ZEISS GeminiSEM
世界の研究者の活用法とは

ZEISS GeminiSEM 500 走査電子顕微鏡は、導入から 6年以上にわたり稼働しており、材料科学研究を支える中核的な装置のひとつです。当センターで最も利用頻度の高い大型機器のひとつであり、毎年 2,000時間以上にわたって教員・学生の研究に活用されています。大学内の多くの研究グループにとって、欠かすことのできない技術基盤となっています。

2022年だけでも、国家自然科学基金、国家優秀青年科学基金、国家重点研究開発計画など、50件を超える主要プロジェクトを支援しました。さらに、200本以上の SCI 論文と、60本以上の EI・CSCD 掲載論文でデータ取得に貢献しています。周辺の大学・研究機関・ハイテク企業に対しても、高分解能 SEM 評価サービスを提供しています。

当センターは、大学院生向け電子顕微鏡実験トレーニングを国内で初めて体系的なコースとして提供しており、学生は実機を用いたトレーニングを通じて、自ら大型装置を操作して研究課題を解決するスキルを習得します。修了後には単位と操作資格証（コンピュータ操作証明書）が付与され、その後の研究活動で SEM を自立的に運用できるようになります。

ZEISS Gemini の光学設計は、電子顕微鏡技術を一段階押し上げるアドバンスを実現しています。平行電子ビーム技術により、ビームフローを安定させたまま高分解能観察を実現し、大型試料室と複数のフランジインターフェースにより、エネルギー分光（EDS）や EBSD などの検出器、in-situ 伸長・加熱ステージといった拡張デバイスを柔軟に組み合わせることができます。これにより、in-situ 実験を安全かつ効率的に実施できます。

ZEISS の装置は、長期にわたる安定稼働と充実した技術サポートが大きな特長です。ZEISS GeminiSEM 500 は 6年以上、安定した運用を継続しており、地域のアプリケーション／サービスエンジニアによる迅速な対応と効率的なメンテナンスが、その信頼性を支えています。

3Dプリンティング品質評価センターでは、3D関連の研究開発、材料・造形物の評価、そして中小企業への技術支援を主な業務としています。ZEISS GeminiSEM 導入以前は、高分解能の画像を得るために高加速電圧が必要で、その結果ポリマー試料の表面がダメージを受けてしまうことがありました。多孔質構造やセラミックスなどの非導電性材料では、表面帯電の影響で高品質な画像を得るのが難しいという課題も抱えていました。

帯電を抑えるためにコーティング処理を行っていましたが、前処理だけで 15分以上かかり、得られる情報も表面観察にほぼ限定されていました。ZEISS GeminiSEM カラムでは、低加速電圧でも高分解能の撮像が可能になったことで、ビームに弱い試料や複雑な形状をもつ非導電性材料、さらに磁性材料まで、幅広いサンプルを効率よく解析できるようになりました。

現在は、ポリマー、金属粉末、複合材料といった 3Dプリンティング材料の観察に ZEISS GeminiSEM を活用しています。STS316L、17-4PH、Inconel718 などの金属粉末では、粒子形状や真球度、粒度分布、密度評価に利用しており、磁性コアや電子デバイス、産業用部品の R&D にも貢献しています。

PE、PS、TPU、ポリウレタン系熱可塑性樹脂といった医療向け材料に対しては、機械的・熱的特性や密度の評価に加え、複合材料や工業製品での添加剤解析、界面の密着性評価、熱安定性試験にも役立っています。

GeminiSEM カラムによって、繊維と母材との界面を鮮明に捉えられるため、複合材料の構造最適化にもつながっています。また、球状粉末では断面の詳細観察や欠陥像の取得が容易になり、従来手法に比べて粒径および粒度分布の評価精度が大きく向上しました。

このように、ZEISS GeminiSEM カラムは多様な材料・用途に対応し、高品質な画像を短時間で取得できることで、研究・開発の効率化に大きく貢献しています。

ZEISS GeminiSEM 300 は、ナノ材料や薄膜、金属・セラミック複合材料、微生物細胞など、多様なサンプルを扱う研究者によって日常的に利用されています。当研究所では、形態観察、表面組成評価、寸法解析がルーティンで求められる解析項目です。

ZEISS GeminiSEM のカラムでは、二次電子像観察とエネルギー分散型 X 線分光（EDS）を主力ツールとして活用しており、反射電子検出器（BSD）はナノ材料表面の組成コントラスト観察に有効です。

私たちのグループでは、ナノ構造を利用した各種センサーの開発を進めています。GeminiSEM 300 は、試料の形態と元素組成の評価を行ううえで欠かせない装置です。さらに、グラフェンナノシート上に抗体を部位特異的に固定化する免疫センサーの開発では、その結合状態を確認するために ZEISS GeminiSEM を用いています。ZEISS GeminiSEM カラムのおかげで、高品質な二次電子像と信頼性の高い EDS スペクトルを取得できています。

本機は、電界放出型走査電子顕微鏡（FE-SEM）の中でも最先端クラスのシステムであり、複数の検出器によって電子線と試料の相互作用から得られるさまざまな信号を一台で捉えることができます。柔軟な検出器ポート構成に加え、ZEISS の技術・サービスチームによる手厚いサポートも、大きな安心材料となっています。