Development of preparation method for high performance core-shell-type nanocomposite magnets with nano-level hetero-structure

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K14431
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 杉本 諭 東北大学, 工学研究科, 教授 (10171175)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: ナノコンポジット / ナノ粒子 / 水素プラズマ金属反応法 / アークプラズマ蒸着法 / ハード磁性 / ソフト磁性 / 保磁力

Outline of Annual Research Achievements

【目的】本研究では、水素プラズマ金属反応法（HPMR）によって数十nmのソフト磁性ナノ粒子を作製し、その上にアークプラズマ蒸着法（APD）によって数nmのハード磁性ナノ粒子を担持させたコアシェル構造を有するナノ磁石粉末の作製方法の構築を目的としている。平成30年度は、最終年度としてHPMRで磁化の高いソフト磁性を示すFe系合金ナノ粒子を作製し、その上にハード磁性粒子として選んだMnBiをAPDにてMn-Biを蒸着した。さらに、熱処理して磁気特性を調べた。
【実験方法】】(1)前年度までの作製条件を用いHPMRでコア層となる数十nmのFe系ナノ粒子を作製した。(2)APDの粉末容器に(1)のFe系ナノ粉末を入れ、攪拌しながら電圧ならびにショット数を制御してシェル層となる数nmのMn-Bi系ナノ粒子を蒸着かつ担持させ、コアシェル構造化したFe/Mn-Biナノコンポジット粉末を作製した。(3)得られた粉末をAr中、400～500℃で熱処理し、Mn-Bi系薄膜中にMnBiナノ粒子を結晶化させてFe/MnBiナノコンポジット粉末を作製した。(4)出現相をXRDにて同定し、組織をSEM、TEMにて観察した。また、磁気特性をVSMで測定した。(5)以上の結果を基に、ナノコンポジット粒子における組織と磁気特性の関係ならびにその作製条件との関係を調べた。
【結果】得られた結果をまとめると以下のようになる。１．APD法にて5から20nmのMn-Biナノ粒子を蒸着することにより、HPMRにて作製されたFeナノ粒子上に単分散した、Fe/Mn-Bi複合ナノ粒子を得ることに成功した。２．以上よりHPMR法とAPD法を組み合わせは、複合磁性ナノ粒子の作製に有効であることがわかった。３．350℃で熱処理してもMnBi相は結晶化せず、異相が出現するため高い保磁力は得られなかった。