body observation で検The formation process of the new product is the new solution and the result of the product.

项目成果

NASAゴダード宇宙飛行センター/アメリカ・カトリック大学(米国)

美国宇航局戈达德太空飞行中心/美国天主教大学（美国）

Nucleation Process from Gas Phase by Molecular Dynamics Simulations ―Modification of Nucleation Rate and Its Application to the Noctilucent Clouds―

通过分子动力学模拟从气相成核过程“成核率的修正及其在夜光云中的应用”

• DOI: 10.11203/jar.37.247
• 发表时间: 2022
• 期刊: Earozoru Kenkyu
• 作者: 田中 今日子

Machine Learning for Molecular Graph Representations and Geometries

分子图表示和几何的机器学习

• 发表时间: 2021
• 作者: Hashikawa Yoshifumi;Murata Yasujiro;瀧川一学
• 通讯作者: 瀧川一学

微小重力実験から迫るダストの核生成効率

微重力实验中尘埃成核效率的方法

• 发表时间: 2021
• 作者: Yano Moei;Yasukawa Kazutaka;Nakamura Kentaro;Ikehara Minoru;Kato Yasuhiro;木村勇気
• 通讯作者: 木村勇気

水溶液成長における準安定相の形成プロセス：炭酸カルシウムを例として

水溶液生长中亚稳相的形成过程：以碳酸钙为例

• 发表时间: 2021
• 作者: 韓 智海;永島 結;川名結衣;弓削眞子;藤井健太;北田 敦;邑瀬邦明;梅林泰宏;川野潤
• 通讯作者: 川野潤