Development of a Wideband Microwave Absorber - Contributing to the Internet of Things Society Through Dual-phase Engineering

• Project/Area Number: 19H05620
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Broad Section D
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 杉本 諭 東北大学, 工学研究科, 教授 (10171175)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松浦 昌志 東北大学, 工学研究科, 講師 (00633942) ; 渡邉 雅人 公益財団法人電磁材料研究所, その他部局等, 研究員 (40249975)
• Project Period (FY): 2019-06-26 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥159,380,000 (Direct Cost: ¥122,600,000、Indirect Cost: ¥36,780,000); Fiscal Year 2023: ¥16,640,000 (Direct Cost: ¥12,800,000、Indirect Cost: ¥3,840,000); Fiscal Year 2022: ¥46,280,000 (Direct Cost: ¥35,600,000、Indirect Cost: ¥10,680,000); Fiscal Year 2021: ¥28,210,000 (Direct Cost: ¥21,700,000、Indirect Cost: ¥6,510,000); Fiscal Year 2020: ¥29,250,000 (Direct Cost: ¥22,500,000、Indirect Cost: ¥6,750,000); Fiscal Year 2019: ¥39,000,000 (Direct Cost: ¥30,000,000、Indirect Cost: ¥9,000,000)
• Keywords: 電磁波吸収体 / 微粒子 / 透磁率 / 反射損失 / 伝送減衰率 / 二相分離組織 / 飽和磁化 / 保磁力 / 誘電率 / 電磁ノイズ抑制体 / 複合

Outline of Research at the Start

本研究では，磁性ソフト相・ハード相を含み，その二相組織が制御されたモディファイドデュアルフェーズ磁性微粒子によって，次世代通信帯域で機能できる広帯域かつ薄型の電磁波吸収体の開発を目的とする。ハード磁性相にはハードフェライト微粉末，ソフト磁性相には水素プラズマ金属反応法などにて作製したFe合金系微粒子を用い，メカノフュージョン法などによって両相を複合化してモディファイド磁性微粒子とする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ソフト磁性相・ハード磁性相を含み、その二相組織が制御されたモディファイド磁性微粒子によって、次世代通信帯域で機能できる広帯域かつ薄型の電磁波吸収体の開発を目的とする。令和5（2023）年度は、モディファイド粉末の作製を継続し、組織、磁気特性、電磁波吸収特性の関係を調べることを目的とした。
その結果、(Co0.5Fe0.5)O・Fe2O3（CFOとする）粉末表面に対してAPD法で微細なFe粒子を蒸着し、CFO/Fe複合粉末を作製することに成功した。また、前年度扁平化することによって高い電磁波吸収能が得られた、二相分離組織をもつFe-Cr-Co系合金粉末では、スウェージングによる塑性加工や磁界中時効処理により高周波化に成功した。さらにFe-Cr-Co系合金の扁平粉末をコアとし、異方性磁界が大きなCFO粉末をシェルとしたFe-Cr-Co/CFOコアシェル粉末を粉末スパッタ法を用いて作製することにも成功した。このFe-Cr-Co/CFOコアシェル粉末粉末を用いた樹脂複合体の電磁波吸収能力ωμr"はFe-Cr-Co系合金単独扁平粉末の場合と同程度であったが、伝送減衰率Δ(Ploss/Pin)は、Fe-Cr-Co系合金単独扁平粉末の場合よりも高い16～40 GHzの周波数域において良好な値を示し、その値が極大となるピーク周波数も高周波側へのシフトが見られた。他にも、市販のFe3O4ナノ粉末を水素還元して得たFeナノ粉末をアンモニアガス雰囲気下で部分窒化したところ、コアがソフト磁性のFeでシェルがハード磁性のFe16N2の複合粒子の作製に成功し、その樹脂複合体の整合周波数fmは、Fe16N2相の割合の制御によって2.4～5.7 GHzで変化できると分かった。以上の結果より、本研究では、目的とした広帯域で機能する高性能な電磁波吸収体及びノイズ抑制体の創製に成功したと言える。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Assessment Rating

Interim Assessment Comments (Rating)

A: In light of the aim of introducing the research area into the research categories, the expected progress has been made in research.

Research Products

• [Journal Article] Microwave absorption properties of Fe/Fe16N2 nanoparticles prepared from iron oxide (2023)
  • Author(s): Saijian Ajia, Mitsuharu Sato, Masashi Matsuura, Satoshi Sugimoto
  • Journal Title: 2023 IEEE International Magnetic Conference (INTERMAG) Volume: - Pages: 1-5
  • DOI: 10.1109/intermag50591.2023.10265088
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fe3O4ナノ粒子の還元・窒化によるFe-Fe16N2粉末の作製と電磁波吸収特性 (2023)
  • Author(s): 阿加 賽見, 佐藤 光晴, 松浦 昌志, 杉本 諭
  • Journal Title: 電気学会マグネティックス研究会資料 Volume: MAG-23-171 Pages: 21-24
• [Journal Article] Fe-Cr-Co系伸長合金粉末の電磁波吸収特性 (2023)
  • Author(s): 石島 知樹，佐藤 光晴，阿加 賽見，松浦 昌志，手束 展規，杉本 諭
  • Journal Title: 電気学会マグネティックス研究会資料 Volume: MAG-23-172 Pages: 25-31
• [Journal Article] Microwave absorption properties of Fe/Fe16N2 nanoparticles prepared from iron oxide (2023)
  • Author(s): Saijian Ajia, Mitsuharu Sato, Masashi Matsuura, Satoshi Sugimoto
  • Journal Title: 2023 IEEE International Magnetic Conference-Short Papers (INTERMAG Short Papers) Volume: - Pages: 1-2
  • DOI: 10.1109/intermagshortpapers58606.2023.10228395
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Permeability and Noise Suppression Property of Resin Composite with Fe Flake (2022)
  • Author(s): 豊田 雄一朗，阿加 賽見，佐藤 光晴，松浦 昌志，手束 展規，遠藤 恭， 杉本 諭
  • Journal Title: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials Volume: 142 Issue: 2 Pages: 45-51
  • DOI: 10.1541/ieejfms.142.45
  • NAID: 130008150279
  • ISSN: 0385-4205, 1347-5533
  • Year and Date: 2022-02-01
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Enhancement of microwave absorption properties using spinodally decomposed Fe-Cr-Co flakes (2022)
  • Author(s): Saijian Ajia, Hirotaka Asa, Mitsuharu Sato, Masashi Matsuura, Nobuki Tezuka, Satoshi Sugimoto
  • Journal Title: Journal of Magnetism and Magnetic Materials Volume: 564 Pages: 170200-170200
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2022.170200
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of an alternative approach for electromagnetic wave absorbers using Fe-Cr-Co alloy powders (2022)
  • Author(s): Saijian Ajia, Hirotaka Asa, Yuichiro Toyoda, Mitsuharu Sato, Masashi Matsuura, Nobuki Tezuka, Satoshi Sugimoto
  • Journal Title: Journal of Alloys and Compounds Volume: 903 Pages: 163920-163920
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.163920
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Electromagnetic Wave Absorption Properties of Resin Composites Containing α-Fe/Co_0.5Fe_2.5O₄ Mixed Powders (2021)
  • Author(s): 麻 博隆, 阿加 賽見, 佐藤 光晴, 松浦 昌志, 手束 展規, 杉本 諭
  • Journal Title: Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy Volume: 68 Issue: 9 Pages: 347-355
  • DOI: 10.2497/jjspm.68.347
  • NAID: 130008087997
  • ISSN: 0532-8799, 1880-9014
  • Year and Date: 2021-09-15
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 扁平Fe粉末－樹脂複合シートにおける透磁率とノイズ抑制特性 (2021)
  • Author(s): 豊田 雄一郎, 松浦 昌志，阿加 賽見，佐藤 光晴，手束 展規，遠藤 恭， 杉本 諭
  • Journal Title: 電気学会マグネティックス研究会資料 （MAG-21-134～143 ），MAG-21-137 Volume: MAG-21 Pages: 15-17
• [Journal Article] α-Fe/Co0.5Fe2.5O4混合粉末を用いた樹脂複合体における電磁波吸収特性 (2021)
  • Author(s): 麻 博隆，阿加 賽見，佐藤 光晴，松浦 昌志，手束 展規，杉本 諭
  • Journal Title: 粉体および粉末冶金 Volume: 68
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Improvement of the Performance of Permanent Magnets through Microstructure Control (2020)
  • Author(s): 杉本 諭
  • Journal Title: Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy Volume: 67 Issue: 12 Pages: 659-665
  • DOI: 10.2497/jjspm.67.659
  • NAID: 130007955819
  • ISSN: 0532-8799, 1880-9014
  • Year and Date: 2020-12-15
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fe粉末における扁平化と高周波磁気特性 (2020)
  • Author(s): 豊田 雄一朗, 阿加 賽見, 佐藤 光晴, 松浦 昌志, 手束 展規, 杉本 諭
  • Journal Title: 電気学会マグネティックス研究会資料（MAG-20-062～063・065～072 ） Volume: MAG-20 Pages: 35-40
• [Presentation] 5Gミリ波帯において高ノイズ抑制効果を有するグラフェン複合エアロゾン・デポジッション膜 (2024)
  • Author(s): 渡邉 雅人, 川上 祥広, 荒井 賢一, 佐藤 光晴, 松浦 昌志, 杉本 諭, 沖田 和彦, 薮上 信
  • Organizer: 日本金属学会2024年春期大会(第174回講演大会)
• [Presentation] Fe3O4ナノ粒子の還元・窒化によるFe-Fe16N2粉末の作製と電磁波吸収特性 (2023)
  • Author(s): 阿加 賽見, 佐藤 光晴, 松 浦 昌志, 杉本 諭
  • Organizer: 電気学会マグネティックス研究会
• [Presentation] Fe-Cr-Co系伸長合金粉末の電磁波吸収特性 (2023)
  • Author(s): 石島 知樹, 佐藤 光晴, 阿加 賽見, 松 浦 昌志, 手束 展規, 杉本 諭
  • Organizer: 電気学会マグネティックス研究会
• [Presentation] Electromagnetic microwave absorption properties of Fe/Fe16N2 nanoparticles from iron oxide (2023)
  • Author(s): Saijian Ajia, Mitsuharu Sato, Masashi Matsuura, Satoshi Sugimoto
  • Organizer: The 7th Symposium for CRC-GP-MSSP2023
• [Presentation] Electromagnetic noise suppression of 26-30 GHz range harmonics from switching semiconductor chips using spinodally decomposed Fe-Cr-Co flake composite (2023)
  • Author(s): Yamaguchi Masahiro, Miyazawa Yasunori, Sugimoto Satoshi, Ashida Sosuke, Watanabe Koh, Sakai Ryota, Uehara Hiraku, Nagata Makoto, Tanaka Satoshi
  • Organizer: 68th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM2023)
• [Presentation] Fe-Cr-Co/Coスピネルフェライトからなるコアシェル構造粉末の作製とその樹脂複合体における高周波特性 (2023)
  • Author(s): 佐藤 光晴, 石島 知樹, 阿加 賽見, 松 浦 昌志, 杉本 諭
  • Organizer: 粉体粉末冶金協会 2023年度秋季大会(第132回講演大会)
• [Presentation] Fe3B-Fe複相粉末を用いた電磁波吸収体の作製 (2023)
  • Author(s): 松浦 昌志, 宮崎 修平, 石田 岳, 阿加 賽見, 佐藤 光晴, 手束 展規, 杉本 諭
  • Organizer: 日本金属学会2023年秋期講演大会(第173回講演大会)
• [Presentation] 不要電波の高分解能計測・解析技術を用いたノイズ抑制技術の研究開発「基盤集積化ノイズ抑制技術の研究開発」 (2023)
  • Author(s): 佐藤 光晴, 杉本 諭, 松浦 昌志
  • Organizer: 電波資源拡大のための研究開発，第16回成果報告会(WTP2023)
• [Presentation] Microwave absorption properties of Fe/Fe16N2 nanoparticles prepared from iron oxide (2023)
  • Author(s): Saijian Ajia, Mitsuharu Sato, Masashi Matsuura, Satoshi Sugimoto
  • Organizer: 2023 IEEE International Magnetic Conference (INTERMAG)
• [Presentation] スピノーダル分解したFe-Cr-Co系磁石合金による高性能電磁波吸収体の開発 (2023)
  • Author(s): 佐藤 光晴，阿加 賽見，松浦 昌志，杉本 諭，五十嵐 利行，茶谷 健一，池田 昌
  • Organizer: 日本金属学会2023年春期第172回講演大会
• [Presentation] Fe-Cr-Co系合金粉末を用いた新たなノイズ抑制材料の開発 (2022)
  • Author(s): 佐藤 光晴，阿加 賽見，松浦 昌志，杉本 諭
  • Organizer: マイクロウェーブ展2022（MWE2022）
• [Presentation] Fabrication of high-performance microwave absorbers and noise suppression sheets using spinodal decomposed Fe-Cr-Co flakes (2022)
  • Author(s): Saijian Ajia, Hirotaka Asa, Mitsuharu Sato, Masashi Matsuura, Nobuki Tezuka, Satoshi Sugimoto
  • Organizer: 粉体粉末冶金協会2022年度秋季大会（第130回講演大会）
• [Presentation] 永久磁石材料の電磁波吸収体への応用 (2022)
  • Author(s): 杉本 諭
  • Organizer: 電気学会 マグネティックス/リニアドライブ合同研究会
  • Invited
• [Presentation] Fe-Cr-Co系合金粉末を用いた新たな電磁波吸収体の開発 (2022)
  • Author(s): 阿加 賽見，麻 博隆，豊田 雄一郎, 佐藤 光晴，松浦 昌志，手束 展規，杉本 諭
  • Organizer: 日本金属学会2022年春季大会（第170回講演大会）
• [Presentation] 扁平Fe粉末-樹脂複合シートにおける透磁率とノイズ抑制特性 (2021)
  • Author(s): 豊田 雄一郎，松浦 昌志，阿加 賽見，佐藤 光晴, 手束 展規，遠藤 恭，杉本 諭
  • Organizer: 電気学会 マグネティックス研究会
• [Presentation] グラフェン複合 AD 膜の作製と近傍界ノイズ抑制効果 (2021)
  • Author(s): 渡邉 雅人，佐藤 光晴，松浦 昌志，杉本 諭
  • Organizer: 日本金属学会2021年秋季大会（第169回講演大会）
• [Presentation] α-Fe/Co0.5Fe2.5O4混合粉末-樹脂複合体における電磁波吸収特性 (2020)
  • Author(s): 麻 博隆, 阿加 賽見, 佐藤 光晴, 松浦 昌志, 手束 展規, 杉本 諭
  • Organizer: 粉体粉末冶金協会 2020年度秋季大会（第126回講演大会）
• [Presentation] Fe系粉末-樹脂複合体の高周波特性と電磁ノイズ抑制効果 (2020)
  • Author(s): 佐藤 光晴, 豊田 雄一朗, 阿加 賽見, 松浦 昌志, 手束 展規, 杉本 諭
  • Organizer: 粉体粉末冶金協会 2020年度秋季大会（第126回講演大会）
• [Presentation] Fe粉末における扁平化と高周波磁気特性 (2020)
  • Author(s): 豊田 雄一朗, 阿加 賽見, 佐藤 光晴, 松浦 昌志, 手束 展規, 杉本 諭
  • Organizer: 電気学会マグネティックス研究会
• [Presentation] Co-Si-B系粉末における結晶化と電磁波吸収特性 (2020)
  • Author(s): 桐澤 一輝, 松浦 昌志, 手束 展規, 杉本 諭
  • Organizer: 日本金属学会 2020年春期第166回講演大会
• [Presentation] 永久磁石材料の高性能化・多機能化に関する研究 (2019)
  • Author(s): 杉本 諭
  • Organizer: 日本磁気学会 第43回学術講演会
  • Invited
• [Presentation] 永久磁石材料の微細構造制御と高性能化に関する研究 (2019)
  • Author(s): 杉本 諭
  • Organizer: 粉体粉末冶金協会2019年度秋季大会（第124回講演大会）
  • Invited
• [Remarks] 5G移動通信システム対応の電波吸収材料を開発―レアアースフリーFe系磁石合金で高性能化を実現―
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2023/03/press20230301-01-5g.html
• [Remarks] 日本経済新聞：東北大とトーキン、5G移動通信システム対応の電磁波吸収材料を開発
  • URL: https://www.nikkei.com/article/DGXZRSP650214_Y3A220C2000000/
• [Remarks] 日刊工業新聞：東北大、5G用電波吸収材を開発 伝送減衰率最大95％
  • URL: https://www.nikkan.co.jp/articles/view/665104
• [Remarks] 麻くん 粉協秋大会 優秀講演発表賞受賞!!
  • URL: https://sugimotolab-material-tohoku.jp/2020/jspm-award2020/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 電磁波吸収体およびノイズ抑制シートとその製造方法 (2023)
  • Inventor(s): 杉本 諭，佐藤 光晴
  • Industrial Property Rights Holder: 東北大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2023
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] 電磁波吸収ならびに電磁ノイズ抑制材料 (2021)
  • Inventor(s): 杉本 諭
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人東北大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2021
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] グラフェン複合材料およびその製造方法 (2021)
  • Inventor(s): 渡邊雅人、杉本 諭
  • Industrial Property Rights Holder: 公益財団法人電磁材料研究所
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2021-085742
  • Filing Date: 2021