多成分階層構造解析のための中性子・X線小角散乱の併用

A Complemental use of SANS and SAXS for the analysis of multi-component hierarchical structure

山口 大輔; 能田 洋平; 小泉 智; 長谷川 良雄*; 菱沼 行男*; 鈴木 将*; 児玉 弘人*; 大沼 正人*; 大場 洋次郎*; 湯浅 毅*; 曽根 卓男*; 冨永 哲雄*

Yamaguchi, Daisuke; Noda, Yohei; Koizumi, Satoshi; Hasegawa, Yoshio*; Hishinuma, Yukio*; Suzuki, Masashi*; Kodama, Hiroto*; Onuma, Masato*; Oba, Yojiro*; Yuasa, Takeshi*; Sone, Takuo*; Tominaga, Tetsuo*

近年の材料は、高付加価値や高耐久性への要求に応えるため、さまざまな成分の複合体となっている。また、これらの複合材料においてその性能を左右するものが、添加物の分散状態であることが少なくない。このため、材料中のナノレベルの構造及び分散状態を調べる目的で小角散乱や電子顕微鏡等の解析手法が広く用いられている。しかしながら、構成成分が多く構造が複雑である場合には、複数の解析手法を併用しなければ、必要な構造情報を得ることも困難である。本発表では、単純な2成分系ではない試料に対して散乱法により解析を行う場合に、各成分に対して散乱コントラストが異なる中性子小角散乱(SANS)とX線小角散乱(SAXS)を併用することで引き出せる構造情報について、(1)窒素ドープを行った酸化チタン多孔体と、(2)シリカ微粒子又はカーボンブラック微粒子が充填されたゴム材料の2例を用いて考察する。2例ともに、SANSとSAXSの散乱プロファイルを比較することで、微量成分((1)の場合は窒素、(2)の場合は加硫促進剤である酸化亜鉛)の分布状態に関する情報が得られた。

Nowadays industrial materials tend to include a variety of additives and to be a composite of them to satisfy a high request for intelligent function and durability. Elucidation of such a multi-component and hierarchical structure is really a tough work but indispensable to learn the fundamentals of relation between the structure and property and to attain a reasonable improvement of those materials. Combined use of small-angle neutron scattering (SANS) and small-angle X-ray scattering (SAXS) often gives a good clue to decompose the total scattering of the organic/inorganic composite into the partial scattering from a particular component. Two examples will be demonstrated here for extracting the structural information from the composite specimen via this method; one is the distribution of the dopant nitrogen atoms in the porous photocatalyst and the other is the dispersion state of fillers in the rubber matrix.