一般財団法人材料科学技術振興財団　MSTの製品・サービス一覧

代表的な固体試料表面の質量分析法であるTOF-SIMSとMALDI-MSでは、ともに定性分析やイメージン グ分析が可能です。ハードイオン化法を利用するTOF-SIMSでは、質量が数百までの無機・有機成分を 高感度に検出できます。一方、ソフトイオン化法を利用するMALDI-MSでは、数千～数万の高分子を検 出できます。また、照射ビームの径に依存してイメージの空間分解能も異なります。

リチウムイオン二次電池の電解液をGC/MSを用いることで、定性・定量を行うことが出来ます。以下の例では、有機系溶媒としてエチレンカーボネート（EC）やエチルメチルカーボネート（EMC）、添加剤としてビニレンカーボネート（VC）を同定したものです。また溶媒の組成比及び添加剤の含有量を求めることも可能です。なお、添加剤としては、このほかにフルオロエチレンカーボネート（FEC）、エチレンサルファイト（ES）等の評価も可能です。

リチウムイオン二次電池の特性、信頼性には材料が大きく関与しますが、その中でも電解液の影響が大きいと言われています。円筒型、ラミネート型等の各種形状の市販品も適当な方法で電解液を抽出することで、有機溶媒や添加剤を特定することができます。以下の事例は、角型電池から抽出したもので、有機系溶媒としてエチレンカーボネート（EC）、エチルメチルカーボネート（EMC）、ジエチルカーボネート（DEC）、添加剤としてフルオロエチレンカーボネート（FEC）が用いられていることを確認しました。

粘着テープは日用品としての用途をはじめ、医療用・建築用・絶縁用等、幅広い用途に使用されています。これに用いられる粘着剤はその用途によって異なり、種々の素材が使われています。本事例では市販粘着テープの粘着剤について、熱分解GC/MS法による構造解析を行なった事例を紹介します。 3種のテープの測定を行なったところ、それぞれアクリレート系・スチレン/イソプレン系・シリコーン系という異なる素材が使われていることが分かりました。

髪のキューティクル表面は18-MEA（18-メチルエイコサン酸）と呼ばれる脂質で覆われています。18-MEAは髪のツヤやまとまりの元と言われており、紫外線やヘアカラーで18-MEAが減少すると、キューティクルがダメージを受けやすくなります。 本事例では、健康毛（ヘアカラー処理をしていない毛根付近の毛）とダメージ毛（ヘアーカラー処理済み）の表面の18-MEAの違いをTOF-SIMSで評価した結果をご紹介します。

皮膚切片を作成し、凍結乾燥させたサンプルについて、生体由来成分の分布をTOF-SIMSで評価しました。TOF-SIMSでは成分を分子イオンの質量から同定するため、蛍光物質などの標識が不要であり、標識物質の影響なく分布を評価することが可能です。マッピングの結果から、天然保湿因子(NMF)であるアルギニンや、細胞間脂質として水分を保持する働きをもつコレステロールが角質層に偏在していることが確認できました。同様にして薬剤塗布時の浸透状態を評価する際にも有効な手法です。

透明酸化物半導体であるIGZO薄膜はディスプレイ用TFT材料として研究開発が進んでいます。IGZOは薄膜の組成や膜中の不純物量で特性が変化する材料であり、組成・不純物の情報を得ることは重要です。 今回は薄膜の原料であるIGZO粉末の主成分及び金属不純物元素量について、ICP-MSを用いて高精度に評価した事例を紹介します。粉末に限らずバルク・薄膜でも分析可能です。

市販の食品用ラップフィルム3点（A、B、C)について、未使用品の表面の成分をTOF-SIMSで分析しました。本資料では、図1のようにラップフィルムの最表面に着目して分析を行いました。

レスベラトロールはポリフェノールの一種であり、天然の抗酸化物として注目を浴びている物質です。ぶどうの皮に多く含まれているレスベラトロールは、ぶどうの皮ごと原料として使用する赤ワインにも含有されています。本資料では、3種類の市販の赤ワインに含まれるレスベラトロールの量をLC/MS/MS法を用いて測定し、比較した分析事例をご紹介致します。

UV硬化樹脂は紫外線を当てることで短時間で硬化し、使い勝手の良さからコーティング用材料や接着剤として広く用いられています。素材として多用されているアクリレート樹脂では、GC/MS分析で一般的なイオン化法であるEI法でアクリレートモノマーの分子イオンが検出されにくいため、構造推定は不十分でした。ここでは、従来のEI法による部分構造情報に加え、ソフトイオン化法であるFI法を併用することで分子イオンの検出を可能とし、アクリレートモノマーの構造を推定した事例を紹介します。

ガラス繊維強化プラスチック(Glass Fiber Reinforced Plastics)は安価で軽量且つ高強度の材料です。 その成分や分布、内部構造の知見を得ることは製品設計において重要な項目となります。 本資料では、GFRP材料としてGF強化PEEK(Poly Ether Ether Ketone)の成分や構造、UV照射後の樹脂 の劣化成分について評価した事例を紹介します。

有機材料（樹脂）の多くは、経年劣化などで変色することがあります。原因としては、高分子内の一部が共役二重結合を形成する場合や、樹脂中に含まれる添加剤の変性、周辺物質の転写など様々です。 添加剤の変性が原因となる場合は、原因物質を溶出させることで、LCやGCなどで分析できます。 ここでは、樹脂の変色原因と分析方法の概要と、黄変したポリウレタンの着色原因物質をLCで分離し PDAとMSを組み合わせることで定性した事例を紹介します。

リチウムイオン二次電池の正極表面における成分の偏析や被膜の形成は、電気容量に影響する一因と なります。正極として用いられるLi（NiCoMn)O2（NCM）について、AESによる微小領域マッピングおよびXPS、TOF-SIMSによる有機成分（バインダー）や活物質表面被膜の定性分析を行った事例を紹介いたします。これらの手法では、測定までの一連の処理をAr雰囲気下で行い、試料の変質を抑えた分析が可能です。

リチウムイオン二次電池の正極として用いられるLi（NiCoMn)O2（NCM）では、Ni比率を高めることで高容量化が可能となり、高温保存性にも優れることから、車載用として量産されております。一方、NiイオンがLiサイトを占有するカチオンミキシングが二次電池の劣化の要因の一つであるとされております。正極活物質についてICP-MSによる金属含有量評価、XRDによる結晶構造評価を行い、その結果を用いて、リートベルト解析を行い、カチオンミキシングの割合を評価した事例を紹介いたします。

樹脂(合成高分子)はモノマーの重合体であり、種類に応じて特徴的な官能基を有しています。その構造に由来して耐熱性・強靭性・電気絶縁性等の性質を示すため、梱包材・接着剤・塗料等に幅広く使用されています。樹脂の性質を把握する上で構造解析は重要であり、一般的な分析手法としてはFT-IRと熱分解GC/MSが挙げられます。FT-IRでは官能基の評価、熱分解GC/MSではモノマーや部分構造の評価ができるため、2手法を組み合わせることで多種多様な樹脂に対して構造解析が可能になります。

接着剤などの樹脂材料は硬化後であっても、加熱した際にガス成分が発生することがあります。製造装 置などに樹脂が含まれる場合、発生したガス成分は装置や製品に悪影響を及ぼすことがあるため、実 際の材料を使用する温度や雰囲気でアウトガス成分を把握しておくことが重要です。 本事例ではエポキシ系接着剤を硬化後に加熱し、発生したガスをヘッドスペース- GC/MSにより分析し た結果を紹介します。

リチウムイオン電池の次世代電池である全固体電池は、高安全性・高エネルギー密度・高出力・広い作 動温度が期待されています。近年、実用化に向けた研究開発は盛んに行われている一方で、さまざまな 開発課題があります。MSTでは構造・組成・電気の総合分析評価を基に、開発課題の解決に適した評価 内容を提案いたします。本資料では全固体電池の開発課題の具体例とその評価内容、そして、各構成 部材の代表的な評価手法を紹介いたします。

リチウムイオン二次電池のバインダは活物質同士の結着剤としての役割の他、電解液に対する不溶性 も必要となります。その為、正極、負極、それぞれに適した材料選択が重要となります。 本資料では、各電極シートに用いられているバインダの成分について、正極バインダをTOF-SIMS、負 極バインダをGC/MSにて測定を行い、材料ライブラリーデータと照合することで材料を同定した事例を紹介いたします。

リチウムイオン二次電池の電解液には、電気伝導率の向上のため、比誘電率の高い溶媒と粘度の低い溶媒が組み合わされて用いられます。また、添加剤や電解質（支持塩）にはLiイオンの輸送のほか、電極表面に被膜を形成する機能があり、様々な性能が求められております。電解液そのものをICP-MSで、 電解液加熱時の揮発成分をGC/MSで、また、電解液の乾固物をTOF-SIMSで評価することにより、溶媒、電解質、添加剤など各種成分の定性・定量分析を行った事例を紹介いたします。

ウイルスによる感染症予防のため、将来に向けて抗菌剤の需要が見込まれます。本資料では、抗菌 コートの抗菌剤および抗菌剤以外の成分をTOF-SIMSでイメージングした結果を紹介します。抗菌コートは、Agイオンを抗菌成分として含有する抗菌スプレーを基材に噴射し形成しました。分析の結果、抗菌コートはふき取りや水洗を行っても抗菌成分：Agの量に変化がないことがわかりました。また抗菌成分以外の成分が含まれていることがわかりました。

ウイルスによる感染症予防のため消毒用アルコールの需要が高まっており、製品の取り扱い時にはメタ ノールが含まれないことは重要です。製品の種類によって主剤であるエタノール以外に含まれている成 分が異なることが知られています。本資料では、エタノール以外の成分に着目してクロマトグラフィーで分析した事例を紹介します。4種類の消毒用アルコール製品について分析した結果、製品により含まれている成分が異なることがわかりました。

リチウムイオン二次電池のセパレータには、正極と負極間を隔離して内部短絡を防ぐ役割だけでなく、車載用電池では高温環境下でも強度の低下や溶解が起こらない耐熱性も必要とされます。本件では海外製車載用電池に用いられるセパレータについて、TG-DTAにより耐熱性、熱分解挙動を調べ、構造および組成についてSEM-EDX、FT-IR、XPS、TOF-SIMS、XRDを用いて評価した事例を紹介いたします。電池に用いられているセパレータが多孔性のポリエチレンと、耐熱性を目的とした多角形のAlO(OH)の積層構造であることがわかりました。

リチウムイオン二次電池の充放電特性には電子伝導率が寄与しております。劣化や導通パスの遮断に より導電性が低下した活物質について、SSRMによる抵抗値分布として可視化した事例を紹介いたしま す。SSRMにより得られた結果に対して、TOF-SIMSによるLiなどの元素分布と比較することで抵抗値と元素分布の相関の有無を確認すること、導電助剤やバインダーなどを抵抗値で分類し、統計的な処理 を行い、材料ごとの混合具合を数値化することも可能です。

リチウムイオン二次電池の正極として用いられるLi（NiCoMn)O2（NCM）について表面形状、断面構造、成分、組成、結晶構造、抵抗値分布を評価した事例を紹介いたします。MSTでは構造・組成・電気の総合評価を基に、特性改善や信頼性向上のための開発課題の解決に適した評価を提案いたします。

積層セラミックコンデンサ(MLCC)はセラミックの誘電体と電極を多層化して大容量化を図ったコンデンサです。MLCCの電気的性質は不純物の影響を顕著に受けるため、セラミック層中不純物や電極成分拡散の評価が重要です。 MLCCに微細化に伴い、セラミック層が薄くなり不純物の評価が困難となっています。本資料では、前処理を工夫し、セラミック層の不純物評価した結果を紹介いたします。

樹脂は加熱すると有機物が発生し、使用環境によっては汚染の原因になることがあります。有機アウトガスの高感度分析には、発生ガス濃縮装置を使用したGC/MS法が有効です。ここでは3Dプリンター用樹脂のアウトガス評価事例を紹介します。3Dプリンター用樹脂には造形物の使用目的に応じて、強度、色、耐熱性などが異なる樹脂が使用されています。発生ガス濃縮装置を用いて分析を行うことで、性質の異なる樹脂について、微量なアウトガス成分や量の比較が可能です。

Siトランジスタのゲート酸化膜として用いられているSiON膜はリーク電流を抑えるため、Si酸化膜にNを導入して形成されます。基板との界面特性を良好にしながら誘電率を確保するには、SiON膜中のNの分布を厳密に制御する必要があります。1nm膜厚のSiON膜中でのSi酸化物・窒化物の分布をTOF-SIMSを用いて評価した事例をご紹介します。TOF-SIMSは表面で高い深さ方向分解能を持ち、感度良く分子情報を得ることができるため、SiON極薄膜中の組成分布を明瞭に得ることができます。

TOF-SIMSには有機物、無機物の同時評価、微小領域に対応、最表面を感度よく分析できるなどの特徴がありますので、洗浄工程での残渣調査などに力を発揮します。 Siウェハ上で純水を乾燥した事例を紹介します。光学顕微鏡では点状の異物や曇りがわずかに見えるだけです。TOF-SIMSで測定した結果、汚れ部では、炭化水素、PDMS、アミドなど自然に吸着しやすい有機成分が凝集していることがわかりました。