透過電子顕微鏡内へのガス導入による固体無機反応のその場観察

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反応ガスに酸素を使う固体無機反応実験を行った。透過電子顕微鏡(TEM)内での酸化および還元反応について、種々の実験を遂行した。1)ヘマタイト(Fe_2O_3)の粉末を試料として、電顕内で還元反応とそれに続く酸化反応の過程をその場観察した。低倍の観察とEELS分析から、ヘマタイトはウスタイト(Fe_<1-x>O)を経て、鉄まで還元され、再酸化によってヘマタイトまで酸化することが認められた。しかし、還元および酸化過程でマグネタイト(Fe_3O_4)の形成は観察できなかった。2)酸化ニッケル(NiO)の粉末を試料として、電顕内で還元反応とそれに続く酸化反応の過程をその場観察した。低倍の像観察とEELS分析からニッケルまで還元されることが観察された。同じ場所における酸化実験ではNiOの形成が確認された。高分解能電顕観察、制限視野回折からNiOとNiはトポタクシャルな方位関係を持つことが分かった。3)低融点金属の錫(Sn)とビスマス(Bi)の液滴の酸化還元反応をその場観察した。Snナノ液滴は、固体の酸化では見られなかった酸化膜が液滴内部に層状の結晶となって成長していくことが観察された。この層状の酸化膜は、高温では安定であるが、低温では電子線の照射の影響でアモルファス化が生じ、不安定であった。Biの液滴では酸素ガスの導入でウィスカー状の酸化物が液滴の根元に成長し、還元雰囲気では逆に収縮することが観察された。このような酸化物の成長は固体のSnやBiでは見られなかった。