Figure 1. TEM images of (A) NWs synthesized with binary OAC/OAM, (B) a magnified view of the NWs, (C), a HR-TEM image of a single NW, (D) NDs synthesized with DT, (E) HR-TEM image of an ND on-edge, and (F) HR-TEM image of an ND on-face.

装置利用 H22-JA011

Bi-Sb-Te ナノ粒子の構造解析

Structural characterization for Bi-Sb-Te nanoparticles

前之園 信也 a, Derrick Motta, Nguyen T. Maia

Shinya Maenosonoa, Derrick Motta, Nguyen T. Maia

a北陸先端科学技術大学院大学 aJAIST

化学合成で得られた Bi-Sb-Te ナノ粒子の構造解析を高分解能透過型電子顕微鏡（HR-TEM）を用いて行

った。オレイン酸／オレイルアミンを表面保護剤として用いた場合にはナノワイヤ（NWs）が得られ、

デカンチオールを表面保護剤として用いた場合にはナノディスク（NDs）が得られた。これらのナノ粒

子の構造を HR-TEM および走査 TEM（STEM）を用いて解析することによって、粒子生成メカニズムを

明らかにした。

We chemically synthesized nanoparticles composed of bismuth, antimony, and tellurium with both wire and disc shape, and then, characterized the atomic structures through use of the high-resolution TEM (HR-TEM) and scanning TEM (STEM). The atomic scale analysis of the particles revealed important insight into the nanoparticle structure. The in-depth atomic structural characterization is expected to lead to a greater understanding of why nanoparticles display such interesting and unique properties over the corresponding bulk materials.

背景： Bi-Sb-Teナノ粒子は、ナノ構造制御によ

って熱伝導率を低下させることができる次世代

の熱電材料である。実際にBi-Sb-Teナノ粒子を熱

電素子に供するには精密な形状および組成制御

が必要であるが、化学合成によって得られる

Bi-Sb-Teナノ粒子単体の結晶構造および組成分

布はX線回折およびTEM分析だけではわからな

い。そこで、高分解能TEM（HR-TEM）と走査TEM（STEM）を用いてBi-Sb-Teナノ粒子の原子レベ

ルでの構造解析を行う必要が在った。 目的： 本研究では、オレイン酸／オレイルアミ

ンおよびデカンチオールをそれぞれ表面保護剤

として用いて化学合成したBi-Sb-Teナノワイヤ

（NWs）およびナノディスク（NDs）の精密構造

解析を、HR-TEMおよびSTEMを用いて行うこと

を目的とした。 実験方法： BiCl3、SbCl3、TeCl4を原料とし、表

面保護剤にオレイン酸（OAC）／オレイルアミ

ン（OAM）あるいはデカンチオール（DT）を用

いて、エーテル中200℃で熱分解還元を行って

Bi-Sb-Te NWsあるいはNDsを得た。これらのナノ

粒子に対して支援装置であるHR-TEM（日立 H-9000NAR）およびSTEM（JEOL JEM-ARM200F）を用いて構造解析を行った。 結果及び考察： Fig. 1A-CにNWsのTEM像、

Fig.1D-FにNDsのTEM像をそれぞれ示す。NWは

直径約50-70 nm、長さ数μmであり、局所歪によ

って縞状の模様が観察される。NDsは厚さ約

10-20 nm、直径約50-200 nmであり、極めて結晶

性が良いことがわかった。Fig. 2にこれらナノ粒

子のXRDパターンを示す。NWsは主にhexagonal構造のTeとrhombohedral構造のBi2Te3の2つの相

からなっており、NDsはrhombohedral構造のBi2Te3

およびSb2Te3からなっていることがわかる。しか

しながら、これらの結果からは、単一ナノ粒子が

両方の相を同時に含んでいるかどうかが判別で

きないため、STEMを用いてより詳細な解析を行

っ た 。 Figs. 3 お よ び 4 に NW お よ び ND の

STEM-HAADF像および2次元EDS元素分析マッ

ピング像を示す。 結論： HR-TEMおよびSTEM解析の結果から、

NWsおよびNDsともに単一ナノ粒子が2相からな

ることが確認された。 論文発表状況・特許状況 [1] D. Mott, Nguyen T. B. Thuy, Nguyen T. Mai, Y.

Maeda, Tran P. T. Linh, M. Koyano, and S. Maenosono, Phys. Status Solidi (a) 208, 52 (2011).

[2] D. Mott, Nguyen T. Mai, Nguyen T. B. Thuy, T. Sakata, K. Higashimine, M. Koyano, and S. Maenosono, submitted.

Figure 2. XRD patterns of (A) nanowires and (B) nanodiscs. The symbols correspond to Te with hexagonal structure ( ), and Bi2Te3 ( ), Sb2Te3 ( ) and (Bi0.5Sb0.5)2Te3 ( ) with rhombohedral structure.

Figure 3. EDS Mapping of NWs synthesized with binary OAC/OAM. From left to right, dark field image, Bi map, Te map, and an overlay of the Bi and Te maps.

Figure 4. EDS Mapping of a single ND synthesized with DT. From left to right, dark field image, Bi map, Te map, and an overlay of the Bi and Te maps.