新規BCNナノクラスターの構造と物性解明

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02J05067
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 成田 一人 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• キーワード: 窒化ホウ素 / クラスター / 電子顕微鏡 / フラーレン / ナノチューブ / ナノテクノロジー / ナノサイエンス / 磁性

研究概要

近年、ナノサイズの粒子からなる磁性材料が、基礎研究と応用の両面から注目を集め、盛んに研究が行われている。しかし、粒子のナノサイズ化は磁性材料の酸化を促進し、飽和磁化値を低減させる。また、近年のOA機器に使用される磁性体は、従来よりも高周波の交番磁界中で使用されるため、渦電流による発熱を伴い、鉄損が大きくなっている。この対策としては、磁性体を絶縁層と共に積層する方法が有効である。
一方、BNフラーレンナノクラスターは、『バンドギャップが広い、耐熱性・熱伝導性に優れている、他の物質との反応性が低い、非磁性体である』という特徴を兼ね備えている。したがって、このBNフラーレンナノクラスター中に磁性粒子を内包することにより、従来よりも耐酸化性・耐食性に優れ、渦電流損失が少ない磁石が合成できる。本研究の目的は、磁性粒子内包BNフラーレンナノクラスターの合成、構造解析および磁気特性の評価である。
Fe_4N粉末とB粉末とを所定の重量比で混合し、窒素ガス雰囲気下(流量100sccm)で加熱を行った(1000℃,1h or 5h)。合成した試料は、X線回折と高分解能電子顕微鏡観察により組成と形状が調べられた。磁気特性については、VSM装置によるPCT試験を行った。
X線解析を行った結果、Fe_4NがB粉末によりα-Fe粒子に還元されていることが確認された。構造に関しては、高分解能電子顕微鏡像より、バンブー型BNナノチューブが合成されていることが確認された。その両端では、α-Fe粒子が窒化ホウ素によって被覆されている。窒素化合物に関するエリンガム図を描いた結果、他の化合物についても同様に、Bによる還元が可能であることが示された。VSM測定の結果からも磁気特性(耐酸化性)の向上が確認された。
今後は、同様の合成法を用いた研究により、光機能性、ガス貯蔵性、熱伝導性等、幅広い研究を展開していく予定である。

研究成果

• [文献書誌] I.Narita, T.Oku: "Effects of catalytic metals for synthesis of BN fullerene nanomaterials"Diamond and Related Materials. 12. 1146-1150 (2003)
• [文献書誌] I.Narita, T.Oku: "Synthesis of boron nitride nanotubes by using NbB_2, YB_6 and YB_6/Ni powders"Diamond and Related Materials. 12. 1912-1917 (2003)
• [文献書誌] I.Narita, T.Oku: "Direct high-resolution electron microscopy of BN nanotube with hexagonal zigzag network"Chemical Physics Letters. 377. 354-358 (2003)
• [文献書誌] I.Narita, T.Oku: "Atomic structure of boron nitride nanotubes with an armchair-type structure studied by HREM"Solid State Communications. 129. 415-419 (2004)
• [文献書誌] T.Oku, A.Nishiwaki, I.Narita, M.Gonda: "Formation and structure of B_<24>N_<24> clusters"Chemical Physics Letters. 380. 620-623 (2003)
• [文献書誌] T.Oku, M.Kuno, I.Narita: "Hydrogen storage in boron nitride nanomaterials studied by TG/DTA and cluster calculation"Journal of Physics and Chemistry of Solids. 65. 549-552 (2004)
• [文献書誌] T.Oku, I.Narita: "High-resolution electron microscopy of boron nitride nanotube with yttrium nanowire"Journal of Physics and Chemistry of Solids. 65. 359-361 (2004)
• [文献書誌] T.Oku, I.Narita, A.Nishiwaki: "Formation and structures of B_<36>N_<36> and Y@B_<36>N_<36> clusters studied by high-resolution electron microscopy and mass spectrometry"Journal of Physics and Chemistry of Solids. 65. 369-372 (2004)
• [文献書誌] T.Oku, I.Narita, A.Nishiwaki: "Formation, atomic structural optimization and electronic structures of tetrahedral carbon onion"Diamond and Related Materials. 13(In press). (2004)
• [文献書誌] T.Oku, I.Narita: "Atomic structures and stabilities of zigzag- and armchair-type boron nitride nanotubes studied by high-resolution electron microscopy and molecular mechanics calculation"Diamond and Related Materials. 13(In press). (2004)
• [文献書誌] T.Oku, I.Narita, A.Nishiwaki: "Synthesis, atomic structures and electronic states of boron nitride nanocage clusters and nanotubes"Surface Engineering. (In press). (2004)
• [文献書誌] T.Oku, A.Nishiwaki, I.Narita: "Formation and structure of B_<28>N_<28> studied by mass spectrometry and molecular orbital calculation"Solid State Communications. (In press). (2004)
• [文献書誌] 成田 一人, 奥 健夫, 菅沼 克昭: "@BNナノ錬金術 -未来磁性材料の開発に向けて-"Boundary. 20. 10-18 (2004)
• [文献書誌] 奥 健夫, 成田 一人: "カーボンの世界-玉ねぎができた-カーボンオニオンの電子顕微鏡像"現代化学. 384. 52-53 (2003)
• [文献書誌] 西脇 篤史, 奥 健夫, 成田 一人: "BNナノホーンの原子配列・構造安定性と応用可能性"Boundary. 20. 2-5 (2004)
• [文献書誌] 小井 成弘, 奥 健夫, 西脇 篤史, 成田 一人: "BNナノ物質と歩む水素社会"Boundary. 20. 6-9 (2004)