JFEテクノリサーチの物理分析

JFEテクノリサーチの物理分析へのアプローチ

JFEテクノリサーチは、物理解析・ナノ材料解析の手法を用い、各種材料・製品・部品ごとに、マクロから原子スケールまでの微細構造を、分析、解析いたします。

材料に合わせた分析方法をご紹介し、最適な解析技術をご提供いたします。

物理分析に使われる機器類、手法は、急速な進歩を遂げています。分析手法から見た物理分析についてもご紹介いたします。

材料分野から見る物理分析

物理解析・ナノ材料解析の役割

開発・研究の方向付け、故障・不具合解決、工程管理のためには、材料の物性を正確に把握したうえで使用環境を考慮して、現象を考察する事が必要です。

当社は、物性の把握、現象の考察を通して、対応についてのご提案までをお受けしています。

STEP1.物性の把握

化学分析、物性評価からわかること

  • 強度:組織・方位
  • 腐食・触媒・電池・摩擦:電気化学反応・表面反応
  • 電子・電気物性:電子状態
  • 磁性:組織・方位、磁区

物理分析によりわかること

  • 形態観察:組織(マクロ~ナノ)、粒径分布
  • 定性・定量分析:平均・局所組成
  • 状態分析:化合物種・結晶相
  • マッピング・深さ方向分析:組成・化学状態分布

STEP2.現象の考察

プロセス、使用環境などを考慮して、現象を考察します。

  • 腐食反応
  • 接合反応
  • 電気特性 など

STEP3.コンサルティング

考察結果をもとに、次のようなご提案が可能です。

  • 開発・研究の方向付け
  • 故障・不具合解決
  • 工程管理
物理解析・ナノ材料解析の役割

材料に合わせた解析技術

材料ごとで、必要な物性を発現する構造は異なります。その構造にあわせた最適な解析技術を提供します。

薄膜・表面処理

  • 摩擦・摺動・耐食性・色調・電子物性・磁性・光学特性など

無機材料・セラミックス

  • 高強度、高耐食性、電気物性(絶縁性・電気伝導性・誘電性)、光学特性など

磁性材料

  • ハード磁性材料・軟磁性材料磁性特性(B-H特性、ヒステリシスなど)など

触媒・超微粒子・ナノ材料

  • 触媒・超微粒子・ナノ材料

電池材料

  • リチウムイオン二次電池用材料
    (正極材、負極材など)
    充放電特性、起電力、耐久性
  • キャパシタ・燃料電池・太陽電池
    起電力、触媒活性、酸化還元、水素透過性、耐久性、耐食性など

有機・高分子材料

  • 強度、高耐食性、電気物性(絶縁性)、光学特性など

医療・バイオ

  • 強度、耐食性、生体適合性、異物の混入・生成など

環境・安全性

  • 微粒子(アスベスト、ナノ粒子など)の安全性

分析手法から見る物理分析

金属、セラミックス、高分子などの薄膜、微粒子を用いた各種製品、複合材料の断面・界面構造や形態を、ナノスケールの分解能で観察、分析いたします。断面・界面構造観察用の精密な試料調整も受託いたします。

制御される構造のサイズ、分析する手法は材料毎に異なります。

最適な形態観察元素分析表面化学状態分析結晶構造解析に最適な解析技術を提案します。

ナノ材料解析の実用的分析厚さと検出濃度範囲

各種分析手法の実用的な分析厚さと、検出濃度範囲は限られています。一例を示します。

ナノ材料解析の実用的分析厚さと検出濃度範囲

材料ごとに異なる顕微鏡法の選択

分析したい対象物によって、構造が異なりますので、分析手法も異なります。

形態観察

各種のバルク材料、薄膜・表面処理、微粒子の形態(形状、大きさ・厚さ、粒度分布、凝集性)などを観察します。

  • 表面形態・構造観察
  • 断面・微細構造観察

元素分析

様々なバルク材料、薄膜・表面処理、微粒子を構成する元素分析を行います。(定性・定量分析、面内分布・深さ方向分布・3次元分布、化学結合状態)などを観察します。

  • 微小部元素分析
  • 表面化学状態分析
  • バルクの化学状態分析

結晶構造解析

様々なバルク材料、薄膜・表面処理、微粒子の結晶構造(物質同定、結晶構造決定、結晶配向性・集合組織、残留応力)を観察し、評価・解析をいたします。

  • 平均情報
  • 局所分析

試料調整

様々な材料(鉄鋼・非鉄金属、セラミック、半導体、ポリマー、薄膜・表面処理など)の断面研磨、FIB加工、アルゴンイオンビーム加工、ミクロトームなど、原子スケールからマクロスケールまでの分析に適した試料調整を行います。

ダメージの入りやすい高分子材料に適したクライオミクロトーム・FIB、リチウムイオン二次電池材料やネオジム磁石では、必須となる大気非暴露環境下での調整にも対応いたします。

物理分析の主な評価項目と解析手法(当社保有技術)

形態観察

評価内容:形状、大きさ・厚さ、粒度分布、凝集性
  略号 英語名称
収差補正型走査透過電子顕微鏡 Cs corrector TEM Transmission Electron Microscopy with Cs corrector
透過電子顕微鏡 TEM Transmission Electron Microscopy
極低加速電圧走査電子顕微鏡 ULV-SEM Ultra Law Voltage Scanning Electron Microscopy
走査電子顕微鏡 SEM Scanning Electron Microscopy
3次元計測走査電子顕微鏡 3D-SEM Three Dimensional Scanning Electron Microscopy
デュアルビーム走査電子顕微鏡 FIB-SEM Focused Ion beam - Scanning Electron Microscopy

表面化学、状態分析

評価内容:定性分析、化学状態分析、化合物同定、元素分析(深さ方向、面内、3次元)、定量分析
  略号 英語名称
X線光電子分光法 XPS X-ray Photoelectron Spectroscopy
オージェ電子分光法 AES Auger Electron Spectroscopy
二次イオン質量分析法 SIMS Secondary Ion Mass Spectrometry
飛行時間型二次イオン質量分析法 TOF-SIMS Time Of Fright-Secondary Ion Mass Spectrometry
電子線マイクロアナリシス EPMA Electron Probe Micro-Analysis
電界放出型電子線マイクロアナリシス FE-EPMA Field Emission-Electron Probe Micro-Analysis
電子エネルギー損失分光法 EELS Electron Energy Loss Spectroscopy
昇温熱脱離分析法 TDS Thermal Desorption Spectroscopy
ラマン散乱分光法 RSS Raman Scattering Spectroscopy
フーリエ変換赤外分光法 FT-IR Fourier Transform Infrared Absorption
レーザーアブレーション誘導結合プラズマ質量分析 LA-ICP-MS Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry

評価項目:結晶構造解析

評価内容:物質同定、結晶構造、結晶配向
  略号 英語名称
X線回折法(リートベルト解析可能) XRD X-ray Diffraction
電子回折 ED Electron Diffraction
後方散乱電子回折 EBSD/EBSP EBSD:Electron Backscatter Diffraction
EBSP:Electron Backscatting Pattern

評価項目:組成分析

評価内容:組成定量分析(化学分析・機器分析)
  略号 英語名称
誘導結合プラズマ発光分析 ICP-AES Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry
誘導結合プラズマ質量分析 ICP-MS Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry
近赤外-近紫外領域の分光光度計 UV-VIS UV-VIS
原子吸光分析法 AAS Atomic Absorption Spectrometry
ガスクロマトグラフ質量分析 GC-MS Gas Chromatograph Mass Spectrometry
液体クロマトグラフ質量分析 LC-MS Liquid Chromatograph Mass Spectrometry

評価項目:物性評価

評価内容:粒度分布、熱物性、比表面積・細孔径分布、密度酸化・還元溶解性・分散性
  略号 英語名称
レーザー回折粒度分布計測    
熱分析 TA Thermal Analysis
熱重量分析 TG Thermogravimetric Analysis
示差熱分析装置 DTA Differential Thermal Analysis
示差走査熱量分析 DSC Differential Scanning Calorimetry
比表面積測定、細孔径分布(BET法)    

評価項目:作業環境分析・調査

評価内容:
  略号 英語名称
TEMによるナノ粒子濃度計測    

当社の論文および学会発表例

論文・学会 発表先 発表年 タイトル
論文 表面技術 2013 溶融亜鉛めっき鋼板の合金化挙動に及ぼす鋼板前処理の影響
論文 群馬県分析研究会会報 2013 電子顕微鏡を用いた材料のナノ構造観察の最前線
国際会議 6th International Symposium
on Practical Surface Analysis
2013 "Damage of ZrO2 by Argon Ion Bombardment"
国内学会 日本分析化学会
高分子材料懇話会
2008 "極低加速電圧SEMによる材料極表面の新しい解析法"
国内学会 2009年表面分析研究会
第29回研究会
2009 新しい表面観察としての極低加速電圧SEM
国内学会 2009年異物研究会
第1回フォーラム
2009 異物分析、不具合調査のための物理解析技術
国内学会 2009年日本表面科学会講演大会 2009 極低加速電圧SEMによる材料観察の進展
国内学会 2010年表面技術協会ナノテク部会 2010 ナノ材料開発における分析・解析技術
国内学会 2011年日本表面科学会講演大会 2011 鉄鋼材料の進歩に対して表面分析が果たした役割
国内学会 2011年熱処理技術協会講演大会 2011 ULV-SEMによる金属材料微細構造解析の最前線
国内学会 2012年応用物理学会講演大会 2012 Arイオン照射によるZr酸化物の損傷
国内学会 2012年日本表面科学会
第32回表面科学学術講演会
2012 Arイオン照射によるZrO2 の損傷
国内学会 応用物理学会
先進パワー半導体研究会
第20回講演会 企業展示
2012 原子スケールからマクロスケールまで構造サイズに合わせた電子顕微鏡技術
国内学会 群馬県分析研究会
第37回研究発表会
2013 電子顕微鏡を用いた材料のナノ構造観察の最前線
国内学会 2013年顕微鏡学会 2013 表面・界面分析のための極低加速電圧走査電子顕微鏡法の活用例
国内学会 応用物理学会
先進パワー半導体研究会
第22回講演会
2013 Cs補正STEMを用いたゲート酸化物/SiC界面におけるCの状態解析
国内学会 応用物理学会
先進パワー半導体研究会
第22回講演会
2013 原子スケールからマクロスケールまで構造サイズに合わせた電子顕微鏡技術
国内学会 希土類学会
第30回希土類討論会
2013 Cs補正STEMを用いたネオジム磁石における粒界相の原子スケール構造解析技術
国内学会 応用物理学会
先進パワー半導体分科会
第2回講演会第2回講演会
2014 電子顕微鏡によるからマクロから原子スケールまで構造サイズに合わせた界面観察技術

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