[发明专利]电化学测定用室

说明书

本发明涉及电化学测定用室。电化学测定用室是用于利用透过了观察窗的电子束进行测定的电化学测定用室，其特征在于，将观察用MEMS芯片与密封用MEMS芯片间隔地配置，该观察用MEMS芯片具有包含电子透过性的薄膜和基板的层叠体，在薄膜上设置了工作电极和对电极，该密封用MEMS芯片是包含电子透过性的薄膜和基板的层叠体，在两者层叠体中的一部分区域中不存在基板，在上述区域中形成包含薄膜的观察窗，工作电极与两者层叠体中的观察窗重叠，并且在观察窗上沿着电子束透过的方向具有多个贯通孔。

技术领域

本发明涉及在用于观察试样的电化学变化的电化学测定系统中使用的电化学测定用室(cell)。

背景技术

知晓燃料电池等中使用的催化剂的合成、活性和劣化的机理在开发新型催化剂上为重要的指南。因此，为了实时地观察作为试样的Pt催化剂等燃料电池用电极催化剂的电化学变化，进行了特别是采用透射型电子显微镜(TEM)原位地观察时使用的电化学测定用室的开发。

例如，(日本特开2013-200123)公开了一种电化学测定用室，其由如下构成：由电子束透过性的薄膜和加劲板形成的基板、在基板的薄膜上载置的由金电极和铂电极形成的电极对、在薄膜上包围该电极对的包围框、在用包围框包围的薄膜上的空间将电极对密封的电解液、以及在包围框的上方配置且由电子束透过性的薄膜和加劲板形成的盖；其中，上述盖与上述基板两者的加劲板都是与上述金电极对应的位置被挖空而形成观察窗，使得能够从观察窗观察与金电极相接的试样，并且电子束能够透过对应的观察窗和位于其间的试样。采用该构成，能够同时实现电化学测定和试样观察，例如能够实时地观察Pt催化剂等燃料电池用电极催化剂的电化学变化。

图5中示出关联技术的电化学测定用室的构成的一例。图5的电化学测定用室5包含：由厚度数十nm的氮化硅(SiN)制的电子透过性的薄膜50a和基板51a构成的层叠体(密封用MEMS(微小机电系统)芯片5a)；和观察用MEMS芯片5b，其具有同样由电子透过性的薄膜50b和基板51b构成的层叠体，在薄膜50b上设置了工作电极52和未图示的对电极。芯片5a和5b经由未图示的间隔物(spacer)等仅间隔厚度d₁地配置。在电化学测定用室5中，利用观察用MEMS芯片5b和密封用MEMS芯片5a这2张MEMS芯片将电解液E密封，通过在观察用MEMS芯片5b中的工作电极52和对电极间施加电压，而引起电化学反应。在两者的MEMS芯片中，在一部分区域不存在基板51a、51b，在该区域形成了由薄膜50a、50b构成的观察窗53a、53b。将工作电极52定位以致与观察窗53a、53b重叠，利用通过观察窗53a、53b的电子束B能够观察与工作电极52的端部接触的催化剂等的试样S(实际上试样S与工作电极52的整个表面接触)或者工作电极52自身。

图5表示理想状态。实际上，如图6中所示，由SiN等制成的观察窗53a、53b由于TEM装置内部的高真空而被向外侧拉伸，产生挠曲，产生电子束B透过的液层根据挠曲量而变厚(最大为厚度d₂)这样的现象。因此，存在着由于厚的液层而发生观察像的模糊的问题。

在此，观察窗53a、53b的挠曲量在周缘部变得最小，因此如果如图7中所示那样使工作电极52的端部后退到观察窗53b的周缘部，则使电子束B通过液层的厚度成为d1的区域，能够在观察像的模糊被抑制的状态下观察试样S和工作电极52。

但是，电化学测定用室的大小非常微小，因此如图8中所示，在使2张MEMS芯片重叠时，有时由于组装时的间隙等而发生观察窗53a、53b的端部之间的位置偏移。或者，有时在形成工作电极52等电极时发生位置偏移。在这样的情况下，如果使工作电极52的端部后退至观察窗53b的周缘部，则设想如下情况：不能利用通过了观察窗53a的电子束B来观察与工作电极52接触的试样S。因此，如图6中所示，结果为如下状况：配置工作电极52的端部，使得以位置偏移的补偿量进入到观察窗53b的内侧，不得不甘心忍受由于观察窗53a、53b的挠曲而产生的观察像的模糊。

发明内容