CN117940236A - 软磁性纳米线和含有该软磁性纳米线的涂料以及涂布该涂料而成的层叠体 - Google Patents
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Abstract
本发明提供饱和磁化强度和相对磁导率更充分高且矫顽力更充分低的软磁性纳米线。本发明涉及一种含有铁和硼的软磁性纳米线,该软磁性纳米线的平均长度为5μm以上,并且通过SEM-EDS法测定的该纳米线中的铁/硼的摩尔比小于5。
Description
技术领域
本发明涉及软磁性纳米线和含有该软磁性纳米线的涂料以及涂布该涂料而成的层叠体。
背景技术
软磁性材料广泛用于马达的铁芯、电磁阀、各种传感器、磁场屏蔽、电磁波吸收材料等各种用途。一般而言,为了在各用途中得到良好的性能,优选软磁性材料具有高磁导率、高饱和磁化强度、低矫顽力。这些特性值越良好,在各用途中发挥越优异的性能。
特别是,铁为饱和磁化强度高的软磁性材料,应用于传感器、铁芯材料、磁场屏蔽等。进而,在铁材料中,各向异性高的材料由于具有低退磁场和渗流阈值,因此期待作为软磁性材料。
软磁性材料通过赋予各向异性,能够抑制退磁场,使磁导率变高。因此,可知专利文献1、非专利文献1等软磁性的纳米线与软磁性的粒子相比为磁导率优异的材料。
作为具有各向异性的软磁性材料,例如,在非专利文献2和3中公开了一种含有铁和硼的纳米线。
另一方面,近年来,在第5代移动通信系统、先进驾驶辅助系统中,准毫米波、毫米波区域的高频电磁波利用正在迅速发展。高频信号在利用天线进行信号的接收传送时,为了抑制信号的传输损耗、延迟,需要缩短从天线到RFIC(Radio Frequency IntegratedCircuit,射频集成电路)或电源单元的电路长度。因此,使用毫米波的天线以用AiP(天线封装)进行封装成为主流。
因AiP的小型化而导致各单元过于密集,由此需要防止因各自所产生的噪声所致的特性降低。现在,虽然对每个单元实施了电磁波屏蔽,但需要考虑到反射噪声、漏噪声、进而在电磁波屏蔽内产生的环路电流的影响的设计,设计、工序变得非常繁琐及困难。
为了消除反射噪声、环路电流,考虑了使用电磁波吸收体(例如专利文献1~3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开2021/107136号小册子
专利文献2:日本特开2001-077584号公报
专利文献3:日本特开2017-165996号公报
非专利文献
非专利文献1:Advanced Powder Technology(2016),27,p704-710.
非专利文献2:Journal of Applied Physics(2011),109,07B527
非专利文献3:J.Chin.Chem.Soc.2012,59,“Synthesis and Charact
发明内容
然而,专利文献1的纳米线的矫顽力高,作为软磁性材料的性能并不充分。非专利文献1~3的纳米线由于长度较短,缺乏各向异性,因此作为软磁性材料的性能(特别是相对磁导率)并不充分。
另外,如专利文献2那样的现行电磁波吸收体由于吸收频带窄,需要几mm的厚度,因此并不适用于以缩短电路长度为目的的向小型化发展的AiP。另外,专利文献3中公开了一种使用纳米线的电磁波吸收体。然而,专利文献3的电磁波吸收体的性能并不充分,特别是在薄型化上存在课题。
为了薄型化,考虑提高所使用的纳米线的饱和磁化强度、相对磁导率,也考虑提高纳米线中的铁的含有率。然而,以往的纳米线的铁的含有率如专利文献1的实施例所记载的那样极限为65质量%,无法通过普通的方法来实现超过65质量%。因此,以往,能够通过使用纳米线而得到具有优异的电磁波吸收性的电磁波吸收体。
本发明(特别是后述的实施方式1、2所涉及的发明)的目的在于提供一种饱和磁化强度和相对磁导率更充分高且矫顽力更充分低的软磁性纳米线。
本发明(特别是后述的实施方式3所涉及的发明)是为了解决上述问题而进行的,目的在于提供一种电磁波吸收体,该电磁波吸收体即便以较薄厚度,在5G无线通信所使用的26.5~40GHz的频带或者毫米波雷达所使用的74~81GHz的频带中的至少一者的频带(通常为上述频带中的任一者的频带)中也具有更充分优异的电磁波吸收性。
本发明人等进行了深入研究,结果发现通过将含有铁盐(以及根据需要的钴盐和/或镍盐)的溶液使用含有硼的还原剂进行还原,并使平均长度为5μm以上,能实现上述目的,从而完成了本发明。
即,本发明的主旨如下。
<1>一种软磁性纳米线,含有铁和硼,
平均长度为5μm以上,并且通过SEM-EDS法测定的该纳米线中的铁/硼的摩尔比小于5。
<2>根据<1>所述的软磁性纳米线,其中,相对于铁、钴、镍、硼和硅的合计含量,铁的含量为15质量%以上,
相对于铁、钴、镍、硼和硅的合计含量,硼的含量为0.1~20质量%。
<3>根据<1>或<2>所述的软磁性纳米线,其中,相对于纳米线总量,钴和镍各自的含量为0.1质量%以下,
相对于纳米线总量,上述纳米线中的铁的含量为70质量%以上,
相对于纳米线总量,上述纳米线中的硼的含量为3.5质量%以上,
相对于纳米线总量,上述纳米线中的铁和硼以外的元素的含量为25质量%以下。
<4>根据<3>所述的软磁性纳米线,其中,相对于纳米线总量,上述纳米线中的铁的含量为85质量%以上。
<5>根据<4>所述的软磁性纳米线,其中,相对于纳米线总量,上述纳米线中的硼的含量为3.5质量%以上,
相对于纳米线总量,上述纳米线中的铁和硼以外的元素的含量为15质量%以下。
<6>根据<3>所述的软磁性纳米线,其中,相对于纳米线总量,上述纳米线中的铁的含量为89质量%以上,
相对于纳米线总量,上述纳米线中的硼的含量为4质量%以上,。
<7>根据<6>所述的软磁性纳米线,其中,相对于纳米线总量,上述纳米线中的铁和硼以外的元素的含量为8质量%以下。
<8>根据<1>或<2>所述的软磁性纳米线,其中,相对于铁、钴、镍、硼和硅的合计含量,钴和镍的合计含量为1~60质量%。
<9>根据<8>所述的软磁性纳米线,其中,满足以下的条件(P1)或(P2)中的至少一者。
条件(P1):相对于铁、钴、镍、硼和硅的合计含量,铁的含量为60质量%以上;或者
条件(P2):相对于铁、钴、镍、硼和硅的合计含量,铁和钴的合计含量为84质量%以上。
<10>根据<8>所述的软磁性纳米线,其中,满足以下的条件(Q1)或(Q2)中的至少一者。
条件(Q1):相对于铁、钴、镍、硼和硅的合计含量,铁的含量为73.5质量%以上;或者
条件(Q2):相对于铁、钴、镍、硼和硅的合计含量,铁和钴的合计含量为84~90质量%。
<11>根据<8>~<10>中任一项所述的软磁性纳米线,其中,进一步含有硅,
相对于铁、钴、镍、硼和硅的合计含量,硅的含量为0.1~1质量%,。
<12>根据<1>~<11>中任一项所述的软磁性纳米线,其中,使用振动样品型磁力计而测定的饱和磁化强度为40emu/g以上,
使用振动样品型磁力计而测定的矫顽力小于500Oe,
使用振动样品型磁力计而测定的相对磁导率为5以上。
<13>一种软磁性纳米线的制造方法,是制造<1>~<12>中任一项所述的软磁性纳米线的方法,
在反应溶剂中,以含有铁离子的金属离子为原料,使用含有硼原子的还原剂,在磁场中进行液相还原反应。
<14>根据<13>所述的软磁性纳米线的制造方法,其中,上述金属离子进一步含有钴离子和/或镍离子。
<15>一种涂料,含有<1>~<12>中任一项所述的软磁性纳米线。
<16>一种层叠体,具有将<15>所述的涂料涂布于基材上而成的涂膜。
<17>一种成型体,含有<1>~<12>中任一项所述的软磁性纳米线。
<18>一种片材,含有<1>~<12>中任一项所述的软磁性纳米线。
<19>一种电磁波屏蔽材料,含有<1>~<12>中任一项所述的软磁性纳米线。
<20>一种电磁波吸收体,含有纳米线(A)和粘结剂(B),
上述纳米线(A)含有硼和铁,通过ICP-AES法而测定的相对于上述纳米线(A)中的铁、镍和硼的合计的铁的含量为65质量%以上,
上述纳米线(A)的含量相对于上述纳米线(A)和上述粘结剂(B)为85质量%以下。
<21>根据<20>所述的电磁波吸收体,其中,通过ICP-AES法而测定的相对于上述纳米线(A)中的铁、镍和硼的合计的铁的含量为65质量%以上且小于80质量%,
上述纳米线(A)的含量相对于该纳米线(A)与上述粘结剂(B)的合计为45~85质量%。
<22>根据<20>所述的电磁波吸收体,其中,通过ICP-AES法而测定的相对于上述纳米线(A)中的铁、镍和硼的合计的铁的含量为80~95质量%,
上述纳米线(A)的含量相对于该纳米线(A)与上述粘结剂(B)的合计为45~85质量%。
<23>根据<20>所述的电磁波吸收体,其中,通过ICP-AES法而测定的相对于上述纳米线(A)中的铁、镍和硼的合计的铁的含量为65质量%以上且小于80质量%,
上述纳米线(A)的含量相对于该纳米线(A)与上述粘结剂(B)的合计为25质量%以上且小于45质量%。
<24>根据<20>~<23>中任一项所述的电磁波吸收体,其中,电磁波吸收体的厚度为1mm以下。
<25>根据<20>~<24>中任一项所述的电磁波吸收体,其中,上述纳米线(A)的平均长度/平均直径的值为50以上。
<26>根据<20>~<25>中任一项所述的电磁波吸收体,其中,上述电磁波吸收体为毫米波吸收体。
<27>根据<21>所述的电磁波吸收体,其特征在于,上述电磁波吸收体在100μm的厚度下,26.5~40GHz的频带的电磁波吸收性的平均值为15dB以上。
<28>根据<22>或<23>所述的电磁波吸收体,其特征在于,上述电磁波吸收体在100μm的厚度下,74~81GHz的频带的电磁波吸收性的平均值为15dB以上。
<29>一种无线通信的天线单元,在封装体内部包含<20>~<28>中任一项所述的电磁波吸收体。
<30>一种感测单元,在封装体内部包含<20>~<28>中任一项所述的电磁波吸收体。
根据本发明(特别是后述的实施方式1、2所涉及的发明),能够提供一种饱和磁化强度和相对磁导率更充分高、矫顽力更充分低的软磁性纳米线。
本发明(特别是后述的实施方式1、2所涉及的发明)的软磁性纳米线可以通过与粘结剂混合等加工而制成适于各种用途(例如,涂料、层叠体、层叠体、片材、电磁波屏蔽材料、电磁波吸收体)的材料。
根据本发明(特别是后述的实施方式3所涉及的发明),能够提供一种电磁波吸收体,该电磁波吸收体即便以较薄厚度,在5G无线通信所使用的26.5~40GHz的频带或者毫米波雷达所使用的74~81GHz的频带中的至少一者的频带(通常为上述频带中的任一者的频带)中也具有更充分优异的电磁波吸收性。
本发明(特别是后述的实施方式3所涉及的发明)的电磁波吸收体能够适当地用于无线通信的天线单元、感测单元。
附图说明
图1是示出实施例2-1、2-2、2-4、比较例2-1的磁化曲线的图。
图2是示出实施例2-1、2-2、2-4、比较例2-2的WAXD反射法的图谱的图。
具体实施方式
本发明包含关于软磁性纳米线的实施方式1、2和关于电磁波吸收体的实施方式3。
[实施方式1、2:软磁性纳米线]
实施方式1、2的软磁性纳米线含有铁和硼。
实施方式1、2的软磁性纳米线中的铁/硼的摩尔比需要小于5,从饱和磁化强度和相对磁导率的进一步增加以及矫顽力的进一步减少的观点考虑,优选小于4,更优选小于3。该摩尔比为5以上时,饱和磁化强度和相对磁导率降低。该摩尔比通常为0.1以上,特别为0.5以上(优选为1以上)。
铁/硼的摩尔比使用由扫描式电子显微镜(SEM)-EDS法测定的值。详细而言,该摩尔比使用在SEM的任意10个视野中利用EDS法测定各元素的构成比率而算出的平均值。
实施方式1、2的软磁性纳米线中的铁的含量没有特别限定,通常,相对于铁、钴、镍、硼和硅的合计含量(以下,有时简称为“合计含量X”),为15质量%以上,从高饱和磁化强度的观点考虑,优选为30质量%以上。该铁的含量的上限值没有特别限定,该铁的含量相对于合计含量X通常为98质量%以下。纳米线不含有铁的情况下,饱和磁化强度变低,因而不优选。通过含有铁,能够制成软磁性材料。
实施方式1、2的软磁性纳米线中的硼的含量没有特别限定,通常,相对于合计含量X,为0.1质量%以上(特别是0.1~20质量%),从饱和磁化强度和相对磁导率的进一步增加以及矫顽力的进一步减少的观点考虑,优选为2~15质量%,更优选为3~10质量%。通过使软磁性纳米线含有硼,从而使纳米线的晶体与非晶的比例得到控制,即便纳米线的长度较长也能够抑制矫顽力的上升。纳米线不含有硼的情况下,非晶的比例变低,有时无法抑制矫顽力的上升。
本来,铁的含量越高,饱和磁化强度等作为软磁性材料的性能提高,但铁容易氧化,因此,纳米线中包含氧等,纯度会降低。然而,在本发明中,通过在纳米线中包含硼,可以抑制氧化,并且可以使纳米线生长,可以制成铁的纯度高的纳米线。另外,通过在纳米线中包含硼,制成后在储藏时也能维持高纯度。纳米线不含有铁的情况下,饱和磁化强度变低,因而不优选。纳米线不含有硼的情况下,有时无法制作具有规定平均长度的纳米线。
实施方式1、2的软磁性纳米线中含有的铁和硼以外的元素及其含量没有特别限定。以下,将软磁性纳米线除了铁和硼以外实质上不含有钴和镍的情况作为实施方式1,将软磁性纳米线除了铁和硼以外实质上含有钴和/或镍的情况作为实施方式2进行说明。
实施方式1、2的软磁性纳米线的平均长度需要为5μm以上,从饱和磁化强度和相对磁导率的进一步增加以及矫顽力的进一步减少的观点考虑,优选为8~40μm,更优选为10~35μm,进一步优选为10~30μm。通过如上所述含有硼,能够制作平均长度为5μm以上的纳米线。纳米线越长,则各向异性越高,越可以降低退磁场。纳米线的平均长度小于5μm时,饱和磁化强度和相对磁导率降低。
实施方式1、2的软磁性纳米线的平均直径没有特别限定,从饱和磁化强度和相对磁导率的进一步增加以及矫顽力的进一步减少的观点考虑,优选为20~300nm,更优选为50~200nm,进一步优选为50~150nm。上述平均直径可以通过反应条件来控制,可以根据用途而适当地选择。纳米线越细,则长宽比越大,退磁场越降低。实施方式1、2的软磁性纳米线的长宽比没有特别限定,例如,可以为20~500,从饱和磁化强度和相对磁导率的进一步增加以及矫顽力的进一步减少的观点考虑,优选为40~300,更优选为50~200。
本说明书中,纳米线的平均长度和平均直径使用基于扫描式电子显微镜(SEM)的拍摄而得到的任意100个点处的平均值。
实施方式1、2的软磁性纳米线的饱和磁化强度优选为40emu/g以上,更优选为60emu/g以上,进一步优选为70emu/g以上,特别优选为150emu/g以上。饱和磁化强度小于40emu/g的情况下,作为软磁性材料的性能不足并且难以处理。该饱和磁化强度通常为300emu/g以下,特别为200emu/g以下。
实施方式1、2的软磁性纳米线中,饱和磁化强度除以铁的纯度而得的值优选为40emu/g以上,更优选为60emu/g以上,进一步优选为70emu/g以上,特别优选为150emu/g以上。铁的纯度是指基于纳米线中的铁的含量所得的值,是将纳米线的总质量设为“1”时的值。
实施方式1、2的软磁性纳米线的相对磁导率优选为5以上,更优选为10以上,进一步优选为40以上,充分优选为100以上。相对磁导率小于5时,作为软磁性材料的性能不足,并且难以处理。该相对磁导率通常为300以下,特别为200以下。
实施方式1、2的软磁性纳米线的矫顽力优选小于500Oe,更优选小于400Oe,进一步优选小于200Oe。矫顽力为500Oe以上时,对磁场的反应迟钝,难以作为软磁性材料处理。一般,各向异性越高的材料,矫顽力越高,但通过含有硼而能够抑制矫顽力的上升。该矫顽力通常为50Oe以上,特别为100Oe以上。
本说明书中,饱和磁化强度、相对磁导率和矫顽力使用在25℃下利用振动样品型磁力计(VSM)而求出的值(2次的测定值)的平均值。
实施方式1、2的软磁性纳米线具有各向异性。各向异性是指纳米线的长宽比更充分大。实施方式1、2的软磁性纳米线优选具有如上所述的更充分大的长宽比。
(实施方式1)
实施方式1的软磁性纳米线含有铁和硼,实质上不含有钴和镍。
从饱和磁化强度和相对磁导率的进一步增加以及矫顽力的进一步减少的观点考虑,实施方式1的软磁性纳米线中的铁的含量相对于纳米线总量,优选为70质量%以上,更优选为85质量%以上,进一步优选为88质量%以上,充分优选为89质量%以上,更充分优选为90质量%以上,特别优选为93质量%以上,最优选为95质量%以上。铁的含量通常相对于纳米线总量,为98质量%以下,特别为95质量%以下。
从饱和磁化强度和相对磁导率的进一步增加以及矫顽力的进一步减少的观点考虑,实施方式1的软磁性纳米线中的硼的含量相对于纳米线总量,优选为3.5质量%以上,更优选为4质量%以上,充分优选为4.85质量%以上,更充分优选为5质量%以上。硼的含量通常为15质量%以下,特别为8质量%以下。
实施方式1中,铁和硼的各元素的含量可以由相对于纳米线总量的值(质量%)表示。该各元素的含量使用通过将溶解有纳米线的溶液供于基于ICP-AES法的多元素同时分析法和标准曲线法而测定的值。
实施方式1的软磁性纳米线中的铁和硼以外的元素的含量没有特别限定,从饱和磁化强度和相对磁导率的进一步增加以及矫顽力的进一步减少的观点考虑,相对于纳米线总量,优选为25质量%以下,更优选为15质量%以下,进一步优选为8质量%以下,充分优选为7质量%以下,更充分优选为6质量%以下,进一步充分优选为5质量%以下,最充分优选为3质量%以下,特别优选小于1质量%,最优选为0.1质量%以下。铁和硼以外的元素的含量也可以小于检测极限值(例如0.1质量%)。
铁和硼以外的元素是指实施方式1的软磁性纳米线中含有的非铁亦非硼的元素。作为铁和硼以外的元素的具体例,例如,可举出氧、碳、硅等。
实施方式1中,铁和硼以外的元素的含量为这些元素的合计含量,由相对于纳米线总量的值(质量%)表示。该元素的含量使用通过将溶解有纳米线的溶液供于基于ICP-AES法的多元素同时分析法和标准曲线法而测定的值。详细而言,使用通过从纳米线总量中减去利用基于ICP-AES法的标准曲线法所测定的铁和硼的含量而算出的值。
实施方式1的软磁性纳米线中,钴和镍各自的含量通常相对于纳米线总量为0.1质量%以下,特别为0质量%。应予说明,钴和镍各自的含量为0质量%表示实施方式1的软磁性纳米线实质上不含有钴和镍,详细而言是,表示该钴和镍各自的含量小于利用基于ICP-AES法的测定方法所得的检测极限值(例如小于0.1质量%)。
从饱和磁化强度和相对磁导率的进一步增加以及矫顽力的进一步减少的观点考虑,实施方式1的软磁性纳米线中的铁、钴、镍、硼和硅的合计含量(即“合计含量X”)相对于该纳米线总量,优选为75质量%以上,更优选为80质量%以上,进一步优选为85质量%以上,充分优选为95质量%以上,更充分优选为98质量%以上。合计含量X与纳米线总量的比例通常为100质量%以下。
本说明书中,铁、钴、镍、硼和硅的合计含量(即“合计含量X”)与纳米线总量的比例(质量%)使用利用基于ICP-AES法的标准曲线法而测定的值。
从保持良好的饱和磁化强度和相对磁导率并且进一步减少矫顽力的观点考虑,实施方式1的软磁性纳米线优选硅的含量较少,更优选不含有硅。实施方式1的软磁性纳米线中的硅的含量,通常,相对于合计含量X,为0~1质量%,优选为0~0.5质量%,更优选为0质量%以上且小于0.1质量%,进一步优选为0质量%。实施方式1中,通过软磁性纳米线不含有硅,能够辅助硼的效果,并且能够更充分地抑制矫顽力的上升。硅的含量为0质量%表示软磁性纳米线实质上不含有硅,详细而言,表示该硅的含量小于利用基于ICP-AES法的测定方法所得的检测极限值(例如小于0.1质量%)。
(实施方式2)
实施方式2的软磁性纳米线含有铁、钴和/或镍、以及硼。
由于能够得到高饱和磁化强度,因此,相对于合计含量X,实施方式2的软磁性纳米线中的铁的含量优选为40质量%。实施方式2中,从饱和磁化强度和相对磁导率的进一步增加以及矫顽力的进一步减少的观点考虑,相对于合计含量X,该铁的含量优选为50质量%以上,更优选为60质量%以上,进一步优选为70质量%以上,充分优选为73.5质量%以上,更充分优选为80质量%以上。该铁的含量的上限值没有特别限定,该铁的含量相对于合计含量X通常为98质量%以下。
实施方式2的软磁性纳米线含有钴或镍中的至少一者。详细而言,实施方式2的软磁性纳米线可以含有钴或镍中的一者,或者也可以含有两者。钴和镍的合计含量没有特别限定,从饱和磁化强度和相对磁导率的进一步增加以及矫顽力的进一步减少的观点考虑,相对于合计含量X,优选为1~60质量%,更优选为3~55质量%,更优选为5~50质量%,进一步优选为5~30质量%,充分优选为5~25质量%。
钴的含量通常相对于合计含量X,优选为60质量%以下(特别是0~60质量%),从饱和磁化强度和相对磁导率的进一步增加以及矫顽力的进一步减少的观点考虑,优选为50质量%以下(特别是0~50质量%),更优选为40质量%以下(特别是0~40质量%),进一步优选为0质量%。应予说明,钴的含量为0质量%表示实施方式2的软磁性纳米线不含有钴,详细而言,表示该钴的含量小于利用基于ICP-AES法的测定方法所得的检测极限值(例如小于0.1质量%)。
镍的含量通常相对于合计含量X,优选为60质量%以下(特别是0~60质量%),从饱和磁化强度和相对磁导率的进一步增加以及矫顽力的进一步减少的观点考虑,优选为50质量%以下(特别是0~50质量%),更优选为30质量%以下(特别是0~30质量%),进一步优选为5~20质量%。应予说明,镍的含量为0质量%表示实施方式2的软磁性纳米线不含有镍,详细而言,表示该镍的含量小于利用基于ICP-AES法的测定方法所得的检测极限值(例如小于0.1质量%)。
从饱和磁化强度和相对磁导率的进一步增加以及矫顽力的进一步减少的观点考虑,实施方式2的软磁性纳米线相对于合计含量X,优选含有5~20质量%的硼,更优选含有5~15质量%的硼,进一步优选含有5~10质量%的硼,充分优选含有7~10质量%的硼,更充分优选含有7~9质量%的硼。
实施方式2的软磁性纳米线中的铁和钴的合计含量没有特别限定,通常,相对于合计含量X,为15质量%以上。从饱和磁化强度和相对磁导率的进一步增加以及矫顽力的进一步减少的观点考虑,该铁和钴的合计含量相对于合计含量X,优选为30质量%以上,更优选为40质量%以上,进一步优选为70质量%以上,充分优选为84质量%以上。该铁和钴的合计含量的上限值没有特别限定,该铁和钴的合计含量,通常,相对于合计含量X,为98质量%以下。
从保持良好的饱和磁化强度和相对磁导率并且进一步减少矫顽力的观点考虑,优选实施方式2的软磁性纳米线含有硅。含有硅的情况下,硅相对于合计含量X,优选含有0.1~1质量%,更优选含有0.1~0.5质量%。在实施方式2中,通过与钴和/或镍一起含有硅,能够辅助硼的效果,并且能够更充分地抑制矫顽力的上升。
从饱和磁化强度和相对磁导率的进一步增加以及矫顽力的进一步减少的观点考虑,实施方式2的软磁性纳米线在特别优选的实施方式中,满足以下的条件(P1)或(P2)中的至少一者。详细而言,实施方式2的特别优选的软磁性纳米线可以满足条件(P1)或(P2)中的一者,或者也可以满足两者。
条件(P1):铁的含量相对于合计含量X为60质量%以上。该条件下,铁的含量的上限值没有特别限定,该铁的含量相对于合计含量X通常为98质量%以下。
条件(P2):铁和钴的合计含量相对于合计含量X为84质量%以上。该条件下,铁和钴的合计含量的上限值没有特别限定,该铁和钴的合计含量相对于合计含量X通常为98质量%以下。
从饱和磁化强度和相对磁导率的进一步增加以及矫顽力的进一步减少的观点考虑,实施方式2的软磁性纳米线在特别优选的实施方式中,满足以下的条件(Q1)或(Q2)中的至少一者。详细而言,实施方式2的特别更优选的软磁性纳米线可以满足条件(Q1)或(Q2)中的一者,或者也可以满足两者。特别更优选的实施方式中,实施方式2的软磁性纳米线通常可以仅满足条件(Q1)或(Q2)中的条件(Q1)。
条件(Q1):铁的含量相对于合计含量X为73.5质量%以上。该条件下,铁的含量的上限值没有特别限定,该铁的含量相对于合计含量X通常为98质量%以下。
条件(Q2):铁和钴的合计含量相对于合计含量X为84~90质量%。
实施方式2中,铁、钴、镍、硼和硅的各元素的含量可以由相对于这些元素的合计含量(即“合计含量X”)的值(质量%)表示。因此,该各元素的含量也可以称为纳米线的构成比率。该各元素的含量使用通过将溶解有纳米线的溶液供于基于ICP-AES法的多元素同时分析法和标准曲线法而测定的值。
实施方式2的软磁性纳米线中的铁、钴、镍、硼和硅的合计含量(即“合计含量X”)该相对于纳米线总量,优选为60质量%以上,更优选为65质量%以上,进一步优选为70质量%以上,充分优选为75质量%以上。合计含量X与纳米线总量的比例的上限值没有特别限定,该比例通常为98质量%以下。对于实施方式2的纳米线,作为铁、钴、镍、硼和硅以外的元素,由于稀有气体元素、氢、碳、氧、氮等的液化的预处理困难,因此有时含有难以由ICP-AES定量的元素(例如氧和/或碳)。
[实施方式1、2:软磁性纳米线的制造方法]
实施方式1、2的纳米线的制造方法没有特别限定,例如,反应溶剂中,可举出将原料的金属离子使用含有硼原子的还原剂在磁场中进行液相还原反应方法。金属离子含有铁离子(实施方式1、2),进一步根据需要含有钴离子和/或镍离子(实施方式2)。
在磁场中对金属离子进行还原时,优选使金属盐溶解于反应溶剂而供给金属离子。金属盐的形态只要是能够溶解于所使用的反应溶剂中并能够以可还原的状态供给金属离子,就没有特别限定。作为金属盐,例如,可举出铁、钴、镍的各自的氯化物、硫酸盐、硝酸盐、乙酸盐等。这些盐可以为水合物,也可以为酐。金属离子的价数没有特别限定。例如,只要是铁离子,就可以为铁(II)离子、铁(III)离子中的任一者。
金属离子的种类和浓度分别为使得到的纳米线具有所期望的构成比率的种类和浓度即可。通过在选择金属离子种类的同时调整各金属离子的浓度,能够控制纳米线的组成和构成比率。金属离子的浓度以铁、钴、镍的合计计,优选为10~1000mmol/L,由于容易形成纳米线,容易提高收率,更优选为30~300mmol/L,进一步优选为50~200mmol/L。
对于含有金属离子的反应溶液,优选将反应开始前的溶存氧量控制为0.5~4.0mg/L,特别优选控制为1.0~3.0mg/L。上述溶存氧量超过4.0mg/L时,存在纳米线的平均长度不会生长到5μm以上的长度的情况。通过利用后述的碱性水溶液进行表面处理,从而即便上述溶存氧量超过4.0mg/L时,也存在能够得到平均长度超过5μm的纳米线的情况。另一方面,上述溶存氧量小于0.5mg/L时,有时变为容易发生再离子化等的不稳定的纳米线。溶存氧量的控制可以通过使用基于非活性气体的脱气、脱氧剂而进行。
实施方式1、2中,还原剂需要为硼氢化钠、硼氢化钾、二甲基胺硼烷等含有硼原子的还原剂,其中,优选硼氢化钠。使用不含有硼原子的还原剂时,有时无法得到纳米线。特别是在实施方式2中,还原剂优选以杂质形式含有硅的还原剂。以杂质形式含有硅的还原剂是指例如以硅酸钠的形式含有微量硅的还原剂。在这样的含有微量硅的还原剂中,硅的含量通常为0.5质量%以下,特别为0.1质量%以下。
还原剂的浓度没有特别限定,优选为50~2000mmol/L,更优选为100~1000mmol/L,进一步优选为150~600mmol/L。还原剂的浓度小于50mmol/L的情况下,有时还原反应不充分进行,还原剂的浓度超过2000mmol/L的情况下,有时因还原反应的进行而引起急剧的发泡。
反应溶剂只要能够溶解金属离子和还原剂,就没有特别限定,从溶解性、价格、环境负荷等观点考虑,优选水。
还原反应时,对于金属离子溶液和还原剂溶液而言,优选将一方的溶液滴加到另一方的溶液中形成反应液。详细而言,可以将还原剂溶液滴加到金属离子溶液中,或者也可以将金属离子溶液滴加到还原剂溶液中。从饱和磁化强度和相对磁导率的进一步增加以及矫顽力的进一步减少的观点考虑,优选将还原剂溶液滴加到金属离子溶液中。应予说明,上述金属离子和还原剂的浓度为反应液(即金属离子溶液和还原剂溶液的混合液)中的浓度。
还原反应可以利用间歇法进行,也可以利用流动法进行。
对金属离子进行还原时所施加的磁场在间歇法、流动法的任一情况下都优选将中心磁场设为10~200mT。中心磁场小于10mT的情况下,有时难以生成软磁性纳米线。难以生成超过200mT的强磁场。
进行还原反应的温度没有特别限定,优选为从室温(例如,25℃)到溶剂沸点的温度,从简便性的观点考虑,更优选在室温下进行。
还原反应的时间只要能够制作软磁性纳米线,就没有特别限定。利用间歇法进行的情况下,优选为1分钟~1小时。利用流动法进行的情况下,只要经过规定时间,就可以取出反应后的溶液,也可以连续取出反应后的溶液。
还原反应时,为了减少体系中的溶存氧量,可以利用氮、氩等非活性气体进行鼓泡,或者也可以不进行。从饱和磁化强度和相对磁导率的进一步增加以及矫顽力的进一步减少的观点考虑,优选进行该鼓泡。
还原反应后,可以通过离心分离、过滤、基于磁铁的吸附等对软磁性纳米线进行纯化回收。
对于还原反应后或者纯化回收后的软磁性纳米线,通过使用氢氧化钠水溶液等碱性水溶液进行表面处理而能够在软磁性纳米线表面形成氧化层。进行该处理的情况下,即便不进行基于非活性气体的鼓泡时,也能够得到纯度高、饱和磁化强度和相对磁导率高、矫顽力低的纳米线。使用碱性水溶液进行表面处理是指在还原反应后向反应液中添加碱性水溶液保持0.5~3小时,或者在纯化回收后使软磁性纳米线分散在碱性水溶液中保持0.5~3小时。
[实施方式1、2:软磁性纳米线的使用和用途]
实施方式1、2的软磁性纳米线可以通过与各种材料混合并进行成型加工而制成电磁波屏蔽材料。电磁波屏蔽材料包含电场屏蔽、磁场屏蔽等电磁波屏蔽;以及电磁波吸收体等。电磁波屏蔽是指抑制电磁波的穿透并反射电磁波。电磁波吸收体是指抑制电磁波的穿透、反射并吸收电磁波。电磁波屏蔽材料所屏蔽的电磁波的频率为例如26.5~40GHz、70~80GHz、287.5~312.5GHz等频带。上述电磁波屏蔽材料能够用于马达的铁芯、电磁阀、各种传感器等各种用途。
可与实施方式1、2的软磁性纳米线混合的各种材料无论有机材料、无机材料均可。实施方式1、2的软磁性纳米线可以与各种材料例如环氧树脂等热固性树脂;聚烯烃、聚酯、聚酰胺等热塑性树脂;异戊二烯橡胶、有机硅橡胶等橡胶;玻璃、陶瓷进行混合。另外,混合时,也可以使用挥发性溶剂等。有机材料包含热固性树脂、热塑性树脂、橡胶。
含有实施方式1、2的软磁性纳米线的成型体为含有实施方式1、2的软磁性纳米线和上述各种材料(例如,有机物)、并且可以具有所有形状的成型加工品。作为成型加工方法,没有特别限定,例如,可举出浇铸法、熔融混炼法、涂布法、注塑成型法、挤出成型法等。
作为含有实施方式1、2的软磁性纳米线的成型体的一个例子,例如,有具有含有实施方式1、2的软磁性纳米线的涂膜的层叠体。例如,通过将含有实施方式1、2的软磁性纳米线的涂料涂布在基材上(并根据需要进行干燥)而能够形成具有涂膜的层叠体。实施方式1、2的层叠体特别能够用于磁场屏蔽、电磁波吸收体等。涂料除了软磁性纳米线以外,也可以含有上述各种材料(例如,有机材料)和/或溶剂。涂料中的软磁性纳米线的含量没有特别限定,例如,可以为0.1~70质量%,特别优选为1~50质量%。涂料中的上述各种材料(特别是有机材料)的含量没有特别限定,例如,可以为1~99质量%,特别优选为10~90质量%。
作为构成层叠体的基材,没有特别限定,只要能够支撑涂膜,就没有特别限定。作为可构成基材的材料,例如,可举出聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺等有机材料;金属箔、陶瓷、玻璃等无机材料或;它们的复合材料。
用于得到层叠体的涂布方法没有特别限定,例如,可举出线棒涂布、薄膜涂布器涂布、喷雾涂布、凹版辊涂布法、丝网印刷法、反向辊涂法、唇涂法、气刀涂布法、幕流涂布法、浸渍涂布法、模涂法、喷涂法、凸版印刷法、凹版印刷法、喷墨法。
作为含有实施方式1、2的软磁性纳米线的成型体的另一个例子,例如,有含有实施方式1、2的软磁性纳米线的片材。例如,可以通过将含有实施方式1、2的软磁性纳米线的涂料涂布在基材上(并根据需要进行干燥)而得到的片材从基材上剥离而形成。实施方式1、2的片材为以片材单体在市场中交易的对象。实施方式1、2的片材可以与上述层叠体同样地用于磁场屏蔽、电磁波吸收体等。涂料可以与用于得到层叠体的涂料同样地除了软磁性纳米线以外还含有上述各种材料(例如,有机材料(特别是聚合物或橡胶))和/或溶剂。
作为用于得到片材的基材,只要能够剥离片材,就没有特别限定,可以选自与构成层叠体的基材同样的范围内的基材。
用于得到片材的涂布方法没有特别限定,可以从与用于得到层叠体的涂布方法同样的范围内选择。
[实施方式3:电磁波吸收体]
实施方式3所涉及的发明关于电磁波吸收体。实施方式3的电磁波吸收体由纳米线(A)和粘结剂(B)构成。
在纳米线(A)中铁的含量相对于铁、镍和硼的合计量需要为65质量%以上(特别是超过65质量%)。从进一步提高电磁波吸收性的观点考虑,该铁的含量优选为70质量%以上。为了使纳米线(A)中铁的上述含量为65质量%以上(特别是超过65质量%),需要含有硼。通过使铁的含量为65%以上(特别是超过65质量%),还能够抑制矫顽力的上升,在高频的毫米波区域变得容易发挥电磁波吸收性。如果铁的含量过少,则电磁波吸收性降低。详细而言,在5G无线通信所使用的26.5~40GHz的频带(以下,有时简称为“频带A”)或者毫米波雷达所使用的74~81GHz的频带(以下,有时简称为“频带B”)中的任一频带下,为较薄厚度(例如厚度100μm)时,电磁波吸收性小于5dB,无法作为电磁波吸收体使用。铁的含量的上限值没有特别限定,铁的含量通常可以为98质量%以下(特别是95质量%以下)。
在实施方式3中,电磁波吸收性是针对频带A或频带B中的至少一者的频带(通常仅一者的频带)的电磁波使反射更充分地衰减或降低的特性。详细而言,电磁波吸收性在频带A和频带B中可以为仅频带A的电磁波吸收性,也可以为仅频带B的电磁波吸收性,或者也可以为两者的频带的电磁波吸收性。从电磁波的更充分的吸收(例如,进一步增大反射衰减量)的观点考虑,实施方式3的电磁波吸收体优选频带A和频带B中的仅一者的频带的电磁波吸收性更充分优异。
在纳米线(A)中镍的含量通常相对于铁、镍和硼的合计量为40质量%以下(特别是35质量%以下)。镍的含量的下限值通常为0质量%,镍的含量也可以为0质量%以上。
纳米线(A)中的硼的含量通常为0.1质量%以上,从进一步提高电磁波吸收性的观点考虑,优选为0.1~15质量%,更优选为2.5~10质量%。本说明书中,数值范围R~S(R为任意数值,S为满足R<S的任意数值)只要没有特别说明,就表示包含上限值S和下限值R的数值范围。
纳米线(A)中的银的含量没有特别限定,通常为5质量%以下(特别是0质量%)。
在实施方式3中,纳米线(A)中的铁、镍、银和硼的各个元素的含量可以由通过测定相对于纳米线总量的值(含量)(质量%)而算出的相对于铁、镍和硼的合计含量的比例表示。各元素的相对于纳米线总量的值(含量)使用通过将溶解有纳米线(A)的溶液供于基于ICP-AES法的多元素同时分析法和标准曲线法而测定的值。
纳米线(A)中的铁、镍、银和硼以外的元素的合计含量通常为40质量%以下(特别是30质量%以下)。该合计含量的下限值通常为0质量%,该合计含量可以为0质量%以上。铁、镍、银和硼以外的元素是指纳米线中含有的非铁、亦非镍、亦非银、亦非硼的元素。作为铁、镍、银和硼以外的元素的具体例,例如,可举出氧、碳、硅、钴等。
电磁波吸收体中的纳米线(A)的含量相对于纳米线(A)与粘结剂(B)的合计,需要为85质量%以下,通常为25~85质量%。如果纳米线(A)的该含量过少或者过多,则在频带A或频带B中任一频带下,为较薄厚度(例如厚度100μm)时,电磁波吸收性小于5dB,无法作为电磁波吸收体使用。
电磁波吸收性大大依赖纳米线(A)中的铁的含量和电磁波吸收体中的纳米线(A)的含量。因此,从优选的电磁波吸收性的观点考虑,实施方式3包含以下的方式A~C。
方式A:频带A的电磁波吸收性可以通过在纳米线(A)中使铁的上述含量为65质量%以上且小于80质量%(特别是65~75质量%),并且使纳米线(A)的含量相对于纳米线(A)与粘结剂(B)的合计为45~85质量%(特别是48~82质量%)而变得更优异。本方式中,镍、银和硼的各个元素的含量可以在上述范围内,例如,可以分别为5~30质量%(特别是10~30质量%)、0~2质量%(特别是0质量%)和1~15质量%(特别是3~10质量%)。本方式中,纳米线(A)中的铁、镍、银和硼以外的元素的合计含量可以在上述范围内,例如,可以为5~30质量%(特别是10~20质量%)。
方式B:频带B的电磁波吸收性可以通过在纳米线(A)中使铁的上述含量为80~95质量%(特别是84~95质量%),并且使纳米线(A)的含量相对于纳米线(A)与粘结剂(B)的合计为45~85质量%(特别是48~82质量%)而变得更优异。本方式中,镍、银和硼的各个元素的含量可以在上述范围内,例如,可以分别为0~20质量%(特别是0~10质量%)、0~2质量%(特别是0质量%)和1~15质量%(特别是2~10质量%)。本方式中,纳米线(A)中的铁、镍、银和硼以外的元素的合计含量可以在上述范围内,例如,可以为0~40质量%(特别是0~30质量%)。
方式C:频带B的电磁波吸收性另外也可以通过在纳米线(A)中使铁的上述含量为65质量%以上且小于80质量%(特别是65~75质量%),并且使纳米线(A)的含量相对于纳米线(A)与粘结剂(B)的合计为25质量%以上且小于45质量%(特别是28~42质量%)而变得更优异。本方式中,镍、银和硼的各个元素的含量可以在上述范围内,例如,可以分别为5~30质量%(特别是10~30质量%)、0~2质量%(特别是0质量%)和1~15质量%(特别是3~10质量%)。本方式中,纳米线(A)中的铁、镍、银和硼以外的元素的合计含量可以在上述范围内,例如,可以为5~30质量%(特别是10~20质量%)。
为了吸收准毫米波至毫米波的噪声,通常使用介电常数和磁导率高的材料,将噪声的能量转换为热能而损耗。因此,实施方式3中,使用作为磁性体的纳米线(A)和作为电介质的粘结剂(B),提高介电常数和磁导率。
电磁波吸收体为了在材料内部吸收噪声,较厚者会有利,但为了用于向小型化发展的AiP,期望即便较薄也能够应用的电磁波吸收体。因此,在实施方式3中,使用使铁的含量在上述范围内的纳米线本身的饱和磁化强度、磁导率高的金属纳米线。纳米线中的铁等的质量比率可以如上所述地利用ICP-AES法来测定。纳米线是否为金属只要利用XRD进行评价即可。
由于磁性材料在内部产生退磁场,因此例如1粒磁性粒子在交流磁场中难以磁化,需要磁性粒子的高填充和取向。但是,实施方式3的纳米线(A)由于各向异性高,S极与N极远离,因此退磁场不易发挥作用。因此,即便是1根纳米线也容易进行磁化。作为其结果,能够得到具有与含有需要高填充和取向的磁性粒子的电磁波吸收体不同的宽吸收频带的电磁波吸收体。
此外,纳米线(A)由于因具有高各向异性的纤维形状而渗流阈值降低,因此具有在材料内部容易形成团簇的特征。为碳等粒子状的导电材料的情况下,为了提高材料(电磁波吸收体)的介电常数而需要高填充,但如果填充率变高,则材料与空间的界面阻抗发生不匹配,导致噪声反射。因此,不作为电磁波吸收体发挥功能。详细而言,含有粒子状的导电材料的电磁波吸收体难以表现出电磁波吸收性。实施方式3的纳米线(A)即便添加量较少,也能够提高材料内部的介电常数。进而,由于添加量少,因此容易制作成型加工中的表皮层这样的结构,能够缓和材料与空间的界面阻抗之差。作为它们的结果,容易作为电磁波吸收体发挥功能。详细而言,在实施方式3中电磁波吸收体更充分地表现出电磁波吸收性。
实施方式3的纳米线(A)的平均长度没有特别限定,从电磁波吸收性的进一步提高和纳米线的制造工序中的处理性的提高的观点考虑,优选为30μm以下,更优选为25μm以下,更优选为18μm以下。该平均长度的下限也没有特别限定,该平均长度通常为3μm以上,更优选为5μm以上。
实施方式3的纳米线(A)的平均直径没有特别限定,例如,从理想的制造上的观点考虑,平均直径可以为50nm至200nm左右(特别是50~120nm)。在实施方式3中,由于各向异性重要,因此从进一步提高电磁波吸收性的观点考虑,纳米线(A)中的平均长度/平均直径的关系(例如其值)优选为50以上,进一步优选为100以上。为粒子状的情况下,退磁场系数为0.33,与此相对,在平均长度/平均直径的关系为50的情况下,长轴方向的退磁场系数约为0.0014,在平均长度/平均直径的关系为100的情况下,长轴方向的退磁场系数约为0.00043。因此,平均长度/平均直径为上述范围时,变为足够小的退磁场系数,可更充分地得到所期待的效果。上述平均长度/平均直径的上限没有特别限定,平均长度/平均直径可以为300以下(特别是220以下)。
纳米线(A)通过在磁场中进行制作而能够使形状与晶体的磁各向异性一致。以下示出其制法的一个例子。
为了在磁场中形成纳米线(A),将原料的金属盐用还原剂进行还原。原料的金属盐为各金属的盐酸盐、硝酸盐、硫酸盐、乙酸盐等,只要使它们在50mmol/L左右的浓度的溶液中反应即可。另外,铁的含量可以通过原料的金属盐的比率来控制。例如,在使铁为50质量%的情况下,只要使总金属盐中含有的金属中的铁的比率为50质量%即可。
还原反应所使用的还原剂使用含有硼的还原剂(例如硼氢化钠)。例如通过使用硼氢化钠并在室温附近对金属盐进行还原而成为还原反应速度、反应的时间适于形成纳米线的条件。另外,通过使反应所使用的硼氢化钠的浓度相对于金属盐的浓度为过量而能够以高收率得到纳米线(A)。
在还原反应时施加的磁场为50~160mT(特别是50~150mT)左右即可。更低的磁场的情况下,有时无法形成纳米线。更强的磁场的情况下,有时生成的纳米线吸附于磁场的产生源,变得无法回收。
还原反应时,为了降低体系中的溶存氧量,可以利用氮、氩等非活性气体进行鼓泡,或者也可以不进行。从进一步提高电磁波吸收性的观点考虑,优选进行该鼓泡。
从添加还原剂到生成纳米线的时间为几秒左右。含有很多铁的纳米线有时根据水溶液的条件而进行再离子化并恢复为铁离子。因此,通过添加氢氧化钠水溶液等,将反应溶液调节为pH12~13并保持30分钟以上,也能够促进纳米线表面形成钝化态使其稳定化。然后,只要利用过滤器等回收并纯化纳米线即可。
实施方式3并不妨碍电磁波吸收体含有纳米线(A)以外的纳米线(以下,有时称为“其它纳米线”)。其它纳米线的含量例如相对于纳米线(A)可以为10质量%以下(特别是1质量%以下)。从进一步提高电磁波吸收性的观点考虑,实施方式3的电磁波吸收体优选不含有其它纳米线。
粘结剂(B)只要将纳米线(A)粘结而作为高电介质,就没有特别限定。另外,只要根据耐热性、柔软性等作为电磁波吸收体所必需的物性,适当选择粘结剂即可。例如,可举出有机硅树脂;聚异戊二烯等各种橡胶;环氧树脂;丙烯酸树脂;氟树脂;聚烯烃树脂;聚酯树脂;或这些的混合物等高分子材料、以及二氧化硅等陶瓷材料等。高分子材料的分子量只要能够粘结纳米线(A),就没有特别限定,例如,只要是1万~100万左右的通常的高分子材料的分子量即可,另外,也可以是交联结构的高分子材料。
实施方式3的电磁波吸收体可以含有阻燃剂、UV吸收剂、抗氧化剂等添加剂。
实施方式3的电磁波吸收体的形状没有限制,实施方式3的电磁波吸收体可以具有例如膜形状、薄片形状或板形状。
实施方式3的电磁波吸收体具有如上所述的膜形状、薄片形状或板形状的情况下,其厚度没有特别限定,例如,可以为1mm以下、特别是1~1000μm,可以优选为10~500μm、更优选为50~200μm。实施方式3的电磁波吸收体在具有这样的厚度的情况下也可以在后述的用途中发挥更充分的电磁波吸收性。
制造实施方式3的电磁波吸收体的工序只要能够将纳米线(A)与粘结剂(B)混合,就没有特别限定,优选不会引起纳米线的切断。因此,优选将纳米线(A)和粘结剂(B)优选以液体状态进行混合。液体状态不仅包含含有水、溶剂的状态,而且还包含与粘结剂的单体(例如环氧单体)等混合的状态。
通过由含有纳米线(A)和粘结剂(B)的混合液(例如油墨)的吹送或涂布等形成涂膜而能够得到电磁波吸收体。电磁波吸收体中含有的纳米线(A)的含量只要根据用途、目的进行设计即可,但由于是电磁波吸收体,因此使纳米线的含量在上述范围内。如上所述,如果纳米线的含量较多,则会引起界面阻抗的不匹配而反射噪声。实施方式3的电磁波吸收体也可以通过将含有纳米线(A)和粘结剂(B)的混合物进行热压而得到。
在含有纳米线(A)和粘结剂(B)的混合液中,为了改善加工性,可以含有流平剂、脱泡剂、增粘剂等添加剂。
为了使实施方式3的电磁波吸收体适应于作为实施方式3的目的的小型化AiP,适合以1mm以下(特别是小于1mm)的厚度使用。例如,智能手机所使用的包含毫米波天线的AiP的厚度为4mm左右,仅电磁波吸收体就为超过1mm的厚度,认为并不适合。
实施方式3的电磁波吸收体适合用于毫米波,因此,可以称为“毫米波吸收体”。毫米波是指波长为1~10mm的电磁波,例如,可以是波段为1~300GHz、特别是1~100GHz的电磁波。实施方式3的电磁波吸收体只要设计成体现出适于各用途的吸收性能即可。代表性的使用毫米波的用途为5G下的毫米波的天线和汽车的毫米波雷达。
5G无线通信所使用的波段约为26.5~40GHz。例如,在为实施方式3的电磁波吸收体的情况下,在该区域,在厚度100μm的电磁波吸收体中能够实现以平均值计约为5dB以上、优选约为10dB以上、更优选约为15dB以上的吸收。例如15dB的吸收表示能够吸收97%的噪声的能量。
毫米波雷达所使用的波段今后通用时为76GHz,高分辨率下为79GHz,理想的情况下能够吸收74~81GHz的频带。实施方式3的电磁波吸收体在该区域(频带)为100μm的厚度时,能够实现平均值约为5dB以上、优选约为10dB以上、更优选约为15dB以上的吸收。
实施方式3的电子波吸收体也能够提供将其包含在封装体内部的无线通信的天线单元、将其包含封装体内部的感测单元。
实施方式3的无线通信的天线单元在封装体(即框体)内部包含上述的实施方式3的电磁波吸收体。例如,将天线单元的信号接收传送部(一般的天线部分)以外用上述的实施方式3的电磁波吸收体覆盖。或者,在用于抑制耦合的IC(RFIC)等电子部件上贴附上述的实施方式3的电磁波吸收体。由此,无线通信的天线单元能够抑制接收灵敏度的劣化等,并且发挥高速通信等本来的性能。封装主体可以由任意材料构成,例如,可举出高分子材料的模塑材料、金属箱等。
实施方式3的感测单元在封装体(即框体)内部包含上述的实施方式3的电磁波吸收体。例如,例如,将感测单元的信号接收传送部(一般的天线部分)以外用上述实施方式3的电磁波吸收体覆盖。或者,在用于抑制耦合的IC(MMIC)等电子部件上贴附上述的实施方式3的电磁波吸收体。由此,感测单元能够抑制检测灵敏度的劣化等,并且发挥高分辨率的感测性能。封装主体可以由任意材料构成,例如,可举出上述的高分子材料的模塑材料、金属箱等。
以上,对实施方式3的电磁波吸收体由纳米线(A)和粘结剂(B)构成的情况进行了说明,但实施方式3的电磁波吸收体可以代替纳米线(A)或者在纳米线(A)的基础上含有上述的实施方式1、2所涉及的发明的软磁性纳米线。
实施例
以下,根据实施例对本发明进行具体说明,但本发明并不由它们限定。以下的实验例1~3分别与上述的实施方式1~3对应。
<实验例1(实施方式1)>
(1)纳米线化
将得到的产物进行真空干燥后,用显微镜进行观察,并且使用扫描式电子显微镜(SEM)以10万倍进行拍摄。在任意10个视野中的任意100点处,测定纳米线的长度和直径,分别算出平均值。另外,将平均长度除以平均直径而算出长宽比。根据长宽比,按照以下基准对形状进行评价。
○:纤维状(长宽比10以上);
×:非纤维状(长宽比小于10);
××:纤维状和非纤维状的产物均无法得到。
(2)纳米线的平均长度、平均直径和长宽比
上述项目(1)中,得到纤维状的产物时,示出纳米线的平均长度、平均直径和长宽比。
纳米线的平均长度按照以下基准进行评价。
◎:10μm以上(优良);
○:5μm以上且小于10μm(良);
×:小于5μm(实用上存在问题)。
(3)纳米线的摩尔比率
将得到的产物进行真空干燥,使用扫描式电子显微镜(SEM)以10万倍进行拍摄。在任意10个视野中利用EDS法来测定各元素的构成比率,算出铁/硼的摩尔比。
纳米线中的铁/硼的摩尔比率按照以下基准进行评价。
◎◎:小于3(最好);
◎:3以上且小于4(优良);
○:4以上且小于5(良);
×:5以上(实用上存在问题)。
(4)构成比率(质量比)和合计量
将得到的产物进行真空干燥后,溶解在稀盐酸与稀硝酸的混合溶液中。将得到的溶解液供于ICP-AES法的多元素同时分析法,由此确认是否含有硼、硅及其它金属元素。作为其它金属元素,可举出铁、钴、镍,没有确认到这些金属元素以外的金属元素。各金属元素的检测极限值为0.1质量%。
未检测到硅时,利用ICP-AES法,使用铁、钴、镍、硼标准液,通过标准曲线法对铁、钴、镍、硼的含量进行定量。
检测到硅时,利用ICP-AES法,使用铁、钴、镍、硼、硅标准液,通过标准曲线法对铁、钴、镍、硼和硅的含量进行定量。
将所定量的各元素的含量表示为相对于纳米线总量(100质量%)的比例(表1中的(1))。
根据所定量的各元素的含量,算出纳米线中的“相对于Fe、Co、Ni、B和Si的合计含量X的各元素的含量”(表1中的(2))和“合计含量X与纳米线总量的比例”(表1中的(3))。
纳米线中的铁、钴、镍、硼,硅以外的含量可以通过从纳米线的质量中减去铁、钴、镍、硼,硅的含量而求出。
(5)磁特性(饱和磁化强度、相对磁导率和矫顽力)
将得到的产物进行真空干燥后,利用振动样品型磁力计(VSM)而求出。测定在室温(25℃)下进行。应予说明,测定在不使产物进行取向的状态下进行。
饱和磁化强度按照以下基准进行评价。
◎◎:150emu/g以上(最好);
◎:60emu/g以上且小于150emu/g(优良);
○:40emu/g以上且小于60emu/g(良);
×:小于40emu/g(实用上存在问题)。
相对磁导率按照以下基准进行评价。
◎◎:100以上(最好);
◎:40以上且小于100(优良);
○:10以上且小于40(良);
△:5以上且小于10(可以:实用上没有问题);
×:小于5(实用上存在问题)。
矫顽力按照以下基准进行评价。
◎◎:小于200Oe(最好);
◎:200Oe以上且小于400Oe(优良);
○:400Oe以上且小于500Oe(良);
×:500Oe以上(实用上存在问题)。
(6)磁特性的综合评价
对上述磁特性(饱和磁化强度、相对磁导率和矫顽力)的评价结果进行综合评价。详细而言,在这些评价结果中,将最低评价结果作为综合评价的结果使用。
◎◎:最好;
◎:优良;
○:良;
△:可(实用上没有问题);
×:不可(实用上存在问题)。
(7)反应溶液中的溶存氧浓度
使用饭岛电子工业公司制DO Meter B-506,在大气压下以25℃进行测定。
实施例1-1
将氯化铁(II)四水合物8.55质量份(43摩尔份)溶解于水300质量份中,放入中心磁场为130mT的磁路中,开始氮气鼓泡。从鼓泡开始经过10分钟后,确认溶存氧量为2mg/L后,开始滴加使硼氢化钠7.00质量份(185摩尔份)溶解于水175质量份的水溶液。用15分钟进行滴加后,进一步静置10分钟。反应液中的铁离子和还原剂的浓度如下:(铁离子91mmol/L,还原剂389mmol/L)。
然后,停止磁场施加和氮气鼓泡,将反应液倒入200质量份的水中进行稀释。将产生的黑色纳米线使用T100A090C的PTFE制过滤器进行过滤回收后,用水、甲醇分别各清洗3次,在室温下进行24小时真空干燥而得到纳米线。
实施例1-2
将硼氢化钠水溶液的滴加所需时间设为10分钟,除此以外,进行与实施例1-1同样的操作,得到纳米线。
实施例1-3
将硼氢化钠7.00质量份(185摩尔份)溶解于水175质量份中,放入中心磁场为130mT的磁路中,开始氮气鼓泡。从鼓泡开始经过10分钟后,确认溶存氧量为2mg/L后,开始滴加使氯化铁(II)四水合物8.55质量份(43摩尔份)溶解于水300质量份的水溶液。用10分钟进行滴加后,进一步静置10分钟。
然后,停止磁场施加和氮气鼓泡,将反应液倒入200质量份的水中进行稀释。将产生的黑色纳米线使用T100A090C的PTFE制过滤器进行过滤回收后,用水、甲醇分别各清洗3次,在室温下进行24小时真空干燥而得到纳米线。
实施例1-4
将原料的氯化铁(II)四水合物变更为氯化铁(III)六水合物,除此以外,进行与实施例1-1同样的操作,得到纳米线。
实施例1-5
将氯化铁(II)四水合物8.55质量份(43摩尔份)溶解于水300质量份中,放入向大气开放的中心磁场为130mT的磁路中。确认溶存氧量为7mg/L后,不进行鼓泡,开始滴加使硼氢化钠7.00质量份(185摩尔份)溶解于水175质量份的水溶液。用15分钟进行滴加后,进一步静置10分钟。在得到的反应液中加入20%氢氧化钠水溶液,将pH调节为12至13,静置1小时。
然后,停止施加磁场,将反应液倒入200质量份的水中进行稀释。将产生的黑色的固体使用T100A090C的PTFE制过滤器进行过滤回收后,用水、甲醇分别各清洗3次,在室温下进行24小时真空干燥而得到纳米线。
比较例1-1
将氯化铁(II)四水合物8.55质量份(43摩尔份)溶解于水300质量份中,放入向大气开放的中心磁场为130mT的磁路中。确认溶存氧量为7mg/L后,开始滴加使硼氢化钠7.00质量份(185摩尔份)溶解于水175质量份的水溶液。用15分钟进行滴加后,进一步静置10分钟。
然后,停止施加磁场,将反应液倒入200质量份的水中进行稀释。将产生的黑色的固体使用T100A090C的PTFE制过滤器进行过滤回收后,用水、甲醇分别各清洗3次,在室温下进行24小时真空干燥而得到纳米线。
比较例1-2
将氯化铁(II)四水合物8.55质量份(43摩尔份)溶解于水300质量份中,放入施加了150mT磁场的反应容器中。添加作为脱氧剂的肼一水合物0.5质量份,确认溶存氧量为0.2mg/L后,开始滴加使硼氢化钠7.00质量份(185摩尔份)溶解于水175质量份的水溶液。用15分钟进行滴加后,进一步静置10分钟。然后,停止施加磁场,将反应液倒入200质量份的水中进行稀释。
将产生的黑色的固体使用T100A090C的PTFE制过滤器进行过滤回收后,用水、甲醇分别各清洗3次,在室温下进行24小时真空干燥而得到黄色无定形粒子。
比较例1-3
使氢氧化钠1.00质量份溶解于乙二醇472质量份并加热到90℃而制备溶液A。将氯化铁(II)四水合物3.34质量份(16.9摩尔份)溶解于乙二醇99.3质量份而制备溶液B。将溶液A、28%氨水25.0质量份、溶液B和肼一水合物2.50质量份依次添加到加热至90~95℃的反应容器中。各液的添加在进行搅拌的同时按照上述顺序以10秒间隔进行。全部添加后,施加150mT的磁场,保持90~95℃并静置90分钟,但反应不进行,得不到产物。
将实验例1的实施例和比较例中得到的产物的评价结果示于表1。
实施例1-1~1-5的软磁性纳米线的铁/硼的摩尔比小于5,平均长度较长,饱和磁化强度和相对磁导率更充分高,矫顽力更充分低,作为软磁性材料的性能更充分优异。
比较例1-1的纳米线的铁的纯度较低,平均长度较短,饱和磁化强度和相对磁导率较低,矫顽力较高,作为软磁性材料的性能差。
比较例1-2出现无定形的劣化物,铁/硼的摩尔比为5以上,铁的纯度较低,饱和磁化强度和相对磁导率较低,作为软磁性材料的性能差。
在比较例1-3中,由于不含有硼,因此不进行还原反应,得不到产物。
<实验例2(实施方式2)>
(1)纳米线化
通过与实验例1中的纳米线化的评价方法同样的方法来测定纳米线的平均长度和平均直径,进行长宽比的计算和评价。
(2)纳米线的平均长度、平均直径和长宽比
在上述实验例2的项目(1)中,得到纤维状产物的情况下,示出纳米线的平均长度、平均直径和长宽比。纳米线的平均长度按照与实验例1中的基准同样的基准进行评价。
(3)构成比率(摩尔%)
在上述实验例2的项目(1)中,得到纤维状或非纤维状的产物的情况下,通过与实验例1中的纳米线的摩尔比率的评价方法同样的方法来测定各元素的构成比率,算出铁、钴、镍和硼的摩尔比。将铁/硼的摩尔比按照与实验例1中的基准同样的基准进行评价(表2中的(1))。
(4)结晶性
在上述实验例2的项目(1)中,得到纤维状产物的情况下,将得到的纳米线利用WAXD反射法进行测定,并按照以下基准来判断是否看到结晶峰。“峰”是指如图2的比较例2-2所示的尖锐的衍射图案,“晕”是指如图2的实施例2-1、2-2、2-4所示的较宽的衍射图案。图2是示出实施例2-1、2-2、2-4、比较例2-2的WAXD反射法的图谱的图。
○:看不到结晶峰,仅看到晕。
×:看到了结晶峰。
(5)构成比率(质量比)和合计量
通过与实验例1中的构成比率(质量比)和合计量的评价方法同样的方法,对铁、钴、镍、硼和硅的含量进行定量。
由进行了定量的各元素的含量算出纳米线中的“相对于Fe、Co、Ni、B和Si的合计含量X的各元素的含量”(表2中的(2))和“合计含量X与纳米线总量的比例”(表2中的(3))。
纳米线中的铁、钴、镍、硼、硅以外的含量可以通过从纳米线的质量中减去铁、钴、镍、硼、硅的含量而求出。
(6)磁特性(饱和磁化强度、相对磁导率和矫顽力)
通过与实验例1中的磁特性(饱和磁化强度、相对磁导率和矫顽力)的测定方法和评价方法同样的方法来进行测定和评价。图1中示出实施例2-1、2-2、2-4、比较例2-1的磁化曲线。
(7)磁特性的综合评价
对上述磁特性(饱和磁化强度、相对磁导率和矫顽力)的评价结果进行综合评价。详细而言,通过与实验例1中的磁特性的综合评价的评价方法同样的方法进行评价。
实施例2-1
将氯化铁(II)四水合物4.27质量份(21.5摩尔份)、氯化镍六水合物5.12质量份(21.5摩尔份)溶解于水300质量份中,放入中心磁场为130mT的磁路中(氯化铁(II)四水合物:氯化镍六水合物的摩尔比率为50:50),开始氮气鼓泡。从鼓泡开始经过10分钟后,开始滴加将硼氢化钠(含有0.1质量%的硅)7.00质量份(185摩尔份)溶解于水175质量份中的水溶液。用15分钟进行滴加后,进一步静置10分钟。反应液中的金属离子和还原剂的浓度如下:铁离子45mmol/L,镍离子45mmol/L,还原剂389mmol/L。
停止磁场施加和氮气鼓泡,将反应液倒入200质量份的水中进行稀释。将产生的黑色固体使用“T100A090C”的PTFE制过滤器进行过滤回收后,用水、甲醇分别各清洗3次,在室温下进行24小时真空干燥而得到纳米线。
实施例2-2~2-8
将氯化铁(II)四水合物、氯化镍六水合物、氯化钴六水合物分别以表1中记载的投料比进行变更,除此以外,进行与实施例2-1同样的操作,得到各纳米线。
实施例2-9
使用了利用重结晶法将硅除去至小于ICP―AES法的检测极限的硼氢化钠,除此以外,进行与实施例2-2同样的操作而得到纳米线。
实施例2-10
将氯化铁(II)四水合物6.83质量份(34.4摩尔份)、氯化镍六水合物2.05质量份(8.6摩尔份)溶解于水300质量份中,放入向大气开放的中心磁场为130mT的磁路中(氯化铁(II)四水合物:氯化镍六水合物的摩尔比率为80:20)。不进行鼓泡,开始滴加将硼氢化钠(含有0.1质量%的硅)7.00质量份(185摩尔份)溶解于水175质量份中的水溶液。用15分钟进行滴加后,进一步静置10分钟。反应液中的金属离子和还原剂的浓度如下:铁离子45mmol/L,镍离子45mmol/L,还原剂389mmol/L。在得到的反应液中加入20%氢氧化钠水溶液,将pH调节为12至13,静置1小时。
停止施加磁场,将反应液倒入200质量份的水中进行稀释。将产生的黑色的固体使用“T100A090C”的PTFE制过滤器进行过滤回收后,用水、甲醇分别各清洗3次,在室温下进行24小时真空干燥而得到纳米线。
比较例2-1
将氯化镍六水合物10.2质量份(43.0摩尔份)溶解于水300质量份中,放入施加了150mT磁场的反应容器中。从溶液刚投入之后开始氮气鼓泡。从鼓泡开始经过10分钟后,开始滴加使硼氢化钠7.00质量份(185摩尔份)溶解于水175质量份的水溶液。用15分钟进行滴加后,进一步静置10分钟。
停止磁场施加和氮气鼓泡,将反应液倒入200质量份的水中进行稀释。将产生的黑色的固体使用“T100A090C”的PTFE制过滤器进行过滤回收后,用水、甲醇分别各清洗3次,在室温下进行24小时真空干燥而得到纳米粒子。
比较例2-2、2-3
将氯化镍六水合物、氯化钴六水合物分别以表1中记载的投料比进行变更,除此以外,进行与比较例2-1同样的操作,得到各纳米粒子。
比较例2-4
向加热到90~95℃的反应容器中依次添加使氯化镍六水合物3.11质量份(13.1摩尔份)溶解于乙二醇397质量份并加热至90℃的溶液、使氢氧化钠1.00质量份溶解于乙二醇472质量份并加热至90℃的溶液、28%氨水25.0质量份、使氯化铁(II)四水合物0.75质量份(3.78摩尔份)溶解于乙二醇99.3质量份中的溶液、肼一水合物2.50质量份。各液的添加在进行搅拌的同时按照上述顺序以10秒间隔进行。全部添加后,施加150mT的磁场,保持90~95℃并进行90分钟还原反应。
反应结束后,将产生的黑色的固体使用“T100A090C”的PTFE制过滤器进行过滤回收后,用水、甲醇分别各清洗3次,在室温下进行24小时真空干燥而得到纳米线。
比较例2-5~2-7
将氯化铁(II)四水合物、氯化镍六水合物、氯化钴六水合物分别以表1中记载的投料比进行变更,除此以外,进行与比较例2-4同样的操作,但不进行还原反应,得不到产物。
比较例2-8
将氯化铁(II)四水合物、氯化镍六水合物以表1中记载的投料比进行变更,并且不进行氮鼓泡,除此以外,进行与比较例2-1同样的操作,得到纳米线。
将实验例2的实施例和比较例中得到的产物的评价结果示于表2。
实施例2-1~2-10的纳米线由于含有铁、钴和/或镍、以及硼,平均长度为5μm以上,因此饱和磁化强度为40emu/g以上,相对磁导率为5以上,矫顽力小于500Oe。
根据实施例2-2与2-9的纳米线的对比可知:通过含有硅而使矫顽力的上升得到抑制,并且饱和磁化强度和相对磁导率显著上升。
比较例2-1~2-3中,由于不含有铁,因此不形成纳米线,得到的粒子的饱和磁化强度和相对磁导率较低。
比较例2-4的纳米线由于不含有硼,因此如图2那样观察到结晶峰,矫顽力较高。
比较例2-5~2-7中,由于不含有硼,因此不进行还原反应,得不到产物。
比较例2-8的纳米线由于不含有钴和/或镍,因此纳米线长度较短,观察到结晶峰,另外,饱和磁化强度较低。
<实验例3(实施方式3)>
A.各种评价
(1)纳米线的金属种类的定性和定量
将得到的产物进行真空干燥后溶解于稀盐酸稀硝酸混合溶液中。将得到的溶解液利用ICP-AES法使用Fe、Ni、Ag、B标准液通过标准曲线法对Fe、Ni、Ag、B的含量进行定量。
纳米线中的Fe、Ni、Ag、B以外的合计含量通过从纳米线的质量中减去Fe、Ni、Ag、B的含量而求出。
(2)纳米线的平均长度和平均直径
通过与实验例1中的纳米线化的评价方法同样的方法来测定纳米线的平均长度和平均直径,进行长宽比的计算。
(3)毫米波的电磁波吸收性(I)
对所制作的100μm厚度的电磁波吸收体利用自由空间法来评价电磁波吸收性(反射衰减量)。将5G无线通信中利用的26.5GHz至40GHz的(平均)吸收量按照以下基准进行评价。
◎:15dB以上(最好);
○:10dB以上且小于15dB(优良);
△:5dB以上且小于10dB(实用上没有问题);
×:小于5dB(实用上存在问题)。
(4)毫米波的电磁波吸收性(II)
对所制作的100μm厚度的电磁波吸收体利用自由空间法来评价电磁波吸收性(反射衰减量)。将5G无线通信中利用的74GHz至81GHz的(平均)吸收量按照以下基准进行评价。
◎:15dB以上(最好);
○:10dB以上且小于15dB(优良);
△:5dB以上且小于10dB(实用上没有问题);
×:小于5dB(实用上存在问题)。
(5)综合评价
在毫米波的电磁波吸收性(I)和电磁波吸收性(II)的评价结果中,将更好的评价结果作为综合评价使用。
(6)方式A~C
将实验例3的各实施例分类为上述方式A~C。应予说明,实施例3-3被定位为未被分类为方式A~C中的任一者的实施例。
B.原料
B-1.纳米线或粒子
(1)FeBNW
将氯化铁(II)四水合物8.55质量份(43摩尔份)溶解于水300质量份中,放入中心磁场为130mT的磁路中,开始氮气鼓泡。从鼓泡开始经过10分钟后,开始滴加使硼氢化钠7.00质量份(185摩尔份)溶解于水175质量份的水溶液。用15分钟进行滴加后,进一步静置10分钟。
然后,停止磁场施加和氮气鼓泡,将反应液倒入200质量份的水中进行稀释。将产生的黑色纳米线使用T100A090C的PTFE制过滤器进行过滤回收后,用水、甲醇分别各清洗3次,在室温下进行24小时真空干燥而得到纳米线。
(2)Fe90Ni10BNW
将氯化铁(II)四水合物29.3质量份(147摩尔份)、氯化镍六水合物3.9质量份(16.4摩尔份)溶解于水1556.22质量份中,放入中心磁场为130mT的磁路中(氯化铁(II)四水合物:氯化镍的摩尔份比率为90:10),开始氮气鼓泡。从鼓泡开始经过10分钟后,开始滴加使硼氢化钠12.4质量份(327摩尔份)溶解于水310质量份中的水溶液。用15分钟进行滴加后,进一步静置10分钟。
停止磁场施加和氮气鼓泡,将反应液倒入200质量份的水中进行稀释。将产生的黑色的固体使用T100A090C的PTFE制过滤器进行过滤回收后,用水、甲醇分别各清洗3次,在室温下进行24小时真空干燥而得到纳米线。
(3)Fe80Ni20BNW
将氯化铁(II)四水合物26.0质量份(131摩尔份)、氯化镍六水合物7.78质量份(32.7摩尔份)溶解于水1556.22质量份中,放入中心磁场为130mT的磁路中(氯化铁(II)四水合物:氯化镍的摩尔份比率为80:20),开始氮气鼓泡。从鼓泡开始经过10分钟后,开始滴加使硼氢化钠12.4质量份(327摩尔份)溶解于水310质量份中的水溶液。用15分钟进行滴加后,进一步静置10分钟。
停止磁场施加和氮气鼓泡,将反应液倒入200质量份的水中进行稀释。将产生的黑色的固体使用T100A090C的PTFE制过滤器进行过滤回收后,用水、甲醇分别各清洗3次,在室温下进行24小时真空干燥而得到纳米线。
(4)Fe70Ni30BNW
将氯化铁(II)四水合物22.8质量份(114.7摩尔份)、氯化镍六水合物11.7质量份(49.1摩尔份)溶解于水1556.22质量份中,放入中心磁场为130mT的磁路中(氯化铁(II)四水合物:氯化镍的摩尔份比率为70:30),开始氮气鼓泡。从鼓泡开始经过10分钟后,开始滴加使硼氢化钠12.4质量份(327摩尔份)溶解于水310质量份中的水溶液。用15分钟进行滴加后,进一步静置10分钟。
停止磁场施加和氮气鼓泡,将反应液倒入200质量份的水中进行稀释。将产生的黑色的固体使用T100A090C的PTFE制过滤器进行过滤回收后,用水、甲醇分别各清洗3次,在室温下进行24小时真空干燥而得到纳米线。
(5)Fe65Ni35NW
将氯化镍六水合物6.89质量份(28.99摩尔份)、柠檬酸三钠二水合物0.30质量份(1.02摩尔份)添加到乙二醇中,使总量为350.0质量份。将该溶液加热到90℃,使氯化镍溶解而得到镍-柠檬酸盐溶液。
将氢氧化钠2.50质量份(62.52摩尔份)添加到乙二醇中,使总量为388.5质量份。将该溶液加热到90℃,使氢氧化钠溶解而得到氢氧化钠溶液。
将氯化铁(II)四水合物10.78质量份(54.17摩尔份)添加到乙二醇中,使总量为150.0质量份。在室温下进行搅拌,由此使氯化铁(II)四水合物溶解而得到铁溶液。
将位于可对中心施加磁场的磁路中的反应容器加热到90~95℃,依次添加镍-柠檬酸盐溶液350.0质量份、氢氧化钠溶液388.5质量份、28%氨水100.0质量份(氨气量28.0g)、铁溶液150.0质量份、肼一水合物11.5质量份(229.72摩尔份)。全部添加后,施加150mT的磁场,以90~95℃进行90分钟还原反应。
反应结束后,使用T100A090C的PTFE制过滤器回收纳米线。
(6)NiNW
将氯化镍六水合物10.0质量份(42.1摩尔份)、柠檬酸三钠二水合物0.935质量份(3.18摩尔份)溶解于乙二醇中,制备成500质量份。
将氢氧化钠2.50质量份(62.5摩尔份)溶解于乙二醇中,制备成442质量份。
将2个溶液混合,放入中心磁场为130mT的磁路中,依次添加28%氨水55.0质量份(904摩尔份)、肼一水合物2.50质量份(49.9摩尔份),以90~95℃加热15分钟。
然后,停止施加磁场,将产生的黑色的固体使用T100A090C的PTFE制过滤器进行过滤回收后,用水、甲醇分别各清洗3次,进行24小时真空干燥而得到纳米线。
(7)AgNW
由Sigma-Aldrich公司制Ag纳米线分散液使用T100A090C的PTFE制过滤器进行过滤回收,接着,用水、甲醇分别各清洗3次,进行24小时真空干燥而得到纳米线。
(8)NiP
Sigma-Aldrich公司制Ni粒子(直径1μm以下)
(9)FeBNW-Na
将氯化铁(II)四水合物8.55质量份(43摩尔份)溶解于水300质量份中,放入中心磁场为130mT的磁路中,不进行鼓泡,用15分钟滴加使硼氢化钠7.00质量份(185摩尔份)溶解于水175质量份中的水溶液。
然后,停止施加磁场,将反应液倒入至200质量份的氢氧化钠水溶液中进行稀释,将pH调节至约12。经过1小时后,将产生的黑色纳米线使用T100A090C的PTFE制过滤器进行过滤回收后,用水、甲醇分别各清洗3次,在室温下进行24小时真空干燥而得到纳米线。
应予说明,“FeBNW-Na”表示用氢氧化钠水溶液进行表面处理后的FeBNW。
(10)Fe80Ni20BNW-Na
将氯化铁(II)四水合物26.0质量份(131摩尔份)、氯化镍六水合物7.78质量份(32.7摩尔份)溶解于水1556.22质量份中,放入中心磁场为130mT的磁路中(氯化铁(II)四水合物:氯化镍的摩尔份比率为80:20),不进行鼓泡,用15分钟滴加使硼氢化钠12.4质量份(327摩尔份)溶解于水310质量份中的水溶液。
停止施加磁场,将反应液倒入至200质量份的氢氧化钠水溶液中进行稀释,将pH调节至约12。经过1小时后,将产生的黑色的固体使用T100A090C的PTFE制过滤器进行过滤回收后,用水、甲醇分别各清洗3次,在室温下进行24小时真空干燥而得到纳米线。
应予说明,“Fe80Ni20BNW-Na”表示用氢氧化钠水溶液进行表面处理后的Fe80Ni20BNW。
将所使用的纳米线和粒子的特性值示于表3。
B-2.粘结剂
(1)有机硅树脂
以Momentive公司TSE3450/Momentive公司TSE3450=10/1(质量比率)混合而成的树脂
(2)环氧树脂
以NISSIN RESIN公司Z-1/NISSIN RESIN 50分型固化剂=100/20(质量比率)混合而成的树脂
(3)丙烯酸树脂
以EPOCH公司SS101/EPOCH公司NYPER E=100/0.2(质量比率)混合而成的树脂
实施例3-1
将FeBNW 80质量%与有机硅树脂20质量%混合,利用台式手压机(NODA公司制,RC-2000)进行成型,制作12cm×12cm×厚度100μm的片材。
实施例3-2~3-22、比较例3-2~3-8和参考例3-1
将纳米线或粒子以及粘结剂的种类和比率变更为表2中记载的条件,除此以外,按照与实施例3-1同样的顺序制作片材。
比较例3-1
将45质量%的FeBNW与5质量%的有机硅树脂、50质量%的甲苯混合,流入到模具中,在100℃下进行干燥而制作12cm×12cm×厚度100μm的片材。
参考例3-2
使厚度为600nm,除此以外,按照与参考例3-1同样的顺序制作片材。
将得到的片材的构成和评价示于表4。
实施例3-1~3-22的片材由于纳米线含有硼和铁,纳米线中的铁的含量为65质量%以上,纳米线的含量相对于纳米线与粘结剂的合计为85质量%以下(特别是25~85质量%),因此即便以较薄厚度,在5G无线通信所使用的26.5~40GHz的频带或者毫米波雷达所使用的74~81GHz的频带中的至少一者的频带中也具有5dB以上的电磁波吸收性。
实施例3-6~3-7、3-10~3-11、3-16~3-17和3-20的片材的纳米线含有硼和铁,纳米线中的铁的含量为65质量%以上且小于80质量%,且纳米线的含量相对于纳米线与粘结剂的合计为45~85质量%。因此,即便以较薄厚度,在5G无线通信所使用的26.5~40GHz的频带中也具有15dB以上的电磁波吸收性。
实施例3-1~3-2、3-4~3-5、3-14~3-15和3-21的片材的纳米线含有硼和铁,纳米线中的铁的含量为80~95质量%,且纳米线的含量相对于纳米线与粘结剂的合计为45~85质量%。因此,即便以较薄厚度,在毫米波雷达所使用的74~81GHz的频带中也具有15dB以上的电磁波吸收性。
实施例3-8~3-9、3-12~3-13、3-18~3-19和3-22的片材的纳米线含有硼和铁,纳米线中的铁的含量为65质量%以上且小于80质量%,且纳米线的含量相对于纳米线与粘结剂的合计为25质量%以上且小于45质量%。因此,即便以较薄厚度,在毫米波雷达所使用的74~81GHz的频带中也具有15dB以上的电磁波吸收性。
比较例3-1的片材由于纳米线的含量相对于纳米线与粘结剂的合计超过85质量%,因此由于阻抗不匹配而导致电磁波吸收性降低。
比较例3-2~3-8的片材由于使用不含有铁的纳米线或铁的含量过少的纳米线,因此在厚度100μm的片材中该频率下的吸收性能较低。
产业上的可利用性
本发明(特别是实施方式1、2所涉及的发明)的软磁性纳米线在要求软磁性的所有用途(例如,马达的铁芯、电磁阀、各种传感器、磁场屏蔽、电磁波吸收材料等)中是有用的。
本发明(特别是实施方式3所涉及的发明)的电磁波吸收体在要求电磁波吸收性的所有用途中是有用的。作为这样的用途,例如,可举出无线通信的天线单元、感测单元等。
Claims (19)
1.一种软磁性纳米线,含有铁和硼,
所述软磁性纳米线的平均长度为5μm以上,并且通过SEM-EDS法测定的该纳米线中的铁/硼的摩尔比小于5。
2.根据权利要求1所述的软磁性纳米线,其中,相对于铁、钴、镍、硼和硅的合计含量,铁的含量为15质量%以上,
相对于铁、钴、镍、硼和硅的合计含量,硼的含量为0.1~20质量%。
3.根据权利要求1所述的软磁性纳米线,其中,相对于纳米线总量,钴和镍各自的含量为0.1质量%以下,
相对于纳米线总量,所述纳米线中的铁的含量为70质量%以上,
相对于纳米线总量,所述纳米线中的硼的含量为3.5质量%以上,
相对于纳米线总量,所述纳米线中的铁和硼以外的元素的含量为25质量%以下。
4.根据权利要求3所述的软磁性纳米线,其中,相对于纳米线总量,所述纳米线中的铁的含量为85质量%以上。
5.根据权利要求4所述的软磁性纳米线,其中,相对于纳米线总量,所述纳米线中的硼的含量为3.5质量%以上,
相对于纳米线总量,所述纳米线中的铁和硼以外的元素的含量为15质量%以下。
6.根据权利要求3所述的软磁性纳米线,其中,相对于纳米线总量,所述纳米线中的铁的含量为89质量%以上,
相对于纳米线总量,所述纳米线中的硼的含量为4质量%以上。
7.根据权利要求6所述的软磁性纳米线,其中,相对于纳米线总量,所述纳米线中的铁和硼以外的元素的含量为8质量%以下。
8.根据权利要求1所述的软磁性纳米线,其中,相对于铁、钴、镍、硼和硅的合计含量,钴和镍的合计含量为1~60质量%。
9.根据权利要求8所述的软磁性纳米线,其中,满足以下的条件(P1)或(P2)中的至少一者,
条件(P1):相对于铁、钴、镍、硼和硅的合计含量,铁的含量为60质量%以上;或者
条件(P2):相对于铁、钴、镍、硼和硅的合计含量,铁和钴的合计含量为84质量%以上。
10.根据权利要求8所述的软磁性纳米线,其中,满足以下的条件(Q1)或(Q2)中的至少一者,
条件(Q1):相对于铁、钴、镍、硼和硅的合计含量,铁的含量为73.5质量%以上;或者
条件(Q2):相对于铁、钴、镍、硼和硅的合计含量,铁和钴的合计含量为84~90质量%。
11.根据权利要求8所述的软磁性纳米线,其中,进一步含有硅,
相对于铁、钴、镍、硼和硅的合计含量,硅的含量为0.1~1质量%。
12.根据权利要求1所述的软磁性纳米线,其中,使用振动样品型磁力计而测定的饱和磁化强度为40emu/g以上,
使用振动样品型磁力计而测定的矫顽力小于500Oe,
使用振动样品型磁力计而测定的相对磁导率为5以上。
13.一种软磁性纳米线的制造方法,是制造权利要求1~12中任一项所述的软磁性纳米线的方法,
在反应溶剂中,以含有铁离子的金属离子为原料,使用含有硼原子的还原剂,在磁场中进行液相还原反应。
14.根据权利要求13所述的软磁性纳米线的制造方法,其中,所述金属离子进一步含有钴离子和/或镍离子。
15.一种涂料,含有权利要求1~12中任一项所述的软磁性纳米线。
16.一种层叠体,具有将权利要求15所述的涂料涂布于基材上而成的涂膜。
17.一种成型体,含有权利要求1~12中任一项所述的软磁性纳米线。
18.一种片材,含有权利要求1~12中任一项所述的软磁性纳米线。
19.一种电磁波屏蔽材料,含有权利要求1~12中任一项所述的软磁性纳米线。
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