2017 Fiscal Year Research-status Report
針状金属ナノ粒子と樹脂を複合化した左手系複合材料の開発と応用
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16K06758
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| Research Institution | Tokuyama College of Technology |
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Principal Investigator |
笠置 映寛 徳山工業高等専門学校, 一般科目, 准教授 (10310947)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 金属磁性ナノ粒子 / 負の透磁率 / 負の誘電率 / 複合材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，透磁率と誘電率が同時に負の値を示す左手系媒質を，針状金属ナノ粒子と樹脂を複合化した複合材料（固体材料）により実現することであり，また，それらを高機能電磁遮蔽材料等へ応用するための基礎的研究を行うことである。以下に成果の概要を示す。
① 針状FeCoナノ粒子複合材料の高周波磁気特性の検討として，外部直流磁場下での透磁率スペクトルについて解析を行った。その結果，スピン共鳴が主に透磁率の周波数分散に寄与し，特徴的な共鳴型分散は，粒子の形状・サイズの均一性に起因する可能性があることが分かった。また，複合材料の高周波透磁率は，粒子内に誘起される反磁界の影響を強く受けることに加え，ナノ粒子間に働く磁気双極子相互作用磁界が寄与している可能性があることも明らかとなった。
② 異方的形状金属粒子を含む複合材料として，樹枝状Cu粒子，及び扁平状Cu粒子を分散させた複合材料を合成し，その誘電率スペクトル，導電率スペクトルの測定・解析を行い，低周波プラズマによる負の誘電率の実現可能性について検討した。その結果，粒子の形状が複合材料の導電性に強く影響し，アスペクト比を大きくすることにより低粒子濃度で低周波プラズマ状態が実現でき，負の誘電率特性がマイクロ波領域で得られることが分かった。また，粒子形状の選択，粒子濃度，及び配向方向の制御により，特性が生じる周波数を調整可能であることが明らかとなった。
③ 磁気共鳴による負の透磁率と低周波プラズマ振動による負の誘電率とを組み合わせることで実現する左手系材料の検討として，FeCo粒子とCu粒子の2種類の金属粒子を分散させたハイブリッド複合材料の高周波電磁気特性について検討を行った。その結果，偏平状FeCo粒子と扁平状Cu粒子を含む複合材料では，マイクロ波領域において，比較的広い周波数領域で透磁率と誘電率が同時に負の値を示すことが明らかとなった。
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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
平成29年度の目的は，針状磁性ナノ粒子複合材料において観測される共鳴型透磁率分散のメカニズムの解析を行うこと，また，異方的形状金属粒子複合材料により負の誘電率を実現すること，さらに，磁気共鳴による負の透磁率と低周波プラズマによる負の誘電率とを組み合わせた左手系材料を合成することであったが，概ねその目的を達成することができた。これは，本研究の目的の一つである，透磁率と誘電率が同時に負の値を示す左手系複合材料の実現に繋がる成果であり，電磁遮へい材料等への応用に利用可能な複合材料を得ることができた。
平成29年度は加えて，針状磁性ナノ粒子と異方的形状金属粒子を組み合わせたハイブリッド複合材料の特性向上を行うために，針状磁性ナノ粒子の配向方向制御についても検討を行った。複合材料合成時に外部直流磁場により粒子を配向させることで，その高周波電磁気特性を制御することを目指すものである。粒子の配向は，電磁気特性に影響を与えることが明らかになる一方で，複合材料中の粒子濃度が粒子の配向制御に強く影響するため，今後も特性制御に向けた粒子配向に関する検討を行っていく予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は，左手系複合材料の電磁気特性制御の検討を行うとともに，合成した左手複合材料のDNG特性の機構を明らかにするための理論的解析を行い，電気通信技術への応用についても検討を行う。
① 左手系複合材料の特性制御を目的に，針状磁性ナノ粒子複合材料の透磁率・誘電率スペクトルにおける粒子の配向効果について検討する。また，異方的形状粒子複合材料による負の透磁率・誘電率について引き続き検討をすすめる。
② 複合材料における透磁率・誘電率と粒子濃度の関係について，種々の混合理論によって解析する。複合材料の透磁率・誘電率スペクトルについて，プラズマ振動による誘電率スペクトルはドルーデモデルで，磁気共鳴による透磁率スペクトルは，磁壁とスピンのローレンツ型共鳴式を用いて解析を行う。
③ 左手系複合材料による空間インピーダンス，屈折率の応用の検討として，複合材料の電磁気特性測定で得られた透磁率，誘電率データをもとに，負の透磁率，誘電率を活用した空間インピーダンス制御，負の屈折率について検討する。
④ 左手系複合材料の電気通信技術への応用に向けた基礎的検討として，合成した複合材料の負の透磁率・誘電率特性を活用した電磁遮へい材料等の実現について探る。
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