2017 Fiscal Year Annual Research Report
炭素・酸素を格子間に共侵入させた高飽和磁化軟磁性Feナノ粒子の合成
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16H04322
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
飛世 正博 東北大学, 工学研究科, 産学官連携研究員 (30766762)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐久間 昭正 東北大学, 工学研究科, 教授 (30361124)
齊藤 伸 東北大学, 工学研究科, 教授 (50344700)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 磁気異方性 / 磁化 / 窒化 / 炭化 / マルテンサイト / 鉄 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電力の過半を消費しているモーターの省エネは、我が国のエネルギー戦略において最重要課題の一つであり、そのモーターの効率を向上させるため、高性能新規磁性材料が求められている。本研究は、高飽和磁化材料α”-Fe16N2ナノ粒子の合成技術をベースに、磁気特性の理論計算結果を踏まえてFe16C2およびFe16O2ならびにCあるいはOを希薄に含むFe100-yXy (X=C、O： y＜11 at%) 合金の合成法を確立し、飽和磁化および磁気異方性の変化を明らかにし、最終的にはFe-(C,O) 合金によってユビキタス元素による高磁化軟磁性材料の実現を目指したものである。
平成28年度に、ガス反応条件を種々検討した結果、Feナノ粒子にCを0.1 wt%程度まで格子間に侵入させることが可能なことを見出した。平成29年度は引き続きそのC導入条件を検討するとともに、光電子分光分析 (XPS) や透過電子顕微鏡 (TEM) を用いて、Feナノ粒子におけるC分布や存在形態について解析を行った。XPSによりCはナノ粒子の表面から内部に向かって徐々に濃度が低くなっていることがわかった。TEMからは、外側と内側の組織が明確に異なっていること箇所が観察された。まだナノ粒子内でのC分布がある状態なので、磁気特性のC量依存性は明確になっていないが、分布がある状態でも保磁力Hcは低下する傾向を示す。Oの導入についても、ガス反応条件を変えて検討した。TEMからは、表面5 nm程度の酸化層が生成されていることがわかった。XPS分析によるとOはナノ粒子表面から内部に向かって徐々に低下する濃度勾配をもって存在していることがわかったものの、明確に酸化物としては検出されておらず、Oの存在形態について今後の詳しい解析が必要となっている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
非常に難しいと考えられてきたFeの格子間へのC導入について、0.1wt%までは成功したものの、その濃度を自由に制御できるまでは至っていない。同じくO導入についても挑戦したところ、XPS分析によるとOが表面から濃度勾配をもって内部に浸透していることがわかった。ようやくOを格子間に導入させるプロセスの端緒にたどりついたという状況にある。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで、Feナノ粒子にCを導入することに成功した。保磁力は低下し、軟磁気特性を示すことが明らかになった。しかしながら、現時点ではCがナノ粒子中に不均一に分布しており、飽和磁化および磁気異方性のC濃度依存性を明確にするまでに至っていない。またOについては、導入できた可能性があると言える段階で、厳密にその濃度を制御できるレベルまでに至っていない。非常に難しいと考えられてきたCおよびOのFeナノ粒子への導入のきっかけをつかんだという事実はたいへん貴重なものであり、この実験結果を確固なものにするため、構造解析と磁気特性の関係を明確にすることを主眼にして進める。
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