2018 Fiscal Year Annual Research Report
鉄基スピンナノクラスター集合体における巨大磁気損失の発現と電磁波吸収材料への展開
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18H01466
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小川 智之 東北大学, 工学研究科, 助教 (50372305)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 真平 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (20362395) [Withdrawn]
マクナミー キャシー 信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (40504551)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 磁性ナノ粒子 / 複合材料 / 磁気損失 / 電磁波吸収 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
非接触給電システムにおける電磁波漏洩の抑制や電気電子機器・デバイス間の電磁波干渉による誤動作の防止を念頭として、kHz帯域からGHz帯域までの超広帯域電磁波吸収を実現する鉄基スピンナノクラスターハイブリッド材料の創製と磁気損失発現機構の解明を目指す。
今年度、ハイブリッド材料実現のために必要となる高飽和磁化鉄基ナノ粒子について、純鉄程度の飽和磁化を有し、かつ、磁気異方性が大きな窒化鉄に着目した。不活性雰囲気中で化学的手法を用いて合成した純鉄ナノ粒子に対し、水素ガス、および、アンモニアガスを用いた還元雰囲気低温熱処理、および、低温窒化処理を行った。
化学的手法によって得られる純鉄ナノ粒子では、平均粒径は10nm程度で均一なものの合成直後に界面活性剤が多く含まれる。粒子表面に対するプロセスガスの接触確率を向上させるため、還元・窒化処理の前段階で真空加熱処理を施し、界面活性剤の除去を試みた。その結果、界面活性剤重量が半分程度まで低減することが分かった。得られた純鉄ナノ粒子に対し200℃以下の還元雰囲気低温熱処理を行った結果、純鉄ナノ粒子が微結晶相あるいはアモルファス相からbcc相となることがX線回折結果から分かった。その後、150℃以下の低温窒化処理を行うことで、体積分率で約70%の準安定窒化鉄相ナノ粒子を得ることに成功し、300Kで205 emu/gの飽和磁化を得ることができた。また、酸化鉄ナノ粒子では、種々の鉄原料、溶媒、界面活性剤を用いて反応温度や反応時間を最適化することにより、平均粒径9nm程度のマグネタイトナノ粒子を得ることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
酸化鉄ナノ粒子では粒径ばらつきが少し大きいものの、窒化鉄ナノ粒子と同程度の大きさが得られており、次段階として、すでにハイブリッド化に必要な分散技術の構築に着手している。また、窒化鉄は純鉄に比べ約一桁磁気異方性が大きいため、GHz帯域を中心とする高周波帯域での磁気共鳴を起源とする電磁波吸収の実現が期待される。これらの知見をもとに、次年度以降、溶媒中の均一分散技術、粒子配列技術、ならびに、配列評価技術の構築を行い、動的磁気特性の評価を通して、磁気損失機構の理解の深化につなげる。
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| Strategy for Future Research Activity |
異種の粒子を均一混合したハイブリッド材料や自己組織化配列材料の実現には、共凝集法を中心としたハイブリッド化技術の前段階として、それぞれの粒子の溶媒中への均一分散技術の構築が必須となる。次年度以降、溶媒中の粒子濃度を中心に単分散条件を見出す。また、共凝集プロセスでは、異種粒子の混合比率に合わせて、添加する溶媒種の選定と添加量の最適化を図り、それぞれの粒子が偏在しないように均一に混合したハイブリッド材料の実現を試みる。
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