JP2008150696A - Magnetic material and manufacturing method of magnetic material - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic material which carries magnetic nanoparticles inside spherical silica-based mesoporous bodies and can make the magnetic nanoparticles exert a strong ferromagnetism, and a manufacturing method of magnetic material capable of manufacturing the magnetic material in good efficiency. <P>SOLUTION: The magnetic material comprises the spherical silica-based mesoporous bodies having an average particle size of 0.01-3 μm and a central pore diameter of 2.6 nm or larger, and ferromagnetic nanoparticles carried in the spherical silica-based mesoporous bodies. The ferromagnetic nanoparticle is selected from the group consisting of single metals having ferromagnetism, CuAu type ferromagnetic ordered alloys, Cu<SB>3</SB>Au type ferromagnetic ordered alloys and rear earth-based ferromagnetic alloys. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、磁性材料並びに磁性材料の製造方法に関する。   The present invention relates to a magnetic material and a method for producing the magnetic material.

ナノメートルサイズの粒子(ナノ粒子)は、そのサイズが極めて小さいため、バルク材料とは異なる性質を示す場合がある。このようなナノ粒子の中でも特に磁性ナノ粒子は、特異な電気的、磁気的、光学的及び化学的な性質を示すものとなるため、磁性流体、バイオメディカル映像、情報記録及び各種の酸化触媒等への応用が検討されている。しかしながら、このような磁性ナノ粒子は、表面エネルギーが高く凝集し易いという問題があった。そこで、このような磁性ナノ粒子の安定性等を確保するために、不活性なマトリックス中に磁性ナノ粒子を導入した磁性材料が研究されてきた。   Nanometer-sized particles (nanoparticles) may exhibit different properties than bulk materials due to their extremely small size. Among these nanoparticles, magnetic nanoparticles, in particular, exhibit unique electrical, magnetic, optical and chemical properties, so magnetic fluids, biomedical images, information recording, various oxidation catalysts, etc. Application to is being studied. However, such magnetic nanoparticles have a problem of high surface energy and easy aggregation. Therefore, in order to ensure the stability of such magnetic nanoparticles, magnetic materials in which magnetic nanoparticles are introduced into an inert matrix have been studied.

例えば、メソポーラスシリカのMCM−41内に鉄酸化物を担持させた磁性材料が知られている(S.Liu et.al.,「Magnetism of iron−containing MCM−41 spheres」,Journal of Magnetism and Magnetic Materlais.2004年発行,vol.280,p31−36(非特許文献1)参照)。また、メソポーラスシリカのMCM−41やMCM−48内にナノ構造を有する鉄酸化物を備える磁性材料が知られている(M.Froba et.al.,「Investigations of Reactivity and Magnetic Properties of Nanostructured Iron Oxide within Mesoporous Silica Materials」,Anorg.Allg.Chem,2003年発行,vol.629,p1673−1682(非特許文献2)参照)。また、このような従来の磁性材料は、MCM−41又はMCM−48等のメソポーラスシリカ内に、鉄を含有する溶液を含浸させ、熱処理することで製造されていた。しかしながら、このような従来の磁性材料においては、室温での飽和磁化及び保磁力がいずれも小さく、担持された鉄酸化物粒子(磁性ナノ粒子)は強磁性を有するものではなかった。また、従来の磁性材料の製造方法においては、MCM−41やMCM−48のメソポーラスシリカを用いていたため、その細孔内に鉄を含有する溶液を含浸させることが困難であり、効率よく磁性材料を製造できなかった。また、従来の磁性材料の製造方法においては、メソポーラスシリカの細孔外に磁性ナノ粒子が析出していた。
S.Liu et.al.,「Magnetism of iron−containing MCM−41 spheres」,Journal of Magnetism and Magnetic Materlais.2004年発行,vol.280,p31−36 M.Froba et.al.,「Investigations of Reactivity and Magnetic Properties of Nanostructured Iron Oxide within Mesoporous Silica Materials」,Anorg.Allg.Chem,2003年発行,vol.629,p1673−1682
For example, a magnetic material in which iron oxide is supported in MCM-41 of mesoporous silica is known (S. Liu et. Al., “Magnesis of iron-continging MCM-41 spheres”, Journal of Magnetism and Magnetic. Materais. 2004, vol. 280, p31-36 (Non-Patent Document 1)). In addition, magnetic materials including iron oxides having nanostructures in MCM-41 and MCM-48 of mesoporous silica are known (M. Froba et.al., “Investigations of Reactivities of Magnetic Properties of Nanostructured Iron Oxidized Iron Occluded Iron Structured Iron Oxidized Iron Occupied Iron Oxidized Iron Oxidized Iron Oxidized Iron Oxidized Iron Occupied Iron Oxidized Iron Oxidized Iron Occluded Iron Strength) With Mesoporous Silica Materials ", Anorg. Allg. Chem, 2003, vol. 629, p1673-1682 (see Non-Patent Document 2)). Moreover, such a conventional magnetic material has been manufactured by impregnating a mesoporous silica such as MCM-41 or MCM-48 with a solution containing iron and performing a heat treatment. However, in such a conventional magnetic material, both the saturation magnetization and the coercive force at room temperature are small, and the supported iron oxide particles (magnetic nanoparticles) did not have ferromagnetism. Further, in the conventional method for producing a magnetic material, since MCM-41 or MCM-48 mesoporous silica is used, it is difficult to impregnate the pores with a solution containing iron, and the magnetic material is efficiently produced. Could not be manufactured. Further, in the conventional method for producing a magnetic material, magnetic nanoparticles are deposited outside the pores of mesoporous silica.
S. Liu et. al. "Magnetism of iron-containing MCM-41 spheres", Journal of Magnetism and Magnetic Materais. Published in 2004, vol. 280, p31-36 M.M. Froba et. al. , “Investigations of Reactivity and Magnetic Properties of Nanostructured Iron Oxide with Silicon Materials,” Anorg. Allg. Chem, 2003, vol. 629, p1673-1682.

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、球状シリカ系メソ多孔体の内部に磁性ナノ粒子を担持させた磁性材料であって、前記磁性ナノ粒子に強磁性を発現させることが可能な磁性材料及びその磁性材料を効率よく製造することが可能な磁性材料の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and is a magnetic material in which magnetic nanoparticles are supported inside a spherical silica-based mesoporous material, and the magnetic nanoparticles exhibit ferromagnetism. It is an object of the present invention to provide a magnetic material that can be produced and a method for producing the magnetic material that can efficiently produce the magnetic material.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、先ず、従来の磁性材料においては、MCM−41やMCM−48等のメソポーラスシリカが不定形であり、しかも細孔径が小さなものであるため、製造時においては磁性粒子の前駆体を含浸することが困難で効率よく磁性材料を製造できず、しかも製造後においてはメソポーラスシリカに担持され磁性粒子の粒径が超常磁性限界サイズよりも小さな粒子となり、強磁性を発現できないということを見出した。そこで、更に鋭意研究を重ねた結果、平均粒径が0.01〜3μmであり且つ中心細孔直径が2.6nm以上である球状シリカ系メソ多孔体を用い、前記球状シリカ系メソ多孔体の内部に強磁性材料からなる磁性ナノ粒子を担持させることにより、磁性ナノ粒子の前駆体を前記メソ多孔体の内部に容易に含浸させることが可能となるとともに、担持された前記磁性ナノ粒子に強磁性を発現させることが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object, the present inventors first found that in conventional magnetic materials, mesoporous silica such as MCM-41 and MCM-48 is indefinite and has a small pore diameter. Therefore, it is difficult to impregnate magnetic particle precursors at the time of production, and magnetic materials cannot be produced efficiently, and after production, the particle size of the magnetic particles supported on mesoporous silica is the superparamagnetic limit size. It was found that the particles become smaller than that and cannot exhibit ferromagnetism. Therefore, as a result of further earnest studies, a spherical silica-based mesoporous material having an average particle diameter of 0.01 to 3 μm and a central pore diameter of 2.6 nm or more is used. By supporting magnetic nanoparticles made of a ferromagnetic material inside, the mesoporous material can be easily impregnated with the magnetic nanoparticle precursor, and the supported magnetic nanoparticles are strongly supported. The inventors have found that it is possible to develop magnetism, and have completed the present invention.

すなわち、本発明の磁性材料は、平均粒径が0.01〜3μmであり且つ中心細孔直径が2.6nm以上である球状シリカ系メソ多孔体と、
該球状シリカ系メソ多孔体の内部に担持された強磁性ナノ粒子と、
を備えることを特徴とするものである。
That is, the magnetic material of the present invention includes a spherical silica-based mesoporous material having an average particle diameter of 0.01 to 3 μm and a central pore diameter of 2.6 nm or more,
Ferromagnetic nanoparticles supported inside the spherical silica-based mesoporous material;
It is characterized by providing.

上記本発明の磁性材料においては、前記強磁性ナノ粒子が、強磁性を有する金属の単体、CuAu型強磁性規則合金、CuAu型強磁性規則合金及び希土類系強磁性合金からなる群から選択される少なくとも1種からなることが好ましい。 In the magnetic material of the present invention, the ferromagnetic nanoparticles are selected from the group consisting of a single metal having ferromagnetism, a CuAu type ferromagnetic ordered alloy, a Cu 3 Au type ferromagnetic ordered alloy, and a rare earth based ferromagnetic alloy. It is preferable to consist of at least one of the above.

また、上記本発明の磁性材料においては、前記強磁性ナノ粒子が、強磁性体が超常磁性体に変化する超常磁性限界以上の粒径を有することが好ましい。   In the magnetic material of the present invention, it is preferable that the ferromagnetic nanoparticles have a particle diameter equal to or larger than a superparamagnetic limit at which a ferromagnetic material changes to a superparamagnetic material.

さらに、上記本発明の磁性材料においては、前記球状シリカ系メソ多孔体が、下記式(1):
[単分散度(単位:%)]=([粒径の標準偏差]/[平均粒径])×100 (1)
で表される単分散度が10%以下の粒子からなることが好ましい。
Furthermore, in the magnetic material of the present invention, the spherical silica-based mesoporous material has the following formula (1):
[Monodispersity (unit:%)] = ([standard deviation of particle size] / [average particle size]) × 100 (1)
It is preferable to consist of particles having a monodispersity of 10% or less.

また、本発明の磁性材料の製造方法は、平均粒径が0.01〜3μmであり且つ中心細孔直径が2.6nm以上である球状シリカ系メソ多孔体に強磁性ナノ粒子前駆体を含浸させて、前記球状シリカ系メソ多孔体中に前記強磁性ナノ粒子前駆体が導入されてなる磁性材料前駆体粒子を得る工程と、
前記磁性材料前駆体粒子を還元して、前記球状シリカ系メソ多孔体の内部に強磁性ナノ粒子が担持されてなる磁性材料を得る工程と、
を含むことを特徴とする方法である。
In addition, the method for producing a magnetic material of the present invention comprises impregnating a ferromagnetic nanoparticle precursor into a spherical silica-based mesoporous material having an average particle diameter of 0.01 to 3 μm and a central pore diameter of 2.6 nm or more. A step of obtaining magnetic material precursor particles in which the ferromagnetic nanoparticle precursor is introduced into the spherical silica-based mesoporous material;
Reducing the magnetic material precursor particles to obtain a magnetic material in which ferromagnetic nanoparticles are supported inside the spherical silica-based mesoporous material;
It is the method characterized by including.

上記本発明の磁性材料の製造方法においては、前記強磁性ナノ粒子前駆体が、水、アルコール、エーテル、アセトン及びスチレンからなる群から選択される少なくとも1種を含有する溶媒と、前記強磁性ナノ粒子の原料となる金属化合物とを含有するものであることが好ましい。   In the method for producing a magnetic material of the present invention, the ferromagnetic nanoparticle precursor includes at least one solvent selected from the group consisting of water, alcohol, ether, acetone, and styrene, and the ferromagnetic nanoparticle precursor. It is preferable to contain a metal compound as a raw material for the particles.

また、上記本発明の磁性材料の製造方法においては、前記磁性材料前駆体粒子を還元する工程が、還元剤を用いて前記磁性材料前駆体粒子を還元する工程であることが好ましい。   In the method for producing a magnetic material according to the present invention, the step of reducing the magnetic material precursor particles is preferably a step of reducing the magnetic material precursor particles using a reducing agent.

さらに、上記本発明の磁性材料の製造方法においては、前記磁性材料前駆体粒子を還元する工程が、還元性ガス雰囲気下、350℃以上の温度条件で加熱焼成して前記磁性材料前駆体粒子を還元する工程であることが好ましい。   Furthermore, in the method for producing a magnetic material according to the present invention, the step of reducing the magnetic material precursor particles includes heating and baking the magnetic material precursor particles in a reducing gas atmosphere at a temperature condition of 350 ° C. or higher. A reduction step is preferred.

また、上記本発明の磁性材料の製造方法においては、第一の溶媒中でシリカ原料と第一の界面活性剤とを混合し、シリカ中に前記第一の界面活性剤が導入されてなる第一の多孔体前駆体粒子を得る工程(A)と、
拡張剤を含む第二の溶媒中で、前記第一の多孔体前駆体粒子中に前記拡張剤が導入されてなる第二の多孔体前駆体粒子を得る工程(B)と、
前記第二の多孔体前駆体粒子に含まれる前記第一の界面活性剤及び前記拡張剤を除去して球状シリカ系メソ多孔体を得る工程(C)と、
を含み、且つ、
工程(A)において、前記第一の界面活性剤として下記一般式(1):
In the method for producing a magnetic material of the present invention, a silica raw material and a first surfactant are mixed in a first solvent, and the first surfactant is introduced into silica. A step (A) of obtaining one porous precursor particle;
(B) obtaining a second porous precursor particle in which the expanding agent is introduced into the first porous precursor particle in a second solvent containing the expanding agent;
Removing the first surfactant and the expanding agent contained in the second porous precursor particles to obtain a spherical silica-based mesoporous material (C);
And including
In the step (A), as the first surfactant, the following general formula (1):

[式中、R、R及びRは同一でも異なっていてもよい炭素数1〜3のアルキル基を示し、Xはハロゲン原子を示し、mは7〜25の整数を示す。]
で表されるアルキルアンモニウムハライドを用い、前記第一の溶媒として水と、アルコール及び/又はエーテルとの混合溶媒を用い、前記第一の溶媒中におけるアルコール及び/又はエーテルの含有量が85容量%以下であり、前記第一の溶媒中における前記第一の界面活性剤の濃度が0.0001〜0.03mol/Lであり、前記第一の溶媒中における前記シリカ原料の濃度がSi濃度換算で0.0005〜0.03mol/Lであり、且つ、前記シリカ原料と前記第一の界面活性剤とを0〜40℃の温度条件下で混合すること、及び、
工程(B)において、前記拡張剤として下記一般式(2):
[In formula, R < 1 >, R < 2 > and R < 3 > show the C1-C3 alkyl group which may be same or different, X shows a halogen atom, m shows the integer of 7-25. ]
Is used, and a mixed solvent of water and alcohol and / or ether is used as the first solvent, and the content of alcohol and / or ether in the first solvent is 85% by volume. The concentration of the first surfactant in the first solvent is 0.0001 to 0.03 mol / L, and the concentration of the silica raw material in the first solvent is calculated in terms of Si concentration. 0.0005 to 0.03 mol / L, and mixing the silica raw material and the first surfactant under a temperature condition of 0 to 40 ° C., and
In the step (B), as the expanding agent, the following general formula (2):

[式中、R、R及びRは同一でも異なっていてもよい炭素数1〜3のアルキル基を示し、Xはハロゲン原子を示し、zは17〜25の整数であって且つ前記第一の界面活性剤として選択されたアルキルアンモニウムハライドの式(1)中のmの値以上の整数を示す。]
で表されるアルキルアンモニウムハライド、鎖状炭化水素、環状炭化水素及びヘテロ環化合物からなる群から選択される少なくとも1種を用い、前記第二の溶媒として水とアルコールとの混合溶媒を用い、前記第二の溶媒中におけるアルコールの含有量が40〜90容量%であり、前記第二の溶媒中における前記拡張剤の濃度が0.05〜10mol/Lであり、且つ、前記第二の溶媒中で前記第一の多孔体前駆体粒子を60〜150℃の温度条件下で混合すること、
という条件を満たす、前記球状シリカ系メソ多孔体を得る工程を更に含むことが好ましい。
[Wherein R 1 , R 2 and R 3 represent the same or different alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, X represents a halogen atom, z represents an integer of 17 to 25, and An integer greater than or equal to the value of m in formula (1) of the alkylammonium halide selected as the first surfactant is shown. ]
Using at least one selected from the group consisting of alkylammonium halides, chain hydrocarbons, cyclic hydrocarbons and heterocyclic compounds represented by: using a mixed solvent of water and alcohol as the second solvent, The content of the alcohol in the second solvent is 40 to 90% by volume, the concentration of the extender in the second solvent is 0.05 to 10 mol / L, and the second solvent Mixing the first porous precursor particles at a temperature of 60 to 150 ° C.
It is preferable to further include a step of obtaining the spherical silica-based mesoporous material that satisfies the condition:

さらに、上記本発明の磁性材料の製造方法においては、前記球状シリカ系メソ多孔体が、下記式(1):
[単分散度(単位:%)]=([粒径の標準偏差]/[平均粒径])×100 (1)
で表される単分散度が10%以下の粒子からなることが好ましい。
Furthermore, in the method for producing a magnetic material of the present invention, the spherical silica mesoporous material has the following formula (1):
[Monodispersity (unit:%)] = ([standard deviation of particle size] / [average particle size]) × 100 (1)
It is preferable to consist of particles having a monodispersity of 10% or less.

なお、本発明の磁性材料及び磁性材料の製造方法によって、上記目的が達成される理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、先ず、各種用途に適用することが可能な磁性材料を製造するためには、メソ多孔体に担持させる磁性ナノ粒子の大きさをナノメートルサイズに維持したまま、磁性ナノ粒子の含有量を任意に制御することが重要である。また、FePt、CoPt等のような強磁性材料はバルク体では強磁性を示すが、これを小サイズ化し磁性ナノ粒子とした場合には、熱揺らぎで超常磁性に変化するため超常磁性限界以上のサイズでなければ強磁性を発現できない。そのため、メソ多孔体に担持させた磁性ナノ粒子に強磁性を発現させるためには、磁性ナノ粒子の粒径を超常磁性限界以上(FePtの場合は約3nm以上)とすることが重要である。本発明においては、中心細孔直径が2.6nm以上である球状シリカ系メソ多孔体を用いているため、細孔内への磁性ナノ粒子前駆体の含浸が容易であり、しかも細孔壁によって磁性ナノ粒子の粒成長が抑制されるので、磁性ナノ粒子の大きさをナノメートルサイズに制御し、維持することが容易であるとともに、その細孔の大きさに対応した磁性ナノ粒子を合成できる。そのため、担持させる磁性ナノ粒子の粒径を超常磁性限界以上のサイズとすることが容易に達成でき、前記球状シリカ系メソ多孔体に担持させた状態で、磁性ナノ粒子に強磁性を発現させることが可能となるものと本発明者らは推察する。   The reason why the above object is achieved by the magnetic material and the method for producing the magnetic material of the present invention is not necessarily clear, but the present inventors speculate as follows. That is, first, in order to produce a magnetic material that can be applied to various uses, the content of the magnetic nanoparticles is maintained while maintaining the size of the magnetic nanoparticles supported on the mesoporous material at a nanometer size. It is important to control arbitrarily. In addition, although ferromagnetic materials such as FePt and CoPt exhibit ferromagnetism in the bulk body, when they are reduced in size and made into magnetic nanoparticles, they change to superparamagnetism due to thermal fluctuations, and thus exceed the superparamagnetic limit. Ferromagnetism cannot be expressed unless the size. Therefore, in order for the magnetic nanoparticles supported on the mesoporous material to exhibit ferromagnetism, it is important that the particle size of the magnetic nanoparticles is not less than the superparamagnetic limit (about 3 nm or more in the case of FePt). In the present invention, since a spherical silica-based mesoporous material having a central pore diameter of 2.6 nm or more is used, it is easy to impregnate the magnetic nanoparticle precursor into the pores, and the pore walls Since the growth of magnetic nanoparticles is suppressed, it is easy to control and maintain the size of magnetic nanoparticles to nanometer size, and to synthesize magnetic nanoparticles corresponding to the pore size . Therefore, the particle size of the magnetic nanoparticles to be supported can be easily achieved to be a size exceeding the superparamagnetic limit, and the magnetic nanoparticles can be made to exhibit ferromagnetism while being supported on the spherical silica-based mesoporous material. The present inventors speculate that this is possible.

また、前記磁性材料を磁性フォトニック結晶、磁気温熱療法、ドラッグデリバリーシステム等の用途に応用する場合には、磁性材料の形状や特定の化合物に対する吸着性等が重要となるが、本発明においては、強磁性ナノ粒子を担持させる担体として球状シリカ系メソ多孔体を用い、高い比表面積及び吸着容量等を確保できるため、各種用途に好適な磁性材料を容易に製造できる。例えば、前記磁性材料を磁性フォトニック結晶に用いる場合には、磁性材料の形状が球状であることやその粒子径が均一であること等が要求されるが、前記式(1)で表される単分散度が10%以下の球状シリカ系メソ多孔体を好適に用いることで、その要求に容易に対応することが可能である。   In addition, when the magnetic material is applied to applications such as magnetic photonic crystal, magnetic thermotherapy, drug delivery system, etc., the shape of the magnetic material and the adsorptivity to a specific compound are important. Since a spherical silica-based mesoporous material is used as a carrier for supporting ferromagnetic nanoparticles and a high specific surface area and adsorption capacity can be ensured, a magnetic material suitable for various applications can be easily produced. For example, when the magnetic material is used for a magnetic photonic crystal, it is required that the magnetic material has a spherical shape, a uniform particle diameter, and the like. By suitably using a spherical silica-based mesoporous material having a monodispersity of 10% or less, it is possible to easily meet the requirements.

本発明によれば、球状シリカ系メソ多孔体の内部に磁性ナノ粒子を担持させた磁性材料であって、前記磁性ナノ粒子に強磁性を発現させることが可能な磁性材料及びその磁性材料を効率よく製造することが可能な磁性材料の製造方法を提供することが可能となる。   According to the present invention, a magnetic material in which magnetic nanoparticles are supported inside a spherical silica-based mesoporous material, the magnetic material capable of expressing ferromagnetism in the magnetic nanoparticles, and the magnetic material can be efficiently used. It is possible to provide a method of manufacturing a magnetic material that can be manufactured well.

以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments thereof.

先ず、本発明の磁性材料について説明する。すなわち、本発明の磁性材料は、平均粒径が0.01〜3μmであり且つ中心細孔直径が2.6nm以上である球状シリカ系メソ多孔体と、
該球状シリカ系メソ多孔体の内部に担持された強磁性ナノ粒子と、
を備えることを特徴とするものである。
First, the magnetic material of the present invention will be described. That is, the magnetic material of the present invention includes a spherical silica-based mesoporous material having an average particle diameter of 0.01 to 3 μm and a central pore diameter of 2.6 nm or more,
Ferromagnetic nanoparticles supported inside the spherical silica-based mesoporous material;
It is characterized by providing.

本発明にかかる球状シリカ系メソ多孔体の平均粒径は0.01〜3μm(より好ましくは0.1〜2μm)である。このような平均粒径が0.01μm未満では、球状シリカ系メソ多孔体の合成そのものが困難となるとともに、粒子が凝集してしまう。他方、前記平均粒径が3μmを超えると、球状の粒子を合成することが困難となると同時に、球状シリカ系メソ多孔体の内部への強磁性ナノ粒子前駆体の拡散に時間がかかるため、磁性材料の製造効率が低くなる。なお、このような球状シリカ系メソ多孔体の平均粒径は、用途等に応じて適宜変更することが可能である。   The average particle size of the spherical silica-based mesoporous material according to the present invention is 0.01 to 3 μm (more preferably 0.1 to 2 μm). When the average particle size is less than 0.01 μm, synthesis of the spherical silica-based mesoporous material itself becomes difficult and the particles are aggregated. On the other hand, if the average particle size exceeds 3 μm, it becomes difficult to synthesize spherical particles, and at the same time, it takes time to diffuse the ferromagnetic nanoparticle precursor into the spherical silica-based mesoporous material. The production efficiency of the material is lowered. In addition, the average particle diameter of such a spherical silica-based mesoporous material can be changed as appropriate according to the application.

また、このような球状シリカ系メソ多孔体の中心細孔直径は2.6nm以上(より好ましくは3〜20nm)である。前記中心細孔直径が2.6nm未満の場合には、強磁性ナノ粒子前駆体の導入が困難となるとともに、球状メソポーラスシリカの内部に担持されるナノ粒子が超常磁性限界未満の粒径となって強磁性を発現しなくなるとともに外表面に強磁性ナノ粒子が生成される場合が生じる。なお、本発明にいう「中心細孔直径」とは、細孔容積(V)を細孔直径(D)で微分した値(dV/dD)を細孔直径(D)に対してプロットした曲線(細孔径分布曲線)の最大ピークにおける細孔直径である。なお、細孔径分布曲線は、次に述べる方法により求めることができる。すなわち、シリカ系メソ多孔体粒子を液体窒素温度(−196℃)に冷却して窒素ガスを導入し、定容量法あるいは重量法によりその吸着量を求め、次いで、導入する窒素ガスの圧力を徐々に増加させ、各平衡圧に対する窒素ガスの吸着量をプロットし、吸着等温線を得る。この吸着等温線を用い、Cranston−Inklay法、Dollimore−Heal法、BJH法等の計算法により細孔径分布曲線を求めることができる。   Further, the center pore diameter of such a spherical silica-based mesoporous material is 2.6 nm or more (more preferably 3 to 20 nm). When the central pore diameter is less than 2.6 nm, it is difficult to introduce the ferromagnetic nanoparticle precursor, and the nanoparticles supported inside the spherical mesoporous silica have a particle size less than the superparamagnetic limit. As a result, ferromagnetism is not exhibited and ferromagnetic nanoparticles are generated on the outer surface. The “center pore diameter” in the present invention is a curve obtained by plotting the value (dV / dD) obtained by differentiating the pore volume (V) by the pore diameter (D) against the pore diameter (D). It is the pore diameter at the maximum peak of (pore diameter distribution curve). The pore size distribution curve can be obtained by the method described below. That is, silica-based mesoporous particles are cooled to a liquid nitrogen temperature (-196 ° C.), nitrogen gas is introduced, the adsorption amount is determined by a constant volume method or a gravimetric method, and then the pressure of the introduced nitrogen gas is gradually increased. And the adsorption amount of nitrogen gas for each equilibrium pressure is plotted to obtain an adsorption isotherm. Using this adsorption isotherm, a pore size distribution curve can be obtained by a calculation method such as Cranston-Inklay method, Dollimore-Heal method, BJH method or the like.

また、本発明でいう「球状」とは、同一条件下で製造された複数個(好ましくは20個以上)の粒子を、顕微鏡等で観察した場合において、各粒子の真球度の平均値が13%以下であることをいう。また、「真球度」とは、各粒子の外形の真円からのずれの程度を表す指標であって、粒子の表面に接する最小の外接円の半径(r)に対する、外接円と粒子表面の各点との半径方向の距離の最大値(Δrmax)の割合(Δrmax×100/r[単位:%])である。 In addition, the “spherical shape” as used in the present invention refers to the average value of the sphericity of each particle when a plurality of (preferably 20 or more) particles produced under the same conditions are observed with a microscope or the like. It means 13% or less. The “sphericity” is an index representing the degree of deviation of the outer shape of each particle from the perfect circle, and the circumscribed circle and the particle with respect to the radius (r o ) of the smallest circumscribed circle in contact with the particle surface radial maximum of the distances between each point of the surface ratio of the (Δr max) (Δr max × 100 / r o [ unit:%]) is.

また、前記球状シリカ系メソ多孔体としては、下記式(1):
[単分散度(単位:%)]=([粒径の標準偏差]/[平均粒径])×100 (1)
で表される単分散度が10%以下の粒子からなることが好ましい。このように単分散度の球状シリカ系メソ多孔体は、粒径が極めて均一であることから、磁性フォトニック結晶をはじめとした光デバイス関係に用いる材料として非常に有用である。
Further, as the spherical silica-based mesoporous material, the following formula (1):
[Monodispersity (unit:%)] = ([standard deviation of particle size] / [average particle size]) × 100 (1)
It is preferable to consist of particles having a monodispersity of 10% or less. Thus, the monodispersed spherical silica-based mesoporous material is extremely useful as a material used for optical devices such as magnetic photonic crystals because of its extremely uniform particle size.

また、本発明の磁性材料は、前記真球度の平均値及び前記単分散度がより小さな値となるほど、磁性フォトニック結晶等に応用する場合により高い特性が得られる傾向にある。そのため、本発明の磁性材料を磁性フォトニック結晶等に用いる場合においては、前記真球度の平均値は10%以下であることがより好ましく、5%以下であることが特に好ましい。また、前記単分散度は8%以下であることがより好ましく、5%以下であることが特に好ましい。   In addition, the magnetic material of the present invention tends to obtain higher characteristics when applied to a magnetic photonic crystal or the like as the average value of the sphericity and the monodispersity become smaller. Therefore, when the magnetic material of the present invention is used for a magnetic photonic crystal or the like, the average value of the sphericity is more preferably 10% or less, and particularly preferably 5% or less. Further, the monodispersity is more preferably 8% or less, and particularly preferably 5% or less.

また、前記球状シリカ系メソ多孔体は、ケイ素原子が酸素原子を介して結合した骨格−Si−O−を基本とし、高度に架橋した網目構造を有している。このような球状シリカ系メソ多孔体は、ケイ素原子及び酸素原子を主成分とするものであればよく、ケイ素原子の少なくとも一部が有機基の2箇所以上で炭素−ケイ素結合を形成しているものでもよい。このような有機基としては、例えば、アルカン、アルケン、アルキン、ベンゼン、シクロアルカン等の炭化水素から2以上の水素がとれて生じる2価以上の有機基が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、有機基は、アミド基、アミノ基、イミノ基、メルカプト基、スルフォン基、カルボキシル基、エーテル基、アシル基、ビニル基等を有するものであってもよい。   The spherical silica-based mesoporous material has a highly crosslinked network structure based on a skeleton —Si—O— in which silicon atoms are bonded via oxygen atoms. Such a spherical silica-based mesoporous material only needs to have silicon atoms and oxygen atoms as main components, and at least some of the silicon atoms form carbon-silicon bonds at two or more organic groups. It may be a thing. Examples of such an organic group include, but are not limited to, divalent or higher organic groups generated by removing two or more hydrogens from hydrocarbons such as alkanes, alkenes, alkynes, benzenes, and cycloalkanes. Instead, the organic group may have an amide group, amino group, imino group, mercapto group, sulfone group, carboxyl group, ether group, acyl group, vinyl group or the like.

さらに、前記球状シリカ系メソ多孔体は、本発明の磁性材料をドラッグデリバリーシステムや触媒等に用いる場合には、有機官能基が導入されているものであることが好ましい。このような有機基官能基が導入された球状シリカ系メソ多孔体を用いることで、特定の物質を効率よく吸着することが可能となり、ドラッグデリバリー等に好適な磁性材料が得られる傾向にある。また、このような有機官能基は特に制限されず、アミド基、アミノ基、イミノ基、メルカプト基、スルフォン基、カルボキシル基等であってもよい。   Furthermore, when the magnetic material of the present invention is used for a drug delivery system, a catalyst or the like, the spherical silica-based mesoporous material is preferably one having an organic functional group introduced therein. By using a spherical silica-based mesoporous material into which such an organic group functional group is introduced, a specific substance can be adsorbed efficiently, and a magnetic material suitable for drug delivery or the like tends to be obtained. Such an organic functional group is not particularly limited, and may be an amide group, an amino group, an imino group, a mercapto group, a sulfone group, a carboxyl group, or the like.

また、このような球状シリカ系メソ多孔体は、細孔径分布曲線における中心細孔直径の±40%の範囲に全細孔容積の60%以上が含まれることが好ましい。このような条件を満たすシリカ系メソ多孔体粒子は、細孔の直径が非常に均一であることを意味する。また、かかる球状シリカ系メソ多孔体の比表面積については特に制限はないが、700m/g以上であることが好ましい。比表面積は、吸着等温線からBET等温吸着式を用いてBET比表面積として算出することができる。 In addition, such a spherical silica-based mesoporous material preferably contains 60% or more of the total pore volume in a range of ± 40% of the center pore diameter in the pore size distribution curve. Silica-based mesoporous particles satisfying such conditions mean that the pore diameter is very uniform. Moreover, there is no restriction | limiting in particular about the specific surface area of this spherical silica type mesoporous body, However, It is preferable that it is 700 m < 2 > / g or more. The specific surface area can be calculated as a BET specific surface area from the adsorption isotherm using the BET isotherm adsorption equation.

さらに、前記球状シリカ系メソ多孔体は、そのX線回折パターンにおいて1nm以上のd値に相当する回折角度に1本以上のピークを有することが好ましい。X線回折ピークはそのピーク角度に相当するd値の周期構造が試料中にあることを意味する。したがって、1nm以上のd値に相当する回折角度に1本以上のピークがあることは、細孔が1nm以上の間隔で規則的に配列していることを意味する。   Furthermore, it is preferable that the spherical silica-based mesoporous material has one or more peaks at a diffraction angle corresponding to a d value of 1 nm or more in the X-ray diffraction pattern. The X-ray diffraction peak means that a periodic structure having a d value corresponding to the peak angle is present in the sample. Therefore, having one or more peaks at a diffraction angle corresponding to a d value of 1 nm or more means that the pores are regularly arranged at intervals of 1 nm or more.

また、球状シリカ系メソ多孔体が有する細孔は、多孔体の表面のみならず内部にも形成されている。かかる多孔体における細孔の配列状態(細孔配列構造又は構造)は特に制限されないが、2d−ヘキサゴナル構造、3d−ヘキサゴナル構造又はキュービック構造であることが好ましい。また、このような細孔配列構造は、ディスオーダの細孔配列構造を有するものであってもよい。   In addition, the pores of the spherical silica-based mesoporous material are formed not only on the surface of the porous material but also inside. The arrangement state (pore arrangement structure or structure) of the pores in such a porous body is not particularly limited, but is preferably a 2d-hexagonal structure, a 3d-hexagonal structure, or a cubic structure. Such a pore arrangement structure may have a disordered pore arrangement structure.

ここで、多孔体がヘキサゴナルの細孔配列構造を有するとは、細孔の配置が六方構造であることを意味する(S.Inagaki,et al.,J.Chem.Soc.,Chem.Commun.,680,1993;S.Inagaki,et al.,Bull.Chem.Soc.Jpn.,69,1449,1996、Q.Huo,et al.,Science,268,1324,1995参照)。また、多孔体がキュービックの細孔配列構造を有するとは、細孔の配置が立方構造であることを意味する(J.C.Vartuli,et al.,Chem.Mater.,6,2317,1994;Q.Huo,et al.,Nature,368,317,1994参照)。また、多孔体がディスオーダの細孔配列構造を有するとは、細孔の配置が不規則であることを意味する(P.T.Tanev,et al.,Science,267,865,1995;S.A.Bagshaw,et al.,Science,269,1242,1995;R.Ryoo,et al.,J.Phys.Chem.,100,17718,1996参照)。また、前記キュービック構造は、Pm−3n、Im−3m又はFm−3m対称性であることが好ましい。前記対称性とは、空間群の表記法に基づいて決定されるものである。なお、このような本発明にかかる球状シリカ系メソ多孔体の製造方法については後述する。   Here, that the porous body has a hexagonal pore arrangement structure means that the arrangement of the pores is a hexagonal structure (S. Inagaki, et al., J. Chem. Soc., Chem. Commun. 680, 1993; S. Inagaki, et al., Bull. Chem. Soc. Jpn., 69, 1449, 1996, Q. Huo, et al., Science, 268, 1234, 1995). Moreover, the porous body having a cubic pore arrangement structure means that the arrangement of the pores is a cubic structure (JC Vartuli, et al., Chem. Mater., 6, 2317, 1994). Q. Huo, et al., Nature, 368, 317, 1994). Further, that the porous body has a disordered pore arrangement structure means that the arrangement of the pores is irregular (PT Tanev, et al., Science, 267, 865, 1995; S; A. Bagshaw, et al., Science, 269, 1242, 1995; R. Ryoo, et al., J. Phys. Chem., 100, 17718, 1996). The cubic structure is preferably Pm-3n, Im-3m or Fm-3m symmetric. The symmetry is determined based on a space group notation. In addition, the manufacturing method of such a spherical silica type mesoporous material concerning this invention is mentioned later.

また、本発明にかかる強磁性ナノ粒子は、前記球状シリカ系メソ多孔体の内部に担持されたものであり且つ担持された状態で強磁性を有するものである。また、このような強磁性ナノ粒子としては、球状シリカ系メソ多孔体の細孔内に担持されたものであることがより好ましい。   The ferromagnetic nanoparticles according to the present invention are supported inside the spherical silica mesoporous material and have ferromagnetism in the supported state. Further, such ferromagnetic nanoparticles are more preferably supported in the pores of a spherical silica-based mesoporous material.

また、このような強磁性ナノ粒子としては、強磁性を有するものであればよく特に制限されないが、強磁性を有する金属の単体、CuAu型強磁性規則合金、CuAu型強磁性規則合金及び希土類系強磁性合金からなる群から選択される少なくとも1種からなるものがより好ましい。このような単体金属としては、Fe、Co、Ni、Gd等が挙げられる。また、前記CuAu型強磁性規則合金としては、FePt、FePd、FeNi、CoAu、CoPt等の合金が挙げられる。また、CuAu型強磁性規則合金としては、CoPt、CrPt、FePt、FePt、FePd、CoPt、NiPt、NiFe、NiMn等の合金が挙げられる。更に、希土類系強磁性合金としては、SmCo、SmCo17、Fe14NdB、NdFe16B、SmFe17等が挙げられる。このような強磁性ナノ粒子の材料は、磁性材料の用途等に応じて適宜変更できるものではあるが、より小さな粒子径でも強磁性の発現が可能という観点から、Co、FePd、CoPt、Fe14NdB、CoPt、FePt、SmCoが好ましい。 Such ferromagnetic nanoparticles are not particularly limited as long as they have ferromagnetism, but include a single metal having ferromagnetism, a CuAu type ferromagnetic ordered alloy, a Cu 3 Au type ferromagnetic ordered alloy, and More preferred is at least one selected from the group consisting of rare earth ferromagnetic alloys. Examples of such simple metals include Fe, Co, Ni, Gd, and the like. Examples of the CuAu type ferromagnetic ordered alloy include alloys such as FePt, FePd, FeNi, CoAu, and CoPt. Examples of the Cu 3 Au type ferromagnetic ordered alloy include alloys such as Co 3 Pt, CrPt 3 , Fe 3 Pt, FePt 3 , FePd 3 , CoPt 3 , Ni 3 Pt, Ni 3 Fe, and Ni 3 Mn. . Furthermore, examples of the rare earth ferromagnetic alloy include SmCo 5 , Sm 2 Co 17 , Fe 14 Nd 2 B, Nd 3 Fe 16 B, Sm 2 Fe 17 N 3 and the like. The material of such ferromagnetic nanoparticles can be appropriately changed according to the use of the magnetic material, but from the viewpoint that ferromagnetism can be expressed even with a smaller particle diameter, Co, FePd, Co 3 Pt, Fe 14 Nd 2 B, CoPt, FePt, and SmCo 5 are preferable.

さらに、前記強磁性ナノ粒子としては、強磁性体が超常磁性体に変化する超常磁性限界(強磁性粒子として存在可能な最小径)以上の粒径を有することが好ましい。このような粒径が超常磁性限界未満では、担持させたナノ粒子が強磁性を発現しない傾向にある。このような超常磁性限界以上の粒径は、例えば、SmCoでは2.7〜2.2nm、FePtでは3.3〜2.8nm、CoPtでは3.6nm、Fe14NdBでは3.7nm、CoPtでは4.8nm、FePdでは5nm、Coでは8nmである(IEEE Trans.Magn.,2000年発行,vol.36,p10−15.参照)。また、このような強磁性ナノ粒子の粒径の上限は特に制限されず、磁性材料の用途に応じて適宜その大きさを変更できる。また、このような強磁性ナノ粒子の形状は特に制限されないが、球状であることが好ましい。なお、前記強磁性ナノ粒子の「粒径」は、前記強磁性ナノ粒子の形状が球状ではない場合においては、その外接円の直径をいう。 Furthermore, the ferromagnetic nanoparticles preferably have a particle size equal to or greater than the superparamagnetic limit (the minimum diameter that can exist as a ferromagnetic particle) at which a ferromagnetic material changes to a superparamagnetic material. When the particle size is less than the superparamagnetic limit, the supported nanoparticles tend not to exhibit ferromagnetism. The particle diameters exceeding the superparamagnetic limit are, for example, 2.7 to 2.2 nm for SmCo 5 , 3.3 to 2.8 nm for FePt, 3.6 nm for CoPt, and 3.7 nm for Fe 14 Nd 2 B. Co 3 Pt is 4.8 nm, FePd is 5 nm, and Co is 8 nm (see IEEE Trans. Magn., 2000, vol. 36, p10-15.). Further, the upper limit of the particle size of such ferromagnetic nanoparticles is not particularly limited, and the size can be appropriately changed according to the use of the magnetic material. Further, the shape of such ferromagnetic nanoparticles is not particularly limited, but is preferably spherical. The “particle diameter” of the ferromagnetic nanoparticles refers to the diameter of the circumscribed circle when the shape of the ferromagnetic nanoparticles is not spherical.

さらに、本発明の磁性材料としては、強磁性ナノ粒子が担持された球状シリカ系メソ多孔体の細孔容量が0.1cm/g以上であることが好ましく、0.3cm/g以上であることが好ましい。このような細孔容量が前記下限未満では、他の化合物等を磁性材料中に吸着等させることが困難となり、ドラッグデリバリーシステム等の用途に用いることができなくなる傾向にある。 Further, as the magnetic material of the present invention, the spherical capacity of the spherical silica-based mesoporous material carrying the ferromagnetic nanoparticles is preferably 0.1 cm 3 / g or more, and 0.3 cm 3 / g or more. Preferably there is. When such a pore volume is less than the lower limit, it becomes difficult to adsorb other compounds and the like in the magnetic material, and it tends to be impossible to use in applications such as drug delivery systems.

また、本発明の磁性材料の形状は特に制限されず、粉末として使用してもよく、また、必要に応じて成形して使用してもよい。このような成形手段はどのようなものでも良いが、押出成形、打錠成形、転動造粒、圧縮成形、CIP等を好適に採用できる。また、その形状は使用箇所、方法に応じて決めることができ、たとえば円柱状、破砕状、球状、ハニカム状、凹凸状、波板状等が挙げられる。また、このような本発明の磁性材料は、球状シリカ系メソ多孔体の内部に強磁性ナノ粒子を担持させた磁性材料であり、ナノ粒子に強磁性を発現させることが可能であるため、磁性フォトニック結晶、磁気温熱療法、ドラッグデリバリーシステム等の各種用途に好適に用いることができる。   The shape of the magnetic material of the present invention is not particularly limited, and may be used as a powder, or may be molded and used as necessary. Any molding means may be used, but extrusion molding, tableting molding, rolling granulation, compression molding, CIP and the like can be suitably employed. Moreover, the shape can be determined according to a use location and a method, for example, cylindrical shape, crushed shape, spherical shape, honeycomb shape, uneven shape, corrugated plate shape, etc. are mentioned. In addition, such a magnetic material of the present invention is a magnetic material in which ferromagnetic nanoparticles are supported inside a spherical silica-based mesoporous material, and the nanoparticles can exhibit ferromagnetism. It can be suitably used for various applications such as photonic crystals, magnetic thermotherapy, drug delivery systems and the like.

以上、本発明の磁性材料について説明したが、以下において、上記本発明の磁性材料を好適に製造することが可能な本発明の磁性材料の製造方法を説明する。   Although the magnetic material of the present invention has been described above, a method for manufacturing the magnetic material of the present invention capable of suitably manufacturing the magnetic material of the present invention will be described below.

本発明の磁性材料の製造方法は、平均粒径が0.01〜3μmであり且つ中心細孔直径が2.6nm以上である球状シリカ系メソ多孔体に強磁性ナノ粒子前駆体を含浸させて、前記球状シリカ系メソ多孔体中に前記強磁性ナノ粒子前駆体が導入されてなる磁性材料前駆体粒子を得る工程と、
前記磁性材料前駆体粒子を還元して、前記球状シリカ系メソ多孔体の内部に強磁性ナノ粒子が担持されてなる磁性材料を得る工程と、
を含むことを特徴とする方法である。以下、工程ごとに説明する。
In the method for producing a magnetic material of the present invention, a spherical silica mesoporous material having an average particle diameter of 0.01 to 3 μm and a central pore diameter of 2.6 nm or more is impregnated with a ferromagnetic nanoparticle precursor. Obtaining a magnetic material precursor particle in which the ferromagnetic nanoparticle precursor is introduced into the spherical silica-based mesoporous material;
Reducing the magnetic material precursor particles to obtain a magnetic material in which ferromagnetic nanoparticles are supported inside the spherical silica-based mesoporous material;
It is the method characterized by including. Hereinafter, it demonstrates for every process.

[磁性材料前駆体粒子を得る工程]
本発明の磁性材料の製造方法においては、先ず、平均粒径が0.01〜3μmであり且つ中心細孔直径が2.6nm以上である球状シリカ系メソ多孔体に強磁性ナノ粒子前駆体を含浸させて、前記球状シリカ系メソ多孔体中に前記強磁性ナノ粒子前駆体が導入されてなる磁性材料前駆体粒子を得る。
[Step of obtaining magnetic material precursor particles]
In the method for producing a magnetic material of the present invention, first, a ferromagnetic nanoparticle precursor is applied to a spherical silica-based mesoporous material having an average particle diameter of 0.01 to 3 μm and a central pore diameter of 2.6 nm or more. Impregnation is performed to obtain magnetic material precursor particles in which the ferromagnetic nanoparticle precursor is introduced into the spherical silica-based mesoporous material.

このような球状シリカ系メソ多孔体は、前述の本発明の磁性材料で説明した球状シリカ系メソ多孔体と同様のものである。   Such a spherical silica-based mesoporous material is the same as the spherical silica-based mesoporous material described in the above-described magnetic material of the present invention.

また、前記強磁性ナノ粒子前駆体は、前記球状シリカ系メソ多孔体に含浸させ、還元した際に、前記球状シリカ系メソ多孔体の内部に強磁性ナノ粒子を担持することが可能なものであればよく、特に制限されないが、溶媒と、前記強磁性ナノ粒子の原料となる金属化合物とを含有する混合液を用いることが好ましい。なお、このような強磁性ナノ粒子前駆体は1種を単独で、あるいは2種以上を混合して用いてもよい。   The ferromagnetic nanoparticle precursor is capable of supporting ferromagnetic nanoparticles inside the spherical silica mesoporous material when the spherical silica mesoporous material is impregnated and reduced. Although there is no particular limitation, it is preferable to use a mixed solution containing a solvent and a metal compound as a raw material for the ferromagnetic nanoparticles. In addition, you may use such a ferromagnetic nanoparticle precursor individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.

このような強磁性ナノ粒子前駆体の溶媒としては特に制限されないが、水及び/又は有機溶媒からなるものが好ましく、溶媒の除去が容易であるという観点から、水、アルコール、エーテル、アセトン及びスチレンからなる群から選択される少なくとも1種を含有する溶媒がより好ましく、水、アルコール及びアセトンからなる群から選択される少なくとも1種を含有する溶媒が更に好ましく、水及び/又はアルコールからなる溶媒が特に好ましい。また、このようなアルコールとしては特に制限されるものではないが、メタノール、エタノール、プロパノールが好ましい。また、このような溶媒中における水とアルコール又はアセトンとの体積混合比は特に制限されず、各成分が混和できる条件であればよい。   The solvent for the ferromagnetic nanoparticle precursor is not particularly limited, but is preferably composed of water and / or an organic solvent, and water, alcohol, ether, acetone, and styrene from the viewpoint of easy removal of the solvent. More preferred is a solvent containing at least one selected from the group consisting of: more preferred is a solvent containing at least one selected from the group consisting of water, alcohol and acetone, and more preferred is a solvent consisting of water and / or alcohol. Particularly preferred. Such alcohol is not particularly limited, but methanol, ethanol and propanol are preferable. Moreover, the volume mixing ratio of water and alcohol or acetone in such a solvent is not particularly limited as long as each component can be mixed.

前記強磁性ナノ粒子の原料となる金属化合物としては、前記強磁性ナノ粒子を製造できるものであればよく、特に制限されないが、前記溶媒に対する溶解度の観点から、金属塩、メタロセン、メタロセン誘導体並びに金属カルボニルが好ましい。このような金属塩としては、前記強磁性ナノ粒子を製造できる金属の塩であればよく、特に制限されず、例えば、FeCl、Fe(SO、Fe(NO、(NHFe(C、Fe(CHCOCHCOCH、FeNH(SO、Fe(ClO、FeCl、FeBr、Fe[CHCH(OH)COO]、CoCl、Co(NO、Co(CHCOO)、Co(HCOO)、Co(CHCOCHCOCH、CoBr、CoSO、Co(CHCOCHCOCH、Co(C1733COO)、NiSO、NiC、(NH)Ni(SO、Ni(CHCOCHCOCH、Ni(CCOO)、NiCl、Ni(ClO、NiBr、Ni(NO、Ni(CHCOO)、NiSO、CrCl、Cr(NO、(NHCrO、Cr(CHCOCHCOCH、CrBr、HAuCl、HPtCl、Pt(CHCOCHCOCH、Pd(OCOCH、PdCl、Pd(CHCOCHCOCH、(NHPdCl、Pd(NO、Sm(CHCOO)、SmCl、Sm(NO、Sm(C、Sm(SO、Nd(CHCOO)、NdCl、Nd(NO、Nd(C、Nd(SO、Gd(NO、HBO等が挙げられる。 The metal compound used as a raw material for the ferromagnetic nanoparticles is not particularly limited as long as it can produce the ferromagnetic nanoparticles. From the viewpoint of solubility in the solvent, metal salts, metallocenes, metallocene derivatives, and metals Carbonyl is preferred. The metal salt is not particularly limited as long as it is a metal salt that can produce the ferromagnetic nanoparticles, and examples thereof include FeCl 3 , Fe 2 (SO 4 ) 3 , Fe (NO 3 ) 3 , ( NH 4 ) 3 Fe (C 2 O 4 ) 3 , Fe (CH 3 COCHCOCH 3 ) 3 , FeNH 4 (SO 4 ) 2 , Fe (ClO 4 ) 3 , FeCl 2 , FeBr 2 , Fe [CH 3 CH (OH ) COO] 2, CoCl 2, Co (NO 3) 2, Co (CH 3 COO) 2, Co (HCOO) 2, Co (CH 3 COCHCOCH 3) 2, CoBr 2, CoSO 4, Co (CH 3 COCHCOCH 3 ) 3 , Co (C 17 H 33 COO) 2 , NiSO 4 , NiC 2 O 4 , (NH 4 ) Ni (SO 4 ) 2 , Ni (CH 3 COCHCOC H 3 ) 2 , Ni (C 6 H 5 COO) 2 , NiCl 2 , Ni (ClO 4 ) 3 , NiBr 2 , Ni (NO 3 ) 2 , Ni (CH 3 COO) 2 , NiSO 4 , CrCl 3 , Cr (NO 3 ) 3 , (NH 4 ) 2 CrO 4 , Cr (CH 3 COCHCOCH 3 ) 3 , CrBr 3 , HAuCl 4 , H 2 PtCl 6 , Pt (CH 3 COCHCOCH 3 ) 2 , Pd (OCOCH 3 ) 2 PdCl 2 , Pd (CH 3 COCHCOCH 3 ) 2 , (NH 4 ) 2 PdCl 4 , Pd (NO 3 ) 2 , Sm (CH 3 COO) 3 , SmCl 3 , Sm (NO 3 ) 3 , Sm 2 (C 2 O 4 ) 3 , Sm 2 (SO 4 ) 3 , Nd (CH 3 COO) 3 , NdCl 3 , Nd (NO 3 ) 3 , Nd 2 (C 2 O 4 ) 3 Nd 2 (SO 4 ) 3 , Gd (NO 3 ) 3 , H 2 BO 3 and the like.

また、前記メタロセンとは、シクロペンタジエン2分子に金属がサンドイッチされたものをいう。このような金属としては前記強磁性ナノ粒子を製造できるものであればよく、特に制限されないが、例えばFe、Co、Ni等を含むものが挙げられる。   The metallocene refers to a metal sandwiched between two cyclopentadiene molecules. Such a metal is not particularly limited as long as it can produce the ferromagnetic nanoparticles, and examples thereof include those containing Fe, Co, Ni, and the like.

また、前記メタロセン誘導体とは、前述のメタロセンを構成するシクロペンタジエンに有機官能基が結合したものをいう。このようなメタロセン誘導体に含まれる有機官能基は特に制限されず、前記溶媒の種類に応じて溶媒に対する溶解度をより向上させるために最適なものを適宜選択することができる。例えば、前記溶媒としてフルフリルアルコールを用いる場合、前記メタロセン誘導体に含まれる有機官能基としては、アルデヒド基やヒドロキシプロピル基等の含酸素有機官能基が好ましい。また、前記溶媒にスチレンを用いる場合、前記メタロセン誘導体に含まれる有機官能基としては、溶解度を著しく向上させるとともにスチレンと共重合させることができるという観点からビニル基が好ましい。なお、このようなメタロセン及びメタロセン誘導体を用いた場合においては、メタロセン及びその誘導体の有機溶媒に対する溶解度が極めて大きいことから、多量の金属元素をより効率よく細孔内に導入できる傾向にある。また、このようなメタロセン及びその誘導体を用いた場合においては、所定の有機溶媒とメタロセン及びその誘導体とを重合させて用いることも可能となり、磁性材料の製造時に加熱した場合に細孔外に金属元素が飛散することをより効率よく防止できるため、外表面にナノ粒子を製造することなく細孔内に強磁性ナノ粒子をより効率よく製造できる傾向にある。   The metallocene derivative means a compound in which an organic functional group is bonded to the cyclopentadiene constituting the metallocene. The organic functional group contained in such a metallocene derivative is not particularly limited, and an optimum one can be appropriately selected in order to further improve the solubility in the solvent according to the type of the solvent. For example, when furfuryl alcohol is used as the solvent, the organic functional group contained in the metallocene derivative is preferably an oxygen-containing organic functional group such as an aldehyde group or a hydroxypropyl group. When styrene is used as the solvent, the organic functional group contained in the metallocene derivative is preferably a vinyl group from the viewpoint that the solubility can be remarkably improved and copolymerized with styrene. When such metallocene and metallocene derivatives are used, the solubility of metallocene and its derivatives in organic solvents tends to be large, so that a large amount of metal elements tend to be introduced into the pores more efficiently. In addition, when such a metallocene and its derivative are used, it is possible to polymerize and use a predetermined organic solvent and the metallocene and its derivative. Since it is possible to more efficiently prevent the elements from being scattered, there is a tendency that ferromagnetic nanoparticles can be more efficiently produced in the pores without producing nanoparticles on the outer surface.

さらに、前記金属カルボニルとしては、特に制限されず、下記一般式(3):
(CO) (3)
(Mは金属を示し、mは1〜4の整数を示し、nは1〜15の整数を示す。)
で表される金属カルボニルを用いることができる。このような一般式(3)中の金属(M)は、前記メタロセン中の金属と同様のものである。なお、このような金属化合物は1種を単独で、あるいは2種以上を混合して用いてもよい。
Further, the metal carbonyl is not particularly limited, and the following general formula (3):
M m (CO) n (3)
(M represents a metal, m represents an integer of 1 to 4, and n represents an integer of 1 to 15.)
The metal carbonyl represented by these can be used. The metal (M) in the general formula (3) is the same as the metal in the metallocene. In addition, you may use such a metal compound individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.

また、前記溶媒と前記金属化合物とを含有する混合液中における前記金属化合物の含有量としては、前記金属化合物の溶解度の範囲内であればよく特に制限されないが、前記金属化合物に由来する金属イオンの濃度が0.002〜3mol/Lとなる範囲であることがより好ましく、0.01〜2mol/Lとなる範囲であることが更に好ましい。前記金属イオンの濃度が0.002mol/L未満では、含浸の効率が低く製造効率が低下するため実用に適さない傾向にあり、3mol/Lを超えると球状シリカ系メソ多孔体の外表面(外部)に強磁性ナノ粒子が生成する傾向にある。   Further, the content of the metal compound in the mixed solution containing the solvent and the metal compound is not particularly limited as long as it is within the solubility range of the metal compound, but the metal ion derived from the metal compound The concentration is more preferably in the range of 0.002 to 3 mol / L, and still more preferably in the range of 0.01 to 2 mol / L. If the concentration of the metal ions is less than 0.002 mol / L, the impregnation efficiency is low and the production efficiency is lowered, so that it is not suitable for practical use. If the concentration exceeds 3 mol / L, the outer surface of the spherical silica-based mesoporous material (external) ) Tend to produce ferromagnetic nanoparticles.

また、本発明の磁性材料の製造方法においては、このような磁性材料前駆体粒子を得る工程に用いる前記球状シリカ系メソ多孔体を製造する工程として、以下に示すような球状シリカ系メソ多孔体を得る工程を更に含んでいることが好ましい。すなわち、このような球状シリカ系メソ多孔体を製造する工程は、第一の溶媒中でシリカ原料と第一の界面活性剤とを混合し、シリカ中に前記第一の界面活性剤が導入されてなる第一の多孔体前駆体粒子を得る工程(A)と、
拡張剤を含む第二の溶媒中で、前記第一の多孔体前駆体粒子中に前記拡張剤が導入されてなる第二の多孔体前駆体粒子を得る工程(B)と、
前記第二の多孔体前駆体粒子に含まれる前記第一の界面活性剤及び前記拡張剤を除去して球状シリカ系メソ多孔体を得る工程(C)と、
を含み、且つ、
工程(A)において、前記第一の界面活性剤として下記一般式(1):
Further, in the method for producing a magnetic material of the present invention, as a step of producing the spherical silica mesoporous material used in the step of obtaining such magnetic material precursor particles, the following spherical silica mesoporous material is used. It is preferable to further include the step of obtaining. That is, in the step of producing such a spherical silica-based mesoporous material, the silica raw material and the first surfactant are mixed in the first solvent, and the first surfactant is introduced into the silica. A step (A) for obtaining first porous precursor particles comprising:
(B) obtaining a second porous precursor particle in which the expanding agent is introduced into the first porous precursor particle in a second solvent containing the expanding agent;
Removing the first surfactant and the expanding agent contained in the second porous precursor particles to obtain a spherical silica-based mesoporous material (C);
And including
In the step (A), as the first surfactant, the following general formula (1):

[式中、R、R及びRは同一でも異なっていてもよい炭素数1〜3のアルキル基を示し、Xはハロゲン原子を示し、mは7〜25の整数を示す。]
で表されるアルキルアンモニウムハライドを用い、前記第一の溶媒として水と、アルコール及び/又はエーテルとの混合溶媒を用い、前記第一の溶媒中におけるアルコール及び/又はエーテルの含有量が85容量%以下であり、前記第一の溶媒中における前記第一の界面活性剤の濃度が0.0001〜0.03mol/Lであり、前記第一の溶媒中における前記シリカ原料の濃度がSi濃度換算で0.0005〜0.03mol/Lであり、且つ、前記シリカ原料と前記第一の界面活性剤とを0〜40℃の温度条件下で混合すること、及び、
工程(B)において、前記拡張剤として下記一般式(2):
[In formula, R < 1 >, R < 2 > and R < 3 > show the C1-C3 alkyl group which may be same or different, X shows a halogen atom, m shows the integer of 7-25. ]
Is used, and a mixed solvent of water and alcohol and / or ether is used as the first solvent, and the content of alcohol and / or ether in the first solvent is 85% by volume. The concentration of the first surfactant in the first solvent is 0.0001 to 0.03 mol / L, and the concentration of the silica raw material in the first solvent is calculated in terms of Si concentration. 0.0005 to 0.03 mol / L, and mixing the silica raw material and the first surfactant under a temperature condition of 0 to 40 ° C., and
In the step (B), as the expanding agent, the following general formula (2):

[式中、R、R及びRは同一でも異なっていてもよい炭素数1〜3のアルキル基を示し、Xはハロゲン原子を示し、zは17〜25の整数であって且つ前記第一の界面活性剤として選択されたアルキルアンモニウムハライドの式(1)中のmの値以上の整数を示す。]
で表されるアルキルアンモニウムハライド、鎖状炭化水素、環状炭化水素及びヘテロ環化合物からなる群から選択される少なくとも1種を用い、前記第二の溶媒として水とアルコールとの混合溶媒を用い、前記第二の溶媒中におけるアルコールの含有量が40〜90容量%であり、前記第二の溶媒中における前記拡張剤の濃度が0.05〜10mol/Lであり、且つ、前記第二の溶媒中で前記第一の多孔体前駆体粒子を60〜150℃の温度条件下で混合すること、
という条件を満たす工程である。以下において、このような球状シリカ系メソ多孔体を得る工程を、工程(A)〜(C)に分けて説明する。
[Wherein R 1 , R 2 and R 3 represent the same or different alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, X represents a halogen atom, z represents an integer of 17 to 25, and An integer greater than or equal to the value of m in formula (1) of the alkylammonium halide selected as the first surfactant is shown. ]
Using at least one selected from the group consisting of alkylammonium halides, chain hydrocarbons, cyclic hydrocarbons and heterocyclic compounds represented by: using a mixed solvent of water and alcohol as the second solvent, The content of the alcohol in the second solvent is 40 to 90% by volume, the concentration of the extender in the second solvent is 0.05 to 10 mol / L, and the second solvent Mixing the first porous precursor particles at a temperature of 60 to 150 ° C.
It is a process that satisfies the condition. In the following, the step of obtaining such a spherical silica-based mesoporous material will be described by dividing it into steps (A) to (C).

先ず、工程(A)について説明する。このような工程(A)は、第一の溶媒中でシリカ原料と第一の界面活性剤とを混合し、シリカ中に前記第一の界面活性剤が導入されてなる第一の多孔体前駆体粒子を得る工程である。   First, the step (A) will be described. Such a step (A) is a first porous body precursor obtained by mixing a silica raw material and a first surfactant in a first solvent, and introducing the first surfactant into silica. This is a step of obtaining body particles.

このようなシリカ原料は、反応によりケイ素酸化物(ケイ素複合酸化物を含む)を形成することが可能なものであればよく、特に制限されるものではないが、反応効率や得られるケイ素酸化物の物性の観点から、アルコキシシラン、ケイ酸ナトリウム、層状シリケート、シリカ、又はこれらの任意の混合物を用いることが好ましく、中でもアルコキシシランを用いることがより好ましい。   Such a silica raw material is not particularly limited as long as it can form a silicon oxide (including a silicon composite oxide) by a reaction, but the reaction efficiency and the silicon oxide to be obtained are not particularly limited. From the viewpoint of the physical properties, it is preferable to use alkoxysilane, sodium silicate, layered silicate, silica, or any mixture thereof, and more preferably alkoxysilane.

前記アルコキシシランとしては、アルコキシ基を4個有するテトラアルコキシシラン、アルコキシ基を3個有するトリアルコキシシラン、アルコキシ基を2個有するジアルコキシシランを用いることができる。このようなアルコキシ基の種類は特に制限されないが、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等のようにアルコキシ基中の炭素原子の数が比較的少ないもの(炭素数として1〜4程度のもの)が反応性の点から有利である。また、前記アルコキシシランが有するアルコキシ基が3又は2個である場合は、アルコキシシラン中のケイ素原子には有機基、水酸基等が結合していてもよく、当該有機基はアミノ基やメルカプト基等の官能基をさらに有していてもよい。このような有機基や有機官能基等を有するアルコキシシランを用いることで、得られる球状シリカ系メソ多孔体に有機基や有機官能基等を導入することができる。   Examples of the alkoxysilane include tetraalkoxysilane having 4 alkoxy groups, trialkoxysilane having 3 alkoxy groups, and dialkoxysilane having 2 alkoxy groups. The type of such an alkoxy group is not particularly limited, but those having a relatively small number of carbon atoms in the alkoxy group such as a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, and a butoxy group (about 1 to 4 carbon atoms) From the viewpoint of reactivity. In addition, when the alkoxysilane has 3 or 2 alkoxy groups, an organic group, a hydroxyl group, or the like may be bonded to the silicon atom in the alkoxysilane, and the organic group is an amino group, a mercapto group, or the like. It may further have a functional group. By using an alkoxysilane having such an organic group or an organic functional group, an organic group or an organic functional group can be introduced into the resulting spherical silica mesoporous material.

また、前記テトラアルコキシシランとしては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、ジメトキシジエトキシシラン等が挙げられ、前記トリアルコキシシランとしては、トリメトキシシラノール、トリエトキシシラノール、トリメトキシメチルシラン、トリメトキシビニルシラン、トリエトキシビニルシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、γ−(メタクリロキシプロピル)トリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。また、前記ジアルコキシシランとしては、ジメトキシジメチルシラン、ジエトキシジメチルシラン、ジエトキシ−3−グリシドキシプロピルメチルシラン、ジメトキシジフェニルシラン、ジメトキシメチルフェニルシラン等が挙げられる。   Examples of the tetraalkoxysilane include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetrabutoxysilane, and dimethoxydiethoxysilane. Examples of the trialkoxysilane include trimethoxysilanol, triethoxysilanol, Trimethoxymethylsilane, trimethoxyvinylsilane, triethoxyvinylsilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3- (2-aminoethyl) aminopropyltri Methoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, γ- (methacryloxypropyl) trimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyl Examples include trimethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, and 3-aminopropyltriethoxysilane. Examples of the dialkoxysilane include dimethoxydimethylsilane, diethoxydimethylsilane, diethoxy-3-glycidoxypropylmethylsilane, dimethoxydiphenylsilane, and dimethoxymethylphenylsilane.

また、このようなアルコキシシランの中でも、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシランを用いることがより好ましい。このようにして3−アミノプロピルトリメトキシシラン及び/又は3−アミノプロピルトリエトキシシランをシラン原料として用いることで、得られる球状シリカ系メソ多孔体の細孔径を効率よく拡大することができる。そのため、3−アミノプロピルトリメトキシシラン及び/又は3−アミノプロピルトリエトキシシランをシラン原料として用いることによって、前記強磁性ナノ粒子前駆体をより効率よく含浸担持することが可能な球状シリカ系メソ多孔体を製造することが可能となる。   Among such alkoxysilanes, it is more preferable to use 3-aminopropyltrimethoxysilane or 3-aminopropyltriethoxysilane. Thus, by using 3-aminopropyltrimethoxysilane and / or 3-aminopropyltriethoxysilane as a silane raw material, the pore diameter of the obtained spherical silica mesoporous material can be efficiently expanded. Therefore, by using 3-aminopropyltrimethoxysilane and / or 3-aminopropyltriethoxysilane as a silane raw material, a spherical silica mesoporous material that can more efficiently impregnate and support the ferromagnetic nanoparticle precursor. The body can be manufactured.

このようなアルコキシシランは、単独で用いることもできるが2種類以上を組み合わせて用いることも可能である。また、上記のアルコキシ基を2〜4個有するアルコキシシランは、アルコキシ基を1個有するモノアルコキシシランと組み合わせて使用することも可能である。このようにして用いることのできるモノアルコキシシランとしては、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、3−クロロプロピルジメチルメトキシシラン等が挙げられる。   Such alkoxysilanes can be used alone or in combination of two or more. Moreover, the alkoxysilane having 2 to 4 alkoxy groups described above can be used in combination with a monoalkoxysilane having one alkoxy group. Examples of the monoalkoxysilane that can be used in this way include trimethylmethoxysilane, trimethylethoxysilane, and 3-chloropropyldimethylmethoxysilane.

また、前記アルコキシシランは、加水分解によりシラノール基を生じ、生じたシラノール基同士が縮合することによりケイ素酸化物が形成される。この場合において、分子中のアルコキシ基の数が多いアルコキシシランは、加水分解及び縮合で生じる結合が多くなる。したがって、アルコキシ基の多いテトラアルコキシシランをアルコキシシランとして用いることが好ましく、テトラアルコキシシランとしては、反応速度の観点からテトラメトキシシラン又はテトラエトキシシランを用いることが特に好ましい。   The alkoxysilane generates a silanol group by hydrolysis, and the generated silanol groups condense to form a silicon oxide. In this case, an alkoxysilane having a large number of alkoxy groups in the molecule has many bonds generated by hydrolysis and condensation. Therefore, it is preferable to use tetraalkoxysilane having a large number of alkoxy groups as alkoxysilane, and it is particularly preferable to use tetramethoxysilane or tetraethoxysilane as the tetraalkoxysilane from the viewpoint of reaction rate.

また、前記シリカ原料として用いられるケイ酸ナトリウムとしては、メタケイ酸ナトリウム(NaSiO)、オルトケイ酸ナトリウム(NaSiO)、二ケイ酸ナトリウム(NaSi)、四ケイ酸ナトリウム(NaSi)等が挙げられる。ケイ酸ナトリウムとしては、このような単一物質の他、水ガラス(NaO・nSiO、n=2〜4)等のように組成が場合により異なるものを使用することもできる。 Examples of sodium silicate used as the silica raw material include sodium metasilicate (Na 2 SiO 3 ), sodium orthosilicate (Na 4 SiO 4 ), sodium disilicate (Na 2 Si 2 O 5 ), and tetrasilicate. sodium (Na 2 Si 4 O 9), and the like. As the sodium silicate, in addition to such a single substance, water glass (Na 2 O · nSiO 2 , n = 2 to 4) or the like having a different composition depending on the case can be used.

さらに、前記層状シリケートとしては、カネマイト(NaHSi・3HO)、二ケイ酸ナトリウム結晶(α、β、γ、δ−NaSi)、マカタイト(NaSi・5HO)、アイアライト(NaSi17・xHO)、マガディアイト(NaSi1417・xHO)、ケニヤイト(NaSi2041・xHO)等が挙げられる。また、セピオライト、モンモリロナイト、バーミキュライト、雲母、カオリナイト、スメクタイト等の粘土鉱物を酸性水溶液で処理してシリカ以外の元素を除去したものも層状シリケートとして使用可能である。 Further, as the layered silicate, kanemite (NaHSi 2 O 5 .3H 2 O), sodium disilicate crystal (α, β, γ, δ-Na 2 Si 2 O 5 ), macatite (Na 2 Si 4 O 9) · 5H 2 O), ialite (Na 2 Si 8 O 17 · xH 2 O), magadiite (Na 2 Si 14 O 17 · xH 2 O), kenyaite (Na 2 Si 20 O 41 · xH 2 O), etc. Is mentioned. Further, a layer obtained by treating clay minerals such as sepiolite, montmorillonite, vermiculite, mica, kaolinite and smectite with an acidic aqueous solution to remove elements other than silica can be used as the layered silicate.

また、前記シリカ原料として用いられるシリカとしては、Ultrasil(Ultrasil社)、Cab−O−Sil(Cabot社)、HiSil(Pittsburgh Plate Glass社)等の沈降性シリカ;コロイダルシリカ;Aerosil(Degussa−Huls社)等のフュームドシリカを挙げることができる。   The silica used as the silica raw material includes precipitated silica such as Ultrasil (Ultrasil), Cab-O-Sil (Cabot), HiSil (Pittsburgh Plate Glass); colloidal silica; Aerosil (Degussa-Huls) And fumed silica.

さらに、このようなシリカ原料は、単独で用いることもできるが2種類以上を組み合わせて用いることも可能である。但し、2種類以上のシリカ原料を用いる場合は、製造時の反応条件が複雑化することがあるため、シリカ原料は単独のものを使用することが好ましい。   Further, such silica raw materials can be used alone or in combination of two or more. However, when two or more types of silica raw materials are used, it is preferable to use a single silica raw material because the reaction conditions during production may be complicated.

また、前記第一の界面活性剤は、下記一般式(1):   The first surfactant is represented by the following general formula (1):

[式中、R、R及びRは同一でも異なっていてもよい炭素数1〜3のアルキル基を示し、Xはハロゲン原子を示し、mは7〜25の整数を示す。]
で表されるアルキルアンモニウムハライドである。
[In formula, R < 1 >, R < 2 > and R < 3 > show the C1-C3 alkyl group which may be same or different, X shows a halogen atom, m shows the integer of 7-25. ]
It is an alkylammonium halide represented by.

このような一般式(1)におけるR、R及びRは同一でも異なっていてもよく、それぞれ炭素数1〜3のアルキル基を示す。このようなアルキル基としてはメチル基、エチル基、プロピル基が挙げられ、これらが一分子中に混在してもよいが、界面活性剤分子の対称性の観点からR、R及びRは全て同一であることが好ましい。界面活性剤分子の対称性が優れる場合は、界面活性剤同士の凝集(ミセルの形成等)が容易となる傾向にある。更に、R、R及びRのうち少なくとも1つはメチル基であることが好ましく、R、R及びRの全てがメチル基であることがより好ましい。 R 1 , R 2 and R 3 in the general formula (1) may be the same or different and each represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. Examples of such an alkyl group include a methyl group, an ethyl group, and a propyl group, which may be mixed in one molecule, but R 1 , R 2, and R 3 may be used from the viewpoint of symmetry of the surfactant molecule. Are preferably the same. When the symmetry of the surfactant molecule is excellent, aggregation of the surfactants (formation of micelles, etc.) tends to be facilitated. Furthermore, it is preferable that at least one of R 1, R 2 and R 3 are methyl groups, and more preferably all of R 1, R 2 and R 3 are methyl groups.

さらに、一般式(1)におけるXはハロゲン原子を示し、このようなハロゲン原子の種類は特に制限されないが、入手の容易さの観点からXは塩素原子または臭素原子であることが好ましい。   Furthermore, X in the general formula (1) represents a halogen atom, and the kind of such a halogen atom is not particularly limited, but X is preferably a chlorine atom or a bromine atom from the viewpoint of easy availability.

また、一般式(1)におけるmは7〜25の整数を示し、9〜21の整数であることがより好ましい。前記mが6以下であるアルキルアンモニウムハライドでは、球状の第一の多孔体前駆体粒子は得られるものの、中心細孔直径が小さくなって、工程(B)において第一の界面活性剤と第二の界面活性剤とを置換反応させることが困難となる。他方、前記mが26以上のアルキルアンモニウムハライドでは、第一の界面活性剤の疎水性相互作用が強すぎるため、層状の化合物が生成してしまい、球状の多孔体を得ることができなくなる。   Moreover, m in General formula (1) shows the integer of 7-25, and it is more preferable that it is an integer of 9-21. In the case of the alkyl ammonium halide having m of 6 or less, spherical first porous precursor particles can be obtained, but the central pore diameter becomes small, and the first surfactant and the second surfactant are reduced in step (B). It is difficult to cause a substitution reaction with the surfactant. On the other hand, in the case of the alkyl ammonium halide having m of 26 or more, since the hydrophobic interaction of the first surfactant is too strong, a layered compound is generated and a spherical porous body cannot be obtained.

従って、上記一般式(1)で表される第一の界面活性剤としては、R、R、Rの全てがメチル基であり且つ炭素数8〜26の長鎖アルキル基を有するアルキルトリメチルアンモニウムハライドであることが好ましく、中でもデシルトリメチルアンモニウムハライド、ドデシルトリメチルアンモニウムハライド、テトラデシルトリメチルアンモニウムハライド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムハライド、オクタデシルトリメチルアンモニウムハライド、エイコシルトリメチルアンモニウムハライド、ドコシルトリメチルアンモニウムハライドがより好ましい。 Therefore, as the first surfactant represented by the general formula (1), all of R 1 , R 2 , and R 3 are methyl groups and have a long-chain alkyl group having 8 to 26 carbon atoms. Trimethylammonium halide is preferred, and decyltrimethylammonium halide, dodecyltrimethylammonium halide, tetradecyltrimethylammonium halide, hexadecyltrimethylammonium halide, octadecyltrimethylammonium halide, eicosyltrimethylammonium halide, docosyltrimethylammonium halide are more preferable. preferable.

このような第一の界面活性剤は、シリカ原料と共に溶媒中で複合体を形成する。複合体中のシリカ原料は反応によりケイ素酸化物へと変化するが、第一の界面活性剤が存在している部分ではケイ素酸化物が生成しないため、第一の界面活性剤が存在している部分に孔が形成されることになる。すなわち、第一の界面活性剤はシリカ原料中に導入されて孔形成のためのテンプレートとして機能する。また、第一の界面活性剤は1種類もしくは2種類以上を組み合わせて用いることが可能であるが、上記のように第一の界面活性剤はシリカ原料の反応生成物に孔を形成させる際のテンプレートとして働き、その種類は多孔体の孔の形状に大きな影響を与えるため、より均一な球状多孔体を得るためには、界面活性剤は1種類のみを用いることが好ましい。   Such a first surfactant forms a complex in a solvent together with the silica raw material. The silica raw material in the composite is changed to silicon oxide by reaction, but silicon oxide is not generated in the portion where the first surfactant is present, so the first surfactant is present. A hole will be formed in the part. That is, the first surfactant is introduced into the silica raw material and functions as a template for pore formation. The first surfactant can be used alone or in combination of two or more. As described above, the first surfactant is used for forming pores in the reaction product of the silica raw material. Since it acts as a template and its type greatly affects the shape of the pores of the porous body, it is preferable to use only one type of surfactant in order to obtain a more uniform spherical porous body.

このような工程(A)において、前記シリカ原料及び前記第一の界面活性剤を混合するための第一の溶媒としては、水と、アルコール及び/又はエーテルとの混合溶媒を用いる。このようなアルコールとしては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−プロパノール、エチレングリコール、グリセリン等が挙げられ、シリカ原料の溶解性の観点からメタノールまたはエタノールが好ましい。また、前記エーテルとしては、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチルメチルエーテル等が挙げられ、シリカ原料の溶解性の観点から、ジエチルエーテルが好ましい。   In such step (A), a mixed solvent of water and alcohol and / or ether is used as the first solvent for mixing the silica raw material and the first surfactant. Examples of such alcohol include methanol, ethanol, isopropanol, n-propanol, ethylene glycol, glycerin and the like, and methanol or ethanol is preferable from the viewpoint of solubility of the silica raw material. Examples of the ether include dimethyl ether, diethyl ether, and ethyl methyl ether, and diethyl ether is preferable from the viewpoint of solubility of the silica raw material.

また、工程(A)においては、前記シリカ原料中に前記第一の界面活性剤が導入されてなる多孔体前駆体粒子を合成する際に、前記第一の溶媒中のアルコール及び/又はエーテルの含有量は85容量%以下である必要があり、アルコール及び/又はエーテルの含有量が20〜85容量%であることがより好ましく、25〜75容量%であることがより好ましい。このように比較的多量のアルコール及び/又はエーテルを含有する混合溶媒を使用することにより、均一な球状体の発生及び成長が実現され、得られる第一の多孔体前駆体粒子の粒径が高度に均一に制御されることとなる。アルコール及び/又はエーテルの含有量が85容量%を超える場合には、粒径及び粒径分布の制御が困難となり、得られる第一の多孔体前駆体粒子の粒径の均一性が低くなる。他方、アルコール及び/又はエーテルの含有量が20容量%未満の場合は、粒径及び粒径分布の制御が困難となり、得られる第一の多孔体前駆体粒子の均一性が低くなる傾向にある。   In step (A), when synthesizing porous precursor particles in which the first surfactant is introduced into the silica raw material, alcohol and / or ether in the first solvent is synthesized. The content needs to be 85% by volume or less, and the content of alcohol and / or ether is more preferably 20 to 85% by volume, and more preferably 25 to 75% by volume. By using a mixed solvent containing a relatively large amount of alcohol and / or ether in this manner, uniform spherical bodies can be generated and grown, and the resulting first porous precursor particles have a high particle size. Will be controlled uniformly. When the content of alcohol and / or ether exceeds 85% by volume, it is difficult to control the particle size and particle size distribution, and the uniformity of the particle size of the obtained first porous precursor particles is lowered. On the other hand, when the content of alcohol and / or ether is less than 20% by volume, it is difficult to control the particle size and particle size distribution, and the uniformity of the obtained first porous precursor particles tends to be low. .

また、工程(A)においては、前記第一の溶媒中の水と、アルコール及び/又はエーテルとの比率を変化させることにより、粒径の均一性を高水準に保持しつつ、得られる第一の多孔体前駆体粒子の粒径を容易に制御することができる。すなわち、水の比率が高い場合は多孔体が析出し易くなるために粒径が小さくなり、逆にアルコールの比率が高い場合は大きい粒径の第一の多孔体前駆体粒子を得ることができる。   Moreover, in the step (A), the first obtained is obtained while maintaining the uniformity of the particle size at a high level by changing the ratio of water in the first solvent to alcohol and / or ether. The particle size of the porous precursor particles can be easily controlled. That is, when the water ratio is high, the porous body is likely to precipitate, so the particle size becomes small. Conversely, when the alcohol ratio is high, the first porous body precursor particles having a large particle diameter can be obtained. .

さらに、工程(A)においては、前記第一の溶媒中で前記シリカ原料及び前記第一の界面活性剤を混合して第一の多孔体前駆体粒子を得る際に、上述した第一の界面活性剤の濃度を溶液の全容量を基準として0.0001〜0.03mol/L(好ましくは、0.0003〜0.02mol/L)とし、上述したシリカ原料の濃度を溶液の全容量を基準としてSi濃度換算で0.0005〜0.03mol/L(好ましくは、0.001〜0.02mol/L)とする必要がある。工程(A)においては、このように第一の界面活性剤及びシリカ原料の濃度を厳密に制御することと、前述の第一の溶媒を使用することとが相俟って、均一な球状体の発生及び成長が実現され、得られる第一の多孔体前駆体粒子の粒径が高度に均一に制御されることとなる。   Furthermore, in the step (A), when the first raw material precursor particles are obtained by mixing the silica raw material and the first surfactant in the first solvent, the first interface described above is used. The concentration of the activator is 0.0001 to 0.03 mol / L (preferably 0.0003 to 0.02 mol / L) based on the total volume of the solution, and the concentration of the silica raw material described above is based on the total volume of the solution. As 0.005 to 0.03 mol / L (preferably 0.001 to 0.02 mol / L) in terms of Si concentration. In the step (A), the strict control of the concentrations of the first surfactant and the silica raw material and the use of the first solvent described above make it possible to form a uniform spherical body. Is generated and grown, and the particle diameter of the obtained first porous precursor particles is highly uniformly controlled.

前記第一の界面活性剤の濃度が0.0001mol/L未満の場合は、テンプレートとなるべき第一の界面活性剤の量が不足するために良好な多孔体を得ることができず、更に粒径及び粒径分布の制御が困難となって得られる第一の多孔体前駆体粒子の粒径の均一性が低くなる。他方、前記第一の界面活性剤の濃度が0.03mol/Lを超える場合は、形状が球状である多孔体を高比率で得ることができず、更に粒径及び粒径分布の制御が困難となって得られる第一の多孔体前駆体粒子の粒径の均一性が低くなる。   When the concentration of the first surfactant is less than 0.0001 mol / L, the amount of the first surfactant to be a template is insufficient, so that a good porous body cannot be obtained, and further The uniformity of the particle size of the first porous precursor particles obtained because the control of the diameter and the particle size distribution becomes difficult. On the other hand, when the concentration of the first surfactant exceeds 0.03 mol / L, it is not possible to obtain a porous body having a spherical shape at a high ratio, and it is difficult to control the particle size and particle size distribution. Thus, the uniformity of the particle diameter of the first porous precursor particles obtained becomes low.

また、前記シリカ原料の濃度が0.0005mol/L未満の場合は、形状が球状である多孔体を高比率で得ることができず、更に粒径及び粒径分布の制御が困難となって得られる第一の多孔体前駆体粒子の粒径の均一性が低くなる。他方、前記シリカ原料の濃度が0.03mol/Lを超える場合は、テンプレートとなるべき第一の界面活性剤の比率が不足するために良好な多孔体を得ることができず、更に粒径及び粒径分布の制御が困難となって得られる球状シリカ系メソ多孔体の粒径の均一性が低くなる。   In addition, when the concentration of the silica raw material is less than 0.0005 mol / L, a porous body having a spherical shape cannot be obtained at a high ratio, and control of the particle size and particle size distribution becomes difficult. The uniformity of the particle diameter of the first porous precursor particles to be produced is lowered. On the other hand, when the concentration of the silica raw material exceeds 0.03 mol / L, a good porous body cannot be obtained because the ratio of the first surfactant to be a template is insufficient, and the particle size and The uniformity of the particle size of the spherical silica-based mesoporous material obtained due to the difficulty in controlling the particle size distribution is lowered.

工程(A)において、前記シリカ原料と前記第一の界面活性剤とを混合する際には、0〜40℃の温度条件下で混合する必要があり、5〜30℃の温度条件下で混合することが好ましい。このような温度が0℃未満ではシリカ原料の反応が非常に遅くなるために粒径の均一性が低くなり、他方、40℃を超えるとシリカ原料の反応が速くなるために形状が球状である多孔体を高比率で得ることが困難となる。   In the step (A), when mixing the silica raw material and the first surfactant, it is necessary to mix under a temperature condition of 0 to 40 ° C., and mixing under a temperature condition of 5 to 30 ° C. It is preferable to do. When the temperature is lower than 0 ° C., the reaction of the silica raw material is very slow, so the uniformity of the particle size is low. On the other hand, when the temperature is higher than 40 ° C., the reaction of the silica raw material is fast and the shape is spherical. It becomes difficult to obtain a porous body at a high ratio.

工程(A)における前記温度以外のその他の条件(反応時間等)は特に制限されず、具体的な反応条件は、用いるシリカ原料の種類等に基づいて決定することが好ましい。また、反応は攪拌状態で進行させることが好ましい。   Other conditions (reaction time, etc.) other than the temperature in the step (A) are not particularly limited, and specific reaction conditions are preferably determined based on the type of silica raw material to be used. Further, the reaction is preferably allowed to proceed with stirring.

また、工程(A)においては、前記シリカ原料及び前記第一の界面活性剤を混合する際に、塩基性条件下で混合することが好ましい。シリカ原料は、一般に塩基性条件下においても酸性条件下においても反応が生じケイ素酸化物へと変化するが、工程(A)においては、シリカ原料と第一の界面活性剤の濃度は従来技術の方法に比較して低いものとなっているために、酸性条件下では反応がほとんど進行しない。したがって、工程(A)においては、塩基性条件下でシリカ原料を反応させることが好ましい。なお、シリカ原料は、酸性条件で反応させる場合よりも塩基性条件で反応させる場合の方がケイ素原子の反応点が増加し、耐湿性や耐熱性等の物性に優れたケイ素酸化物を得ることができるため、塩基性条件下で混合することはこの点においても有利である。   In the step (A), when mixing the silica raw material and the first surfactant, it is preferable to mix them under basic conditions. The silica raw material generally reacts under basic conditions and acidic conditions and changes to silicon oxide. In step (A), the concentration of the silica raw material and the first surfactant is the same as that of the prior art. Since it is low compared with the method, the reaction hardly proceeds under acidic conditions. Therefore, in the step (A), it is preferable to react the silica raw material under basic conditions. In addition, when the silica raw material is reacted under basic conditions, the reaction point of silicon atoms is increased when the reaction is performed under basic conditions, and a silicon oxide having excellent physical properties such as moisture resistance and heat resistance is obtained. In this respect, mixing under basic conditions is also advantageous.

上記第一の溶媒を塩基性にするためには、通常、水酸化ナトリウム水溶液等の塩基性物質を添加する。反応時の塩基性条件に関しては特に制限されないが、添加する塩基性物質のアルカリ当量を全シリカ原料中のケイ素原子モル数で除した値が0.1〜0.9となるようにすることが好ましく、0.2〜0.5となるようにすることがより好ましい。添加する塩基性物質のアルカリ当量を全シリカ原料中のケイ素原子モル数で除した値が0.1未満である場合は、収率が低下してしまう傾向があり、他方、0.9を超える場合は、多孔体の形成が困難となる傾向がある。   In order to make the first solvent basic, a basic substance such as an aqueous sodium hydroxide solution is usually added. There are no particular restrictions on the basic conditions during the reaction, but the value obtained by dividing the alkali equivalent of the basic substance to be added by the number of moles of silicon atoms in the total silica raw material should be 0.1 to 0.9. Preferably, it is more preferably 0.2 to 0.5. When the value obtained by dividing the alkali equivalent of the basic substance to be added by the number of moles of silicon atoms in the total silica raw material is less than 0.1, the yield tends to decrease, and on the other hand, it exceeds 0.9. In such a case, the formation of the porous body tends to be difficult.

工程(A)において、シリカ原料としてアルコキシシランを用いる場合は、例えば、以下のようにして第一の多孔体前駆体粒子を得ることができる。先ず、水とアルコール及び/又はエーテルの混合溶媒に対して第一の界面活性剤及び塩基性物質を添加して、第一の界面活性剤を含有する塩基性溶液を調製し、この溶液にアルコキシシランを添加する。添加されたアルコキシシランは溶液中で加水分解(又は、加水分解及び縮合)するために、添加後数秒〜数十分で白色粉末が析出する。この場合において、反応温度は0℃〜40℃である。また、溶液は攪拌することが好ましい。   In the step (A), when alkoxysilane is used as the silica raw material, for example, the first porous precursor particles can be obtained as follows. First, a first surfactant and a basic substance are added to a mixed solvent of water and alcohol and / or ether to prepare a basic solution containing the first surfactant. Add silane. Since the added alkoxysilane is hydrolyzed (or hydrolyzed and condensed) in the solution, a white powder is deposited several seconds to several tens of minutes after the addition. In this case, the reaction temperature is 0 ° C to 40 ° C. The solution is preferably stirred.

沈殿物が析出した後、0℃〜40℃(好ましくは5℃〜30℃)で1時間〜10日、溶液をさらに攪拌してシリカ原料の反応を進行させる。攪拌終了後、必要に応じて室温で一晩放置して系を安定化させ、得られた沈殿物を必要に応じてろ過及び洗浄することによって本発明にかかる第一の多孔体前駆体粒子が得られる。   After the precipitate is deposited, the solution is further stirred at 0 ° C. to 40 ° C. (preferably 5 ° C. to 30 ° C.) for 1 hour to 10 days to advance the reaction of the silica raw material. After completion of stirring, the first porous precursor particles according to the present invention are allowed to stand at room temperature overnight as necessary to stabilize the system, and the resulting precipitate is filtered and washed as necessary. can get.

また、シリカ原料として、アルコキシシラン以外のシリカ原料(ケイ酸ナトリウム、層状シリケートまたはシリカ)を用いる場合は、シリカ原料を、第一の界面活性剤を含有する水とアルコール及び/又はエーテルの混合溶媒に添加し、シリカ原料中のケイ素原子と等モル程度になるように、水酸化ナトリウム水溶液等の塩基性物質をさらに添加して均一な溶液を調製する。その後、希薄酸溶液をシリカ原料中のケイ素原子に対して1/2〜3/4倍モル添加するという方法により本発明にかかる第一の多孔体前駆体粒子を作製することができる。塩基性物質は、シリカ原料中に既に形成されているSi−(O−Si)結合の一部を切断する目的のために過剰分必要となるが、その過剰分を酸により中和する必要がある。酸としては、塩酸、硫酸等の無機酸、酢酸等の有機酸のいずれを用いてもよい。 Further, when a silica raw material other than alkoxysilane (sodium silicate, layered silicate or silica) is used as the silica raw material, the silica raw material is a mixed solvent of water and alcohol and / or ether containing the first surfactant. A basic solution such as an aqueous sodium hydroxide solution is further added to prepare a uniform solution so that it is about equimolar with the silicon atoms in the silica raw material. Then, the 1st porous body precursor particle concerning this invention is producible by the method of adding 1 / 2-3 / 4 times mole with respect to the silicon atom in a silica raw material for a dilute acid solution. The basic substance requires an excessive amount for the purpose of cleaving a part of the Si— (O—Si) 4 bond already formed in the silica raw material, but it is necessary to neutralize the excess with an acid. There is. As the acid, any of inorganic acids such as hydrochloric acid and sulfuric acid, and organic acids such as acetic acid may be used.

次に、工程(B)を説明する。このような工程(B)は、拡張剤(エキスパンダー)を含む第二の溶媒中で、前記第一の多孔体前駆体粒子中に前記拡張剤が導入されてなる第二の多孔体前駆体粒子を得る工程である。そして、このような工程(B)で行う水熱処理によって、細孔径の拡大が可能となる。   Next, process (B) is demonstrated. In such a step (B), the second porous precursor particles are obtained by introducing the expanding agent into the first porous precursor particles in a second solvent containing an expanding agent (expander). It is the process of obtaining. The pore diameter can be increased by the hydrothermal treatment performed in the step (B).

このような拡張剤としては、下記一般式(2):   As such an extender, the following general formula (2):

[式中、R、R及びRは同一でも異なっていてもよい炭素数1〜3のアルキル基を示し、Xはハロゲン原子を示し、zは17〜25の整数であって且つ前記第一の界面活性剤として選択されたアルキルアンモニウムハライドの式(1)中のmの値以上の整数を示す。]
で表されるアルキルアンモニウムハライド(第二の界面活性剤)、鎖状炭化水素、環状炭化水素及びヘテロ環化合物からなる群から選択される少なくとも1種が用いられる。
[Wherein R 1 , R 2 and R 3 represent the same or different alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, X represents a halogen atom, z represents an integer of 17 to 25, and An integer greater than or equal to the value of m in formula (1) of the alkylammonium halide selected as the first surfactant is shown. ]
At least one selected from the group consisting of alkylammonium halides (second surfactant), chain hydrocarbons, cyclic hydrocarbons, and heterocyclic compounds represented by the formula:

このような一般式(2)におけるR、R及びR並びにXについては、前述の一般式(1)におけるR、R及びR並びにXと同義のものである。また、一般式(2)におけるzは17〜25の整数を示し、20〜25の整数でありことがより好ましく、21〜24の整数であることが更に好ましい。前記zが16以下であるアルキルアンモニウムハライドでは、工程(B)において、第一の多孔体前駆体粒子の細孔径を十分に拡大することが困難となる。他方、前記zが26以上のアルキルアンモニウムハライドでは、アルキル鎖が大きくなりすぎて、第一の界面活性剤と置換反応させてシリカ中に第二の界面活性剤を導入することが困難となる。 Such general formula (2) in R 1, R 2 and R 3 and X are those of R 1, R 2 and R 3 and X as defined in the above general formula (1). Moreover, z in General formula (2) shows the integer of 17-25, it is more preferable that it is an integer of 20-25, and it is still more preferable that it is an integer of 21-24. In the case of the alkyl ammonium halide in which z is 16 or less, it is difficult to sufficiently expand the pore diameter of the first porous precursor particles in the step (B). On the other hand, in the case of the alkyl ammonium halide having z of 26 or more, the alkyl chain becomes too large, and it becomes difficult to introduce a second surfactant into silica by substitution reaction with the first surfactant.

また、前記一般式(2)で表されるアルキルアンモニウムハライド(第二の界面活性剤)の前記式(2)中のzの値が、前記第一の界面活性剤として選択されたアルキルアンモニウムハライドの式(1)中のmの値以上である必要がある。実際に選択されるzの値がmの値よりも小さいと、第二の界面活性剤のアルキル基の鎖長の方が第一の界面活性剤のアルキル基の鎖長よりも短くなってしまい、第一の界面活性剤の溶解度が第二の界面活性剤の溶解度よりも小さくなるため、水熱反応によっても第一の界面活性剤と第二の界面活性剤との置換反応が起こらず、細孔径の拡大が図れなくなる。   Further, the alkyl ammonium halide in which the value of z in the formula (2) of the alkyl ammonium halide (second surfactant) represented by the general formula (2) is selected as the first surfactant It is necessary to be not less than the value of m in the formula (1). If the value of z actually selected is smaller than the value of m, the chain length of the alkyl group of the second surfactant will be shorter than the chain length of the alkyl group of the first surfactant. In addition, since the solubility of the first surfactant is smaller than the solubility of the second surfactant, the substitution reaction between the first surfactant and the second surfactant does not occur even by the hydrothermal reaction, The pore diameter cannot be increased.

このような一般式(2)で表されるアルキルアンモニウムハライドとしては、R、R、Rの全てがメチル基であり且つ炭素数21〜26の長鎖アルキル基を有するアルキルトリメチルアンモニウムハライドであることが好ましく、中でもドコシルトリメチルアンモニウムハライド、テトラコシルトリメチルアンモニウムハライドがより好ましい。 Examples of the alkylammonium halide represented by the general formula (2) include alkyltrimethylammonium halides in which all of R 1 , R 2 and R 3 are methyl groups and have a long-chain alkyl group having 21 to 26 carbon atoms. Among them, docosyltrimethylammonium halide and tetracosyltrimethylammonium halide are more preferable.

また、前記鎖状炭化水素としては、鎖状の炭化水素であればよく特に制限されないが、炭素数が6〜26(より好ましくは6〜12)の鎖状炭化水素が好ましい。前記鎖状炭化水素の炭素数が前記下限未満では、疎水性が小さくなり、第一の多孔体前駆体粒子の細孔内に導入され難くなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると溶解性が低下する傾向にある。   The chain hydrocarbon is not particularly limited as long as it is a chain hydrocarbon, but is preferably a chain hydrocarbon having 6 to 26 (more preferably 6 to 12) carbon atoms. When the number of carbon atoms of the chain hydrocarbon is less than the lower limit, the hydrophobicity tends to be small, and it tends to be difficult to be introduced into the pores of the first porous body precursor particles. Tend to decrease.

このような鎖状炭化水素としては、例えば、ヘキサン、メチルペンタン、ジメチルブタン、ヘプタン、メチルへキサン、ジメチルペンタン、トリメチルブタン、オクタン、メチルヘプタン、ジメチルへキサン、トリメチルペンタン、イソプロピルペンタン、ノナン、メチルオクタン、エチルヘプタン、デカン、ウンデカン、ドデカン、テトラデカン、ヘキサデカン等が挙げられ、疎水性や溶解性等の観点から、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカンが好ましい。   Examples of such chain hydrocarbons include hexane, methylpentane, dimethylbutane, heptane, methylhexane, dimethylpentane, trimethylbutane, octane, methylheptane, dimethylhexane, trimethylpentane, isopropylpentane, nonane, and methyl. Examples include octane, ethyl heptane, decane, undecane, dodecane, tetradecane, and hexadecane. From the viewpoint of hydrophobicity and solubility, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, and dodecane are preferable.

また、前記環状炭化水素としては、その骨格に環状の炭化水素を含有するものであればよく特に制限されないが、環数が1〜3で炭素数が6〜20(より好ましくは6〜16)の環状炭化水素が好ましい。前記環状炭化水素の炭素数が前記下限未満では、疎水性が小さくなり、第一の多孔体前駆体粒子の細孔内に導入され難くなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると溶解性が低下するため細孔径の拡大が図れなくなる傾向にある。また、前記環状炭化水素の環数が3を超えると溶解性が低下するため、細孔径の拡大が図れなくなる傾向にある。   The cyclic hydrocarbon is not particularly limited as long as it contains a cyclic hydrocarbon in its skeleton, but has 1 to 3 rings and 6 to 20 carbon atoms (more preferably 6 to 16). These cyclic hydrocarbons are preferred. If the number of carbon atoms of the cyclic hydrocarbon is less than the lower limit, the hydrophobicity tends to be small, and it tends to be difficult to be introduced into the pores of the first porous precursor particles. It tends to be impossible to enlarge the pore diameter because of the decrease. Further, when the number of the cyclic hydrocarbons exceeds 3, the solubility is lowered, so that the pore diameter tends not to be increased.

さらに、このような環状炭化水素としては、例えば、シクロヘキサン、シクロヘキセン、シクロヘキサジエン、ベンゼン、メチルベンゼン、ジメチルベンゼン、トリメチルベンゼン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、トリエチルベンゼン、ビニルベンゼン、ジビニルベンゼン、イソプロピルベンゼン、ジイソプロピルベンゼン、トリイソプロピルベンゼン、インデン、ナフタレン、テトラリン、アズレン、ビフェニレン、アセナフチレン、フルオレン、フェナントレン、アントラセン等が挙げられ、疎水性や溶解性の観点から、シクロヘキサン、ベンゼン、トリメチルベンゼン、トリエチルベンゼン、トリイソプロピルベンゼン、ナフタレンが好ましい。   In addition, examples of such cyclic hydrocarbons include cyclohexane, cyclohexene, cyclohexadiene, benzene, methylbenzene, dimethylbenzene, trimethylbenzene, ethylbenzene, diethylbenzene, triethylbenzene, vinylbenzene, divinylbenzene, isopropylbenzene, diisopropylbenzene, Examples include triisopropylbenzene, indene, naphthalene, tetralin, azulene, biphenylene, acenaphthylene, fluorene, phenanthrene, and anthracene. From the viewpoint of hydrophobicity and solubility, cyclohexane, benzene, trimethylbenzene, triethylbenzene, triisopropylbenzene, naphthalene Is preferred.

また、前記ヘテロ環化合物としては、その骨格にヘテロ環を含有するものであればよく特に制限されないが、環数が1〜3で炭素数が4〜18(より好ましくは5〜12)でヘテロ原子が窒素、酸素及び硫黄からなる群から選択される少なくとも1種の原子であるヘテロ環化合物が好ましい。前記ヘテロ環化合物の炭素数が前記下限未満では、疎水性が小さくなり、第一の多孔体前駆体粒子の細孔内に導入され難くなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると溶解性が低下するため、細孔径の拡大が図れなくなる傾向にある。また、前記ヘテロ環化合物の環数が3を超えると溶解性が低下するため、細孔径の拡大が図れなくなる傾向にある。   Further, the heterocyclic compound is not particularly limited as long as it contains a heterocyclic ring in its skeleton. However, the heterocyclic compound has a ring number of 1 to 3 and a carbon number of 4 to 18 (more preferably 5 to 12). Heterocyclic compounds in which the atom is at least one atom selected from the group consisting of nitrogen, oxygen and sulfur are preferred. When the number of carbon atoms of the heterocyclic compound is less than the lower limit, hydrophobicity tends to be small, and it tends to be difficult to be introduced into the pores of the first porous precursor particles. Since it decreases, there is a tendency that the pore diameter cannot be increased. Further, when the number of rings of the heterocyclic compound exceeds 3, the solubility is lowered, so that the pore diameter tends not to be increased.

このようなヘテロ環化合物としては、例えば、ピロール、チオフェン、フラン、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、インドール、キノリン、フタラジン、ナフチリジン、キノキサリン、キナゾリン、カルバゾール、フェナントリジン、アクリジン、フェナントロリン、フェナジン等が挙げられ、疎水性や溶解性の観点から、ピリジン、キノリン、アクリジン、フェナントロリンが好ましい。   Examples of such heterocyclic compounds include pyrrole, thiophene, furan, pyridine, pyrazine, pyrimidine, pyridazine, indole, quinoline, phthalazine, naphthyridine, quinoxaline, quinazoline, carbazole, phenanthridine, acridine, phenanthroline, phenazine, and the like. From the viewpoint of hydrophobicity and solubility, pyridine, quinoline, acridine, and phenanthroline are preferable.

工程(B)における第二の溶媒は、水とアルコールとの混合溶媒である。このようなアルコール又はエーテルは、前述の第一の溶媒に用いるものと同様のものである。   The second solvent in the step (B) is a mixed solvent of water and alcohol. Such alcohol or ether is the same as that used in the first solvent.

このような工程(B)においては、前記第二の溶媒中のアルコールの含有量が40〜90容量%である必要があり、アルコールの含有量が50〜85容量%であることが好ましく、55〜75容量%であることがより好ましい。前記第二の溶媒中におけるアルコールの含有量が90容量%を超える場合には、第一の界面活性剤と第二の界面活性剤の置換反応や細孔内への鎖状炭化水素や環状炭化水素やヘテロ環化合物の導入が十分に進まなくなる。他方、前記第二の溶媒中におけるアルコールの含有量が40容量%未満の場合は、水の割合が多くなるため長いアルキル鎖を有するアルキルアンモニウムハライド、鎖状炭化水素、環状炭化水素、ヘテロ環化合物が第二の溶媒中に十分に溶解しなくなり、更に、高温の水によって、シリカネットワークの再構築が促進されて得られるシリカ多孔体の形状が変化してしまったり、多孔体前駆体粒子のシリカネットワークが崩壊したりする。   In such step (B), the alcohol content in the second solvent needs to be 40 to 90% by volume, and the alcohol content is preferably 50 to 85% by volume, 55 More preferably, it is -75 volume%. When the content of alcohol in the second solvent exceeds 90% by volume, a substitution reaction of the first surfactant and the second surfactant, a chain hydrocarbon or a cyclic carbonization into the pores Introduction of hydrogen and heterocyclic compounds will not proceed sufficiently. On the other hand, when the content of alcohol in the second solvent is less than 40% by volume, the proportion of water increases, so that an alkyl ammonium halide having a long alkyl chain, a chain hydrocarbon, a cyclic hydrocarbon, a heterocyclic compound Is not sufficiently dissolved in the second solvent, and the shape of the silica porous body obtained by promoting the reconstruction of the silica network is changed by high-temperature water, or the silica of the porous precursor particles The network will collapse.

更に、工程(B)においては、前記第二の溶媒中における前記拡張剤の濃度は、溶液の全容量を基準として0.05〜10mol/L(好ましくは0.05〜5mol/L、より好ましくは0.1〜1mol/L)とする必要がある。また、このような第二の溶媒中における前記拡張剤の濃度の上限値としては、溶液の全容量を基準として0.2mol/L以下であることが更に好ましく、0.18mol/L以下であることが特に好ましい。前記拡張剤の濃度が0.05mol/L未満の場合は、第一の界面活性剤と第二の界面活性剤の置換反応や細孔内への鎖状炭化水素や環状炭化水素やヘテロ環化合物の導入が十分に進行せず、得られる粒子の粒径や細孔構造の規則性が低下し、更には細孔径を十分に拡大することができない。他方、前記拡張剤の濃度が10mol/Lを超える場合は、粒径及び粒径分布の制御が困難となって得られる第二の多孔体前駆体粒子の粒径の均一性が低くなる。   Furthermore, in the step (B), the concentration of the expanding agent in the second solvent is 0.05 to 10 mol / L (preferably 0.05 to 5 mol / L, more preferably based on the total volume of the solution). Needs to be 0.1-1 mol / L). Further, the upper limit of the concentration of the expanding agent in such a second solvent is more preferably 0.2 mol / L or less, based on the total volume of the solution, and is 0.18 mol / L or less. It is particularly preferred. When the concentration of the expanding agent is less than 0.05 mol / L, a substitution reaction between the first surfactant and the second surfactant, a chain hydrocarbon, a cyclic hydrocarbon or a heterocyclic compound into the pores Is not sufficiently progressed, the particle size of the obtained particles and the regularity of the pore structure are lowered, and the pore size cannot be sufficiently expanded. On the other hand, when the concentration of the expanding agent exceeds 10 mol / L, the uniformity of the particle size of the second porous precursor particles obtained due to the difficulty in controlling the particle size and particle size distribution becomes low.

工程(B)において、前記第一の多孔体前駆体粒子を第二の溶媒中で混合する際には、60〜150℃の温度条件下で混合する必要があり、70〜120℃の温度条件下で混合することが好ましい。また、このような温度条件の上限の値としては100℃(更に好ましくは90℃、特に好ましくは80℃)以下であることがより好ましい。このような温度が60℃未満では多孔体前駆体粒子に含有されている第一の界面活性剤と第二の界面活性剤の置換反応や細孔内への鎖状炭化水素や環状炭化水素やヘテロ環化合物の導入が十分に進行せず、他方、150℃を超えると、粒径及び粒径分布の制御が困難となる。   In the step (B), when mixing the first porous precursor particles in the second solvent, it is necessary to mix under a temperature condition of 60 to 150 ° C., and a temperature condition of 70 to 120 ° C. It is preferable to mix under. Further, the upper limit value of such a temperature condition is more preferably 100 ° C. (more preferably 90 ° C., particularly preferably 80 ° C.) or less. When the temperature is lower than 60 ° C., the substitution reaction of the first surfactant and the second surfactant contained in the porous precursor particles, the chain hydrocarbon or cyclic hydrocarbon into the pore, When the introduction of the heterocyclic compound does not proceed sufficiently, and the temperature exceeds 150 ° C., control of the particle size and particle size distribution becomes difficult.

工程(B)における前記温度条件以外のその他の条件は特に制限されず、第一の多孔体前駆体粒子の種類等に基づいて適宜決定することが好ましい。また、反応は攪拌状態で進行させることが好ましい。   Other conditions other than the temperature condition in the step (B) are not particularly limited, and are preferably determined as appropriate based on the type of the first porous precursor particles. Further, the reaction is preferably allowed to proceed with stirring.

工程(B)においては、例えば、以下のようにして第二の多孔体前駆体粒子を得ることができる。先ず、水とアルコールとの混合溶媒に対して第二の界面活性剤を添加して溶液を調製し、この溶液に第一の多孔体前駆体粒子を添加し、オートクレーブ等で60〜150℃に加熱し、その温度条件下において20時間〜14日程度、第一の界面活性剤と第二の界面活性剤との置換反応を進行させて第一の多孔体前駆体中に第二の界面活性剤が導入されてなる第二の多孔体前駆体粒子を得ることができる。   In the step (B), for example, second porous precursor particles can be obtained as follows. First, a second surfactant is added to a mixed solvent of water and alcohol to prepare a solution, and first porous precursor particles are added to this solution, and the temperature is adjusted to 60 to 150 ° C. by an autoclave or the like. The second surfactant is heated in the first porous body precursor by allowing the substitution reaction between the first surfactant and the second surfactant to proceed for about 20 hours to 14 days under the temperature condition. Second porous precursor particles into which the agent is introduced can be obtained.

次に、工程(C)について説明する。工程(C)は、前記第二の多孔体前駆体粒子に含まれる前記第一の界面活性剤及び前記拡張剤を除去して球状シリカ系メソ多孔体を得る工程である。このように界面活性剤及び拡張剤を除去する方法としては、例えば、焼成による方法、有機溶媒で処理する方法、イオン交換法等を挙げることができる。   Next, process (C) is demonstrated. Step (C) is a step of obtaining a spherical silica-based mesoporous material by removing the first surfactant and the expanding agent contained in the second porous precursor particles. As a method for removing the surfactant and the extender in this way, for example, a method by baking, a method of treating with an organic solvent, an ion exchange method and the like can be mentioned.

このような焼成による方法においては、多孔体前駆体粒子を300〜1000℃、好ましくは400〜700℃で加熱する。加熱時間は30分程度でもよいが、完全に界面活性剤を除去するには1時間以上加熱することが好ましい。また、焼成は空気中で行うことが可能であるが、多量の燃焼ガスが発生するため、窒素等の不活性ガスを導入して行ってもよい。また、有機溶媒で処理する場合は、用いた界面活性剤に対する溶解度が高い良溶媒中に多孔体前駆体粒子を浸漬して界面活性剤を抽出する。イオン交換法においては多孔体前駆体粒子を酸性溶液(少量の塩酸を含むエタノール等)に浸漬し、例えば50〜70℃で加熱しながら攪拌を行う。これにより、多孔体前駆体粒子の孔中に存在する界面活性剤が水素イオンでイオン交換される。なお、イオン交換により孔中には水素イオンが残存することになるが、水素イオンのイオン半径は十分小さいため孔の閉塞の問題は生じない。   In such a firing method, the porous precursor particles are heated at 300 to 1000 ° C., preferably 400 to 700 ° C. The heating time may be about 30 minutes, but it is preferable to heat for 1 hour or longer in order to completely remove the surfactant. The firing can be performed in the air, but since a large amount of combustion gas is generated, it may be performed by introducing an inert gas such as nitrogen. Moreover, when processing with an organic solvent, a porous body precursor particle is immersed in a good solvent with high solubility with respect to the used surfactant, and surfactant is extracted. In the ion exchange method, the porous precursor particles are immersed in an acidic solution (such as ethanol containing a small amount of hydrochloric acid) and stirred, for example, while heating at 50 to 70 ° C. Thereby, the surfactant existing in the pores of the porous precursor particles is ion-exchanged with hydrogen ions. In addition, although hydrogen ions remain in the hole by ion exchange, the problem of blockage of the hole does not occur because the ion radius of the hydrogen ion is sufficiently small.

このような工程(A)〜(C)を含む前記球状シリカ系メソ多孔体を得る工程によって、平均粒径が0.01〜3μmである球状シリカ系メソ多孔体であって、しかも中心細孔直径が2.6nm以上という本発明にかかる球状シリカ系メソ多孔体が効率良くかつ確実に得ることができる。また、このような球状シリカ系メソ多孔体を得る工程によって、下記式(1):
[単分散度(単位:%)]=([粒径の標準偏差]/[平均粒径])×100 (1)
で表される単分散度が10%以下の粒子からなる球状シリカ系メソ多孔体を効率良く得ることができる。なお、前記球状シリカ系メソ多孔体を得る工程においては、用いる界面活性剤が上記一般式で表される化学構造を有し、更に前述のような条件でシリカ原料を反応させるため、前記中心細孔直径を有する細孔が2次元ヘキサゴナルに配列したものが得られやすい。
A spherical silica-based mesoporous material having an average particle diameter of 0.01 to 3 μm by the step of obtaining the spherical silica-based mesoporous material including the steps (A) to (C), and having a central pore A spherical silica-based mesoporous material according to the present invention having a diameter of 2.6 nm or more can be obtained efficiently and reliably. Further, by the step of obtaining such a spherical silica-based mesoporous material, the following formula (1):
[Monodispersity (unit:%)] = ([standard deviation of particle size] / [average particle size]) × 100 (1)
It is possible to efficiently obtain a spherical silica-based mesoporous material composed of particles having a monodispersity of 10% or less. In the step of obtaining the spherical silica-based mesoporous material, the surfactant used has a chemical structure represented by the above general formula, and the silica raw material is reacted under the above-described conditions. It is easy to obtain one having pores having a pore diameter arranged in a two-dimensional hexagonal.

以上、本発明にかかる磁性材料前駆体粒子を得る工程について説明したが、このような磁性材料前駆体粒子を得る工程は、複数回繰り返し行ってもよい。   As mentioned above, although the process of obtaining the magnetic material precursor particle concerning this invention was demonstrated, you may repeat the process of obtaining such a magnetic material precursor particle in multiple times.

[磁性材料を得る工程]
本発明の磁性材料の製造方法においては、次に、前記工程により得られた磁性材料前駆体粒子を還元して、前記球状シリカ系メソ多孔体の内部に強磁性ナノ粒子が担持されてなる磁性材料を得る。
[Step of obtaining magnetic material]
In the method for producing a magnetic material according to the present invention, next, the magnetic material precursor particles obtained by the above steps are reduced, and the magnetic particles in which ferromagnetic nanoparticles are supported inside the spherical silica-based mesoporous material. Get the material.

このような磁性材料前駆体粒子を還元する方法は特に限定されず、強磁性ナノ粒子前駆体中に1種類の金属イオンが含有されている場合には、その金属イオンを還元することができる方法であればよく、また、強磁性ナノ粒子前駆体中に2種類以上の金属イオンが共存する場合には、これらの金属からなる合金を形成することができる方法であればよい。また、このような還元方法としては、還元剤を用いて磁性材料前駆体粒子を還元する方法(いわゆる化学的還元法)又は、還元性ガス雰囲気下で加熱して磁性材料前駆体粒子を還元する方法(いわゆる焼成還元法)を採用することが好ましい。例えば、磁性材料の用途等により特定の有機基や有機官能基を導入したい場合においては、特定の有機基や有機官能基を導入された球状シリカ系メソ多孔体を用いて磁性材料前駆体粒子を得た後、その内部に導入されている有機基等を保持するために、上記化学的還元法を採用することが好ましい。   The method for reducing such magnetic material precursor particles is not particularly limited, and when one kind of metal ion is contained in the ferromagnetic nanoparticle precursor, the method can reduce the metal ion. In addition, when two or more kinds of metal ions coexist in the ferromagnetic nanoparticle precursor, any method can be used as long as an alloy made of these metals can be formed. Moreover, as such a reduction method, a method of reducing magnetic material precursor particles using a reducing agent (so-called chemical reduction method) or heating in a reducing gas atmosphere reduces magnetic material precursor particles. It is preferable to employ a method (so-called calcination reduction method). For example, when it is desired to introduce a specific organic group or organic functional group depending on the use of the magnetic material, etc., the magnetic material precursor particles are prepared using a spherical silica-based mesoporous material into which a specific organic group or organic functional group is introduced. After obtaining, it is preferable to employ the above chemical reduction method in order to retain the organic group and the like introduced therein.

このような化学的還元法で用いる還元剤としては、前記金属化合物に由来する金属イオンを還元することが可能な化合物であればよく、特に制限されず、公知の還元剤を適宜用いることができ、例えば、アルコール類、ポリアルコール類、H、HCHO、S 2−、HPO2−、BH 、N 、HPO 等の化合物を挙げることができる。このような還元剤は、1種を単独で、あるいは2種以上を併用して用いてもよい。 The reducing agent used in such a chemical reduction method is not particularly limited as long as it is a compound that can reduce metal ions derived from the metal compound, and a known reducing agent can be used as appropriate. Examples thereof include alcohols, polyalcohols, H 2 , HCHO, S 2 O 6 2− , H 2 PO 2− , BH 4 , N 2 H 5 + , H 2 PO 3 − and the like. it can. Such reducing agents may be used alone or in combination of two or more.

また、前記化学的還元法においては、前記還元剤を含有する溶液に磁性材料前駆体粒子を浸漬し、攪拌を行う。このような溶液の溶媒としては特に制限されず、水又は有機溶媒(好ましくはアルコール等)を用いることができる。また、このような加熱の際の温度条件は特に制限されず、室温〜300℃程度とすることが好ましい。   In the chemical reduction method, the magnetic material precursor particles are immersed in a solution containing the reducing agent and stirred. The solvent of such a solution is not particularly limited, and water or an organic solvent (preferably alcohol) can be used. Moreover, the temperature conditions in particular in such a heating are not restrict | limited, It is preferable to set it as room temperature-about 300 degreeC.

また、前記焼成還元法にいう還元性ガス雰囲気とは、還元性ガスを含有する雰囲気であればよく、特に制限されず、例えば、Hガスを含有するArガス雰囲気や、Hガスを含有するNガス雰囲気等が挙げられる。また、このような焼成還元法を採用する場合における加熱温度条件としては、前記球状シリカ系メソ多孔体に担持される強磁性ナノ粒子の種類により異なるものではあるが、350℃以上(より好ましくは350〜1000℃)とすることが好ましい。このような焼成の温度条件が350℃よりも低いと、規則結晶化が進行しないため、強磁性化されたナノ粒子を十分に形成できない傾向にある。また、加熱時間についても特に制限されず、担持させる強磁性ナノ粒子の種類に応じ、前記強磁性ナノ粒子の析出、担持させることが可能な範囲で適宜その時間を調整できる。 Also, the a reducing gas atmosphere referred to calcination reduction method may be any atmosphere containing a reducing gas is not particularly limited, for example, containing an Ar gas atmosphere or, H 2 gas containing H 2 gas N 2 gas atmosphere or the like. In addition, the heating temperature condition in the case of adopting such a calcination reduction method varies depending on the type of ferromagnetic nanoparticles supported on the spherical silica-based mesoporous material, but is 350 ° C. or more (more preferably 350 to 1000 ° C.). When the temperature condition for such firing is lower than 350 ° C., regular crystallization does not proceed, and thus there is a tendency that ferromagnetized nanoparticles cannot be sufficiently formed. Also, the heating time is not particularly limited, and the time can be appropriately adjusted within the range in which the ferromagnetic nanoparticles can be deposited and supported according to the type of the ferromagnetic nanoparticles to be supported.

また、このような還元工程において合成される強磁性ナノ粒子は、球状シリカ系メソ多孔体の細孔壁によって強磁性ナノ粒子の粒成長が抑制されるので、その大きさをナノメートルサイズに制御、維持しながら、その中心細孔直径の大きさに対応したものとなる。そして、本発明においては、合成する強磁性ナノ粒子の超常磁性限界に応じて、2.6nm以上の大きさの好適な中心細孔直径を有する球状シリカ系メソ多孔体を適宜用いることができるため、合成される強磁性ナノ粒子の粒径を容易に超常磁性限界以上のサイズに制御できる。そのため、合成された強磁性ナノ粒子は、前記球状シリカ系メソ多孔体に担持させた状態で強磁性を発現することが可能なものとなる。   In addition, the ferromagnetic nanoparticles synthesized in such a reduction process are controlled to a nanometer size because the growth of the ferromagnetic nanoparticles is suppressed by the pore walls of the spherical silica-based mesoporous material. , While maintaining, corresponding to the size of the central pore diameter. In the present invention, a spherical silica-based mesoporous material having a suitable central pore diameter of 2.6 nm or more can be appropriately used according to the superparamagnetic limit of the ferromagnetic nanoparticles to be synthesized. The particle size of the synthesized ferromagnetic nanoparticles can be easily controlled to a size exceeding the superparamagnetic limit. Therefore, the synthesized ferromagnetic nanoparticles can exhibit ferromagnetism while being supported on the spherical silica-based mesoporous material.

以上、本発明の磁性材料の製造方法について説明したが、本発明の磁性材料の製造方法においては、前記磁性材料前駆体粒子を得る工程と磁性材料を得る工程とを複数回繰り返し行ってもよく、これにより1種又は2種以上の強磁性ナノ粒子が導入された本発明の磁性材料を製造することが可能となる。   The magnetic material manufacturing method of the present invention has been described above. However, in the magnetic material manufacturing method of the present invention, the step of obtaining the magnetic material precursor particles and the step of obtaining the magnetic material may be repeated a plurality of times. This makes it possible to produce the magnetic material of the present invention in which one or more ferromagnetic nanoparticles are introduced.

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example.

(合成例1:第一の多孔体前駆体粒子の合成)
先ず、水946.32g及びメタノール1440gからなる混合溶媒に対して、オクタデシルトリメチルアンモニウムクロリド(界面活性剤)11.49g(0.033mol)及び1mol/Lの水酸化ナトリウム13.68g(0.014mol)を添加し、界面活性剤の導入された混合液を得た。次に、得られた混合液に、テトラメトキシシラン(シリカ原料)7.92g(0.052mol)を添加して撹拌を続けたところ、テトラメトキシシランは完全に溶解し、約80秒後に白色粉末が析出してきた。その後、前記混合液を室温で更に8時間撹拌して、一晩(14時間)放置した後に濾過し、脱イオン水による洗浄と濾過を2回繰り返した後、熱風乾燥機で3日間乾燥し、第一の多孔体前駆体粒子を得た。
(Synthesis Example 1: Synthesis of first porous precursor particles)
First, 11.49 g (0.033 mol) of octadecyltrimethylammonium chloride (surfactant) and 13.68 g (0.014 mol) of 1 mol / L sodium hydroxide with respect to a mixed solvent consisting of 946.32 g of water and 1440 g of methanol. Was added to obtain a mixed liquid in which a surfactant was introduced. Next, when 7.92 g (0.052 mol) of tetramethoxysilane (silica raw material) was added to the obtained mixed solution and stirring was continued, the tetramethoxysilane was completely dissolved, and after about 80 seconds, a white powder was obtained. Has been deposited. Thereafter, the mixture was further stirred at room temperature for 8 hours, left to stand overnight (14 hours), filtered, washed twice with deionized water and filtered, and then dried in a hot air dryer for 3 days. First porous precursor particles were obtained.

(合成例2:球状シリカ系メソ多孔体の合成)
合成例1で得られた第一の多孔体前駆体粒子を用い、第一の多孔体前駆体粒子6.00g及びメシチレン(拡張剤)13.5gを、水180mL及びエタノール180mLからなる混合溶媒に添加し、オートクレーブで80℃の温度条件で7日間水熱処理を行い、第二の多孔体前駆体粒子を得た。次いで、得られた第二の多孔体前駆体粒子を濾過により回収し、熱風乾燥機で3日間乾燥した後、550℃の温度条件で6時間焼成することによって界面活性剤を含む有機成分を除去し、球状シリカ系メソ多孔体を得た。
(Synthesis Example 2: Synthesis of spherical silica-based mesoporous material)
Using the first porous precursor particles obtained in Synthesis Example 1, 6.00 g of the first porous precursor particles and 13.5 g of mesitylene (expansion agent) were mixed into a mixed solvent consisting of 180 mL of water and 180 mL of ethanol. Then, hydrothermal treatment was performed in an autoclave at a temperature of 80 ° C. for 7 days to obtain second porous body precursor particles. Next, the obtained second porous precursor particles are collected by filtration, dried in a hot air dryer for 3 days, and then baked at a temperature of 550 ° C. for 6 hours to remove organic components including the surfactant. Thus, a spherical silica-based mesoporous material was obtained.

このようにして得られた球状シリカ系メソ多孔体に対して、X線回折装置(リガク社製の商品名「RINT2200」)を用いて、X線回折(XRD)測定を行ったところ、1°付近の低角側にピークが認められ、得られた球状シリカ系メソ多孔体が規則性のハニカム多孔体であることが確認された。また、前記球状シリカ系メソ多孔体のd(100)ピーク位置から求めたd(100)面間隔は6.95nmであった。更に、窒素吸脱着等温線から求めた前記球状シリカ系メソ多孔体の中心細孔直径は5.46nmであった。また、走査電子顕微鏡(SEM)観察から、粒子径の均一な球状の粒子が得られていることが確認され、任意の50個の粒子から求めた平均粒径は0.912μm、単分散度は4.3%であることが確認された。   The spherical silica-based mesoporous material thus obtained was subjected to X-ray diffraction (XRD) measurement using an X-ray diffractometer (trade name “RINT2200” manufactured by Rigaku Corporation). A peak was observed on the low angle side in the vicinity, and it was confirmed that the obtained spherical silica-based mesoporous material was a regular honeycomb porous material. The d (100) plane spacing determined from the d (100) peak position of the spherical silica-based mesoporous material was 6.95 nm. Furthermore, the central pore diameter of the spherical silica-based mesoporous material determined from the nitrogen adsorption / desorption isotherm was 5.46 nm. In addition, observation with a scanning electron microscope (SEM) confirmed that spherical particles having a uniform particle diameter were obtained. The average particle diameter obtained from arbitrary 50 particles was 0.912 μm, and the monodispersity was It was confirmed to be 4.3%.

(合成例3:球状シリカ系メソ多孔体の合成)
メシチレン13.5gの代わりにヘキサン13.5gを用いた以外は、合成例2と同様にして球状シリカ系メソ多孔体(中心細孔直径4.55nm)を得た。
(Synthesis Example 3: Synthesis of spherical silica-based mesoporous material)
A spherical silica-based mesoporous material (center pore diameter 4.55 nm) was obtained in the same manner as in Synthesis Example 2 except that 13.5 g of hexane was used instead of 13.5 g of mesitylene.

(合成例4:球状メソポーラスシリカの合成)
オクタデシルトリメチルアンモニウムクロリド(界面活性剤)の代わりにテトラデシルトリメチルアンモニウムクロリド(界面活性剤)を用いた以外は、合成例1と同様にして多孔体前駆体粒子を得た。次に、前記多孔体前駆体粒子を550℃の温度条件で6時間焼成することによって界面活性剤を含む有機成分を除去し、球状メソポーラスシリカ(中心細孔直径1.88nm)を得た。
(Synthesis Example 4: Synthesis of spherical mesoporous silica)
Porous precursor particles were obtained in the same manner as in Synthesis Example 1 except that tetradecyltrimethylammonium chloride (surfactant) was used instead of octadecyltrimethylammonium chloride (surfactant). Next, the porous precursor particles were baked at 550 ° C. for 6 hours to remove the organic component including the surfactant, and spherical mesoporous silica (center pore diameter 1.88 nm) was obtained.

(合成例5:球状メソポーラスシリカの合成)
合成例1で得られた第一の多孔体前駆体粒子を用い、第一の多孔体前駆体粒子を550℃の温度条件で6時間焼成することによって界面活性剤を含む有機成分を除去し、球状メソポーラスシリカ(中心細孔直径2.39nm)を得た。
(Synthesis Example 5: Synthesis of spherical mesoporous silica)
Using the first porous precursor particles obtained in Synthesis Example 1 and firing the first porous precursor particles at a temperature condition of 550 ° C. for 6 hours, the organic components including the surfactant are removed, Spherical mesoporous silica (central pore diameter 2.39 nm) was obtained.

(実施例1)
合成例2で得られた球状シリカ系メソ多孔体(中心細孔直径5.46nm)を用い、前記球状シリカ系メソ多孔体1.20gに、40mmol/LのHPtCl水溶液47.6mL及び40mmol/LのFe(NO水溶液47.6mLからなる強磁性ナノ粒子前駆体溶液を含浸して、磁性材料の前駆体粒子を得た。次に、前記前駆体粒子からロータリーエバポレータで水を除去した後、これを減圧下45℃の温度条件で1日乾燥させた。次いで、乾燥後の前記前駆体粒子を還元ガス雰囲気(窒素ガス95容量%、水素ガス5容量%)下、400℃の温度条件で2時間焼成した後、更に800℃の温度条件で4時間焼成し、球状シリカ系メソ多孔体の内部にFePtのナノ粒子が担持された磁性材料を得た。
(Example 1)
Using the spherical silica-based mesoporous material (center pore diameter 5.46 nm) obtained in Synthesis Example 2, to 1.20 g of the spherical silica-based mesoporous material, 47.6 mL of 40 mmol / L H 2 PtCl 6 aqueous solution and A ferromagnetic nanoparticle precursor solution composed of 47.6 mL of a 40 mmol / L Fe 3 (NO 3 ) 3 aqueous solution was impregnated to obtain magnetic material precursor particles. Next, water was removed from the precursor particles by a rotary evaporator, and the precursor particles were dried for 1 day under a reduced pressure at a temperature of 45 ° C. Next, the dried precursor particles are calcined under a reducing gas atmosphere (95% by volume of nitrogen gas, 5% by volume of hydrogen gas) for 2 hours at a temperature condition of 400 ° C., and further calcined for 4 hours at a temperature condition of 800 ° C. Thus, a magnetic material in which FePt nanoparticles were supported inside the spherical silica-based mesoporous material was obtained.

<実施例1で得られた磁性材料の特性の評価>
実施例1で得られた磁性材料に対して、X線回折装置(リガク社製の商品名「RINT2200」)を用いてXRD測定を行った。このようにして得られたX線回折パターンを図1に示す。図1に示す結果からも明らかなように、実施例1で得られた磁性材料においては、fct−FePtに帰属されるブロードな回折パターンが確認された。また、粒子サイズをd111回折の半値幅からシェラーの式により求めたところ、実施例1で得られた磁性材料の粒子サイズは4.24nmであった。
<Evaluation of characteristics of magnetic material obtained in Example 1>
XRD measurement was performed on the magnetic material obtained in Example 1 using an X-ray diffractometer (trade name “RINT2200” manufactured by Rigaku Corporation). The X-ray diffraction pattern thus obtained is shown in FIG. As is clear from the results shown in FIG. 1, in the magnetic material obtained in Example 1, a broad diffraction pattern attributed to fct-FePt was confirmed. Moreover, when the particle size was determined from the half width of d 111 diffraction by the Scherrer equation, the particle size of the magnetic material obtained in Example 1 was 4.24 nm.

また、実施例1で得られた磁性材料の磁化率測定を行った。このような磁化率測定は、測定機として振動試料型磁力計(東英工業社製の商品名「VSM−3S−15」を用いて行った。得られた磁化曲線を図2に示す。このような磁化率測定の結果(図2)からナノ粒子の保持力を求めたところ、実施例1で得られた磁性材料においては、FePtの保磁力は3.33kOeであることが確認された。   Further, the magnetic susceptibility of the magnetic material obtained in Example 1 was measured. Such a magnetic susceptibility measurement was performed using a vibrating sample magnetometer (trade name “VSM-3S-15” manufactured by Toei Kogyo Co., Ltd.) as a measuring instrument. The obtained magnetization curve is shown in FIG. From the magnetic susceptibility measurement results (FIG. 2), the coercive force of the nanoparticles was determined. As a result, it was confirmed that the coercive force of FePt was 3.33 kOe in the magnetic material obtained in Example 1.

さらに、実施例1で得られた磁性材料の窒素吸着等温線を求めた。得られた結果を図3に示す。図3に示す窒素吸着等温線から求めた磁性材料の細孔容量は0.707cm/gであった。このような結果から、得られた磁性材料においては、前記多孔体の内部にFePt導入した後においても十分な空間が保持されていることが確認された。 Furthermore, the nitrogen adsorption isotherm of the magnetic material obtained in Example 1 was determined. The obtained results are shown in FIG. The pore volume of the magnetic material determined from the nitrogen adsorption isotherm shown in FIG. 3 was 0.707 cm 3 / g. From these results, it was confirmed that in the obtained magnetic material, a sufficient space was maintained even after FePt was introduced into the porous body.

また、実施例1で得られた磁性材料に対して電子顕微鏡による測定を行った。このような測定の結果、得られた走査電子顕微鏡(SEM)写真を図4に示し、透過型電子顕微鏡(TEM)写真を図5に示す。図4に示す結果からも明らかなように、実施例1で得られた磁性材料においては、粒子表面上に強磁性ナノ粒子(FePt)は析出していないことが確認された。また、図5に示す結果からも明らかなように、実施例1で得られた磁性材料においては、前記球状シリカ系メソ多孔体の細孔内にナノ粒子が導入されていることが確認された。このような結果から、実施例1で得られた磁性材料においては、前記球状シリカ系メソ多孔体の細孔内に強磁性のナノ粒子が担持されていることが分かった。   Further, the magnetic material obtained in Example 1 was measured with an electron microscope. As a result of such measurement, the obtained scanning electron microscope (SEM) photograph is shown in FIG. 4, and the transmission electron microscope (TEM) photograph is shown in FIG. As is clear from the results shown in FIG. 4, it was confirmed that no ferromagnetic nanoparticles (FePt) were precipitated on the particle surface in the magnetic material obtained in Example 1. Further, as is apparent from the results shown in FIG. 5, it was confirmed that in the magnetic material obtained in Example 1, nanoparticles were introduced into the pores of the spherical silica-based mesoporous material. . From these results, it was found that in the magnetic material obtained in Example 1, ferromagnetic nanoparticles were supported in the pores of the spherical silica-based mesoporous material.

(実施例2)
合成例3で得られた球状シリカ系メソ多孔体(細孔径4.55nm)を用い、前記球状シリカ系メソ多孔体1.20gに、20mmol/LのHPtCl水溶液95.1mL及び20mmol/LのFe(NO水溶液95.1mLからなる強磁性ナノ粒子前駆体溶液を含浸して磁性材料の前駆体粒子を得た。次に、前記前駆体粒子からロータリーエバポレータで水を除去した後、これを減圧下45℃の温度条件で1日乾燥させた。次いで、乾燥後の前記前駆体粒子を還元ガス雰囲気下、800℃の温度条件で4時間焼成し、球状シリカ系メソ多孔体の内部にFePtのナノ粒子が担持された磁性材料を得た。
(Example 2)
Using the spherical silica-based mesoporous material (pore diameter: 4.55 nm) obtained in Synthesis Example 3, 95.1 mL of 20 mmol / L H 2 PtCl 6 aqueous solution and 20 mmol / L were added to 1.20 g of the spherical silica-based mesoporous material. Precursor particles of magnetic material were obtained by impregnating a ferromagnetic nanoparticle precursor solution consisting of 95.1 mL of an L 3 Fe 3 (NO 3 ) 3 aqueous solution. Next, water was removed from the precursor particles by a rotary evaporator, and the precursor particles were dried for 1 day under a reduced pressure at a temperature of 45 ° C. Next, the dried precursor particles were calcined in a reducing gas atmosphere at a temperature of 800 ° C. for 4 hours to obtain a magnetic material in which FePt nanoparticles were supported inside a spherical silica-based mesoporous material.

<実施例2で得られた磁性材料の特性の評価>
実施例2で得られた磁性材料に対して、実施例1で得られた磁性材料の特性の評価方法と同様の方法を採用してXRD測定、磁化率測定、窒素吸着等温線の測定及び電子顕微鏡による測定を行った。実施例2で得られた磁性材料のX線回折パターンを図6に示し、磁化曲線を図7に示し、窒素吸着等温線を図8に示す。また、実施例2で得られた磁性材料の走査電子顕微鏡(SEM)写真を図9に示し、透過型電子顕微鏡(TEM)写真を図10に示す。
<Evaluation of characteristics of magnetic material obtained in Example 2>
For the magnetic material obtained in Example 2, XRD measurement, magnetic susceptibility measurement, measurement of nitrogen adsorption isotherm, and electron were adopted in the same manner as the evaluation method of characteristics of the magnetic material obtained in Example 1. Measurement with a microscope was performed. The X-ray diffraction pattern of the magnetic material obtained in Example 2 is shown in FIG. 6, the magnetization curve is shown in FIG. 7, and the nitrogen adsorption isotherm is shown in FIG. Further, a scanning electron microscope (SEM) photograph of the magnetic material obtained in Example 2 is shown in FIG. 9, and a transmission electron microscope (TEM) photograph is shown in FIG.

図6に示す結果からも明らかなように、実施例2で得られた磁性材料においては、fct−FePtに帰属されるブロードな回折パターンが確認された。また、粒子サイズをd111回折の半値幅からシェラーの式により求めたところ、実施例2で得られた磁性材料の粒子サイズは4.02nmであった。また、磁化率測定の結果(図7)からナノ粒子の保磁力を求めたところ、実施例2で得られた磁性材料においては、FePtの保磁力は1.82kOeであることが確認された。さらに、図8に示す窒素吸着等温線から求めた細孔容量は0.418cm/gであった。このような結果から、得られた磁性材料においては、前記多孔体の内部にFePtを導入した後においても十分な空間が保持されていることが確認された。 As is clear from the results shown in FIG. 6, in the magnetic material obtained in Example 2, a broad diffraction pattern attributed to fct-FePt was confirmed. Moreover, when the particle size was determined by the Scherrer equation from the half width of d 111 diffraction, the particle size of the magnetic material obtained in Example 2 was 4.02 nm. Further, when the coercive force of the nanoparticles was obtained from the result of the magnetic susceptibility measurement (FIG. 7), it was confirmed that in the magnetic material obtained in Example 2, the coercive force of FePt was 1.82 kOe. Furthermore, the pore volume determined from the nitrogen adsorption isotherm shown in FIG. 8 was 0.418 cm 3 / g. From these results, it was confirmed that in the obtained magnetic material, a sufficient space was maintained even after FePt was introduced into the porous body.

また、図9に示す結果からも明らかなように、実施例2で得られた磁性材料においては、粒子表面上に強磁性ナノ粒子(FePt)は析出していないことが確認された。また、図10に示す結果からも明らかなように、実施例2で得られた磁性材料においては、前記球状シリカ系メソ多孔体の細孔内にナノ粒子が導入されていることが確認された。このような結果から、実施例2で得られた磁性材料においては、前記球状シリカ系メソ多孔体の細孔内に強磁性のナノ粒子が担持されていることが分かった。   Further, as is clear from the results shown in FIG. 9, it was confirmed that in the magnetic material obtained in Example 2, ferromagnetic nanoparticles (FePt) were not precipitated on the particle surface. Further, as is apparent from the results shown in FIG. 10, it was confirmed that in the magnetic material obtained in Example 2, nanoparticles were introduced into the pores of the spherical silica-based mesoporous material. . From these results, it was found that in the magnetic material obtained in Example 2, ferromagnetic nanoparticles were supported in the pores of the spherical silica-based mesoporous material.

(実施例3)
合成例2で得られた球状シリカ系メソ多孔体(細孔径5.46nm)を用い、前記球状シリカ系メソ多孔体1.20gに40mmol/LのHPtCl水溶液47.6mL及び40mmol/LのCoCl水溶液47.6mLからなる強磁性ナノ粒子前駆体溶液を含浸して、磁性材料の前駆体粒子を得た。次に、前記前駆体粒子からロータリーエバポレータで水を除去した後、これを減圧下45℃の温度条件で1日乾燥した。次いで、乾燥後の前駆体粒子を還元ガス雰囲気下、400℃の温度条件で2時間焼成した後、更に800℃の温度条件で4時間焼成し、球状シリカ系メソ多孔体の内部にCoPtのナノ粒子が担持された磁性材料を得た。
(Example 3)
Using the spherical silica-based mesoporous material (pore size 5.46 nm) obtained in Synthesis Example 2, 40 mmol / L H 2 PtCl 6 aqueous solution (47.6 mL) and 40 mmol / L were added to 1.20 g of the spherical silica-based mesoporous material. A magnetic material precursor particle was obtained by impregnating a ferromagnetic nanoparticle precursor solution consisting of 47.6 mL of an aqueous CoCl 2 solution. Next, after removing water from the precursor particles with a rotary evaporator, the precursor particles were dried under reduced pressure at a temperature of 45 ° C. for one day. Next, the dried precursor particles are calcined in a reducing gas atmosphere at a temperature condition of 400 ° C. for 2 hours, and further calcined at a temperature condition of 800 ° C. for 4 hours, so that CoPt nano-particles are formed inside the spherical silica-based mesoporous material. A magnetic material carrying particles was obtained.

<実施例3で得られた磁性材料の特性の評価>
実施例3で得られた磁性材料に対して、実施例1で得られた磁性材料の特性の評価方法と同様の方法を採用してXRD測定、磁化率測定、窒素吸着等温線の測定及び電子顕微鏡による測定を行った。実施例3で得られた磁性材料のX線回折パターンを図11に示し、窒素吸着等温線を図12に示す。また、実施例3で得られた磁性材料の走査電子顕微鏡(SEM)写真を図13に示す。
<Evaluation of characteristics of magnetic material obtained in Example 3>
For the magnetic material obtained in Example 3, XRD measurement, magnetic susceptibility measurement, measurement of nitrogen adsorption isotherm, and electron were adopted in the same manner as the evaluation method of characteristics of the magnetic material obtained in Example 1. Measurement with a microscope was performed. The X-ray diffraction pattern of the magnetic material obtained in Example 3 is shown in FIG. 11, and the nitrogen adsorption isotherm is shown in FIG. A scanning electron microscope (SEM) photograph of the magnetic material obtained in Example 3 is shown in FIG.

図11に示す結果からも明らかなように、実施例3で得られた磁性材料においては、CoPtに帰属されるブロードな回折パターンが確認された。また、粒子サイズをd111回折の半値幅からシェラーの式により求めたところ、実施例3で得られた磁性材料の粒子サイズは4.84nmであった。さらに、図12に示す窒素吸着等温線から求めた細孔容量は0.68cm/gであった。このような結果から、得られた磁性材料においては、前記多孔体の内部にCoPtを導入した後においても十分な空間が保持されていることが確認された。 As is clear from the results shown in FIG. 11, in the magnetic material obtained in Example 3, a broad diffraction pattern attributed to CoPt was confirmed. Moreover, when the particle size was determined by the Scherrer equation from the half width of d 111 diffraction, the particle size of the magnetic material obtained in Example 3 was 4.84 nm. Furthermore, the pore volume determined from the nitrogen adsorption isotherm shown in FIG. 12 was 0.68 cm 3 / g. From these results, it was confirmed that a sufficient space was maintained in the obtained magnetic material even after CoPt was introduced into the porous body.

また、図13に示す結果からも明らかなように、実施例3で得られた磁性材料においては、粒子表面上に強磁性ナノ粒子(CoPt)は析出していないことが確認された。また、TEM観察の結果から、実施例3で得られた磁性材料においては、前記球状シリカ系メソ多孔体の細孔内にナノ粒子が導入されていることが確認された。このような結果から、実施例3で得られた磁性材料においては、前記球状シリカ系メソ多孔体の細孔内に強磁性のナノ粒子が担持されていることが分かった。   Further, as is apparent from the results shown in FIG. 13, it was confirmed that in the magnetic material obtained in Example 3, no ferromagnetic nanoparticles (CoPt) were precipitated on the particle surface. From the result of TEM observation, it was confirmed that in the magnetic material obtained in Example 3, nanoparticles were introduced into the pores of the spherical silica-based mesoporous material. From these results, it was found that in the magnetic material obtained in Example 3, ferromagnetic nanoparticles were supported in the pores of the spherical silica-based mesoporous material.

(比較例1)
合成例4で得られた球状メソポーラスシリカ(細孔径1.88nm)を用い、前記球状メソポーラスシリカ1.20gに、40mmol/LのHPtCl水溶液47.6mL及び40mmol/LのFe(NO水溶液47.6mLからなる強磁性ナノ粒子前駆体溶液を含浸して、磁性材料の前駆体粒子を得た。次に、前記前駆体粒子からロータリーエバポレータで水を除去した後、これを減圧下45℃の温度条件で1日乾燥した。次いで、乾燥後の前記前駆体粒子を還元ガス雰囲気下、400℃の温度条件で2時間焼成した後、更に800℃の温度条件で4時間焼成し、球状メソポーラスシリカの内部にFePtのナノ粒子が担持された磁性材料を得た。
(Comparative Example 1)
Using spherical mesoporous silica (pore size 1.88 nm) obtained in Synthesis Example 4, 47.6 mL of 40 mmol / L H 2 PtCl 6 aqueous solution and 40 mmol / L Fe 3 (NO) were added to 1.20 g of the spherical mesoporous silica. 3 ) A ferromagnetic nanoparticle precursor solution consisting of 47.6 mL of 3 aqueous solutions was impregnated to obtain magnetic material precursor particles. Next, after removing water from the precursor particles with a rotary evaporator, the precursor particles were dried under reduced pressure at a temperature of 45 ° C. for one day. Next, the dried precursor particles are calcined in a reducing gas atmosphere at a temperature condition of 400 ° C. for 2 hours, and further calcined at a temperature condition of 800 ° C. for 4 hours. FePt nanoparticles are formed inside the spherical mesoporous silica. A supported magnetic material was obtained.

<比較例1で得られた磁性材料の特性の評価>
比較例1で得られた磁性材料に対して、実施例1で得られた磁性材料の特性の評価方法と同様の方法を採用してXRD測定、磁化率測定、窒素吸着等温線の測定及び電子顕微鏡による測定を行った。比較例1で得られた磁性材料のX線回折パターンを図14に示し、窒素吸着等温線を図15に示す。また、比較例1で得られた磁性材料の走査電子顕微鏡(SEM)写真を図16に示す。
<Evaluation of characteristics of magnetic material obtained in Comparative Example 1>
For the magnetic material obtained in Comparative Example 1, the same method as the method for evaluating the characteristics of the magnetic material obtained in Example 1 was adopted to perform XRD measurement, magnetic susceptibility measurement, measurement of nitrogen adsorption isotherm, and electron Measurement with a microscope was performed. FIG. 14 shows the X-ray diffraction pattern of the magnetic material obtained in Comparative Example 1, and FIG. 15 shows the nitrogen adsorption isotherm. A scanning electron microscope (SEM) photograph of the magnetic material obtained in Comparative Example 1 is shown in FIG.

図14に示す結果からも明らかなように、比較例1で得られた磁性材料においては、fct−FePtに帰属されるブロードな回折パターンが確認された。なお、このような回折パターンには、同時に鋭い回折ピークも確認され、比較例1で得られた磁性材料において粒成長したFePt粒子の中に強磁性成分が含まれている可能性が示唆された。しかしながら、比較例1で用いた球状メソポーラスシリカの中心細孔直径は1.88nmであるため、細孔内に担持されたFePtのナノ粒子は超常磁性限界(FePtの超常磁性限界粒径は3.3〜2.8nm)よりも小さな粒径のものとなる。従って、図14で確認された鋭いピークは、メソポーラスシリカの外表面に析出したFePtのナノ粒子に由来するものであると認められる。   As is clear from the results shown in FIG. 14, in the magnetic material obtained in Comparative Example 1, a broad diffraction pattern attributed to fct-FePt was confirmed. In addition, in such a diffraction pattern, a sharp diffraction peak was confirmed at the same time, suggesting that the FePt particles grown in the magnetic material obtained in Comparative Example 1 may contain a ferromagnetic component. . However, since the central pore diameter of the spherical mesoporous silica used in Comparative Example 1 is 1.88 nm, the FePt nanoparticles supported in the pores have a superparamagnetic limit (the superparamagnetic limit particle diameter of FePt is 3. 3 to 2.8 nm). Therefore, it is recognized that the sharp peak confirmed in FIG. 14 is derived from FePt nanoparticles deposited on the outer surface of mesoporous silica.

また、図15に示す窒素吸着等温線から求めた細孔容量は0.342cm/gであった。さらに、図16に示す結果からも明らかなように、比較例1で得られた磁性材料においては、球状メソポーラスシリカの表面上にナノ粒子が析出していることが確認された。このような結果から、中心細孔直径が2.6nm未満の球状メソポーラスシリカ(細孔径1.88nm)を用いた場合においては、球状メソポーラスシリカの外表面にも磁性ナノ粒子が析出してしまい、球状メソポーラスシリカの内部に強磁性ナノ粒子前駆体を効率よく含浸できないことが確認された。 The pore volume determined from the nitrogen adsorption isotherm shown in FIG. 15 was 0.342 cm 3 / g. Furthermore, as is clear from the results shown in FIG. 16, it was confirmed that in the magnetic material obtained in Comparative Example 1, nanoparticles were deposited on the surface of the spherical mesoporous silica. From these results, when spherical mesoporous silica (pore diameter 1.88 nm) having a central pore diameter of less than 2.6 nm is used, magnetic nanoparticles are deposited on the outer surface of the spherical mesoporous silica, It was confirmed that the ferromagnetic nanoparticle precursor could not be efficiently impregnated inside the spherical mesoporous silica.

(比較例2)
合成例5で得られた球状メソポーラスシリカ(細孔径2.39nm)を用い、前記球状メソポーラスシリカ1.20gに、40mmol/LのHPtCl水溶液47.6mL及び40mmol/LのFe(NO水溶液47.6mLからなる強磁性ナノ粒子前駆体溶液を含浸して、磁性材料の前駆体粒子を得た。次に、前記前駆体粒子からロータリーエバポレータで水を除去した後、これを減圧下45℃の温度条件で1日乾燥した。次いで、乾燥後の前記前駆体粒子を還元ガス雰囲気下、400℃の温度条件で2時間焼成した後、更に800℃の温度条件で4時間焼成し、球状メソポーラスシリカの内部にFePtのナノ粒子が担持された磁性材料を得た。
(Comparative Example 2)
Using the spherical mesoporous silica (pore size 2.39 nm) obtained in Synthesis Example 5, 47.6 mL of 40 mmol / L H 2 PtCl 6 aqueous solution and 40 mmol / L Fe 3 (NO) were added to 1.20 g of the spherical mesoporous silica. 3 ) A ferromagnetic nanoparticle precursor solution consisting of 47.6 mL of 3 aqueous solutions was impregnated to obtain magnetic material precursor particles. Next, after removing water from the precursor particles with a rotary evaporator, the precursor particles were dried under reduced pressure at a temperature of 45 ° C. for one day. Next, the dried precursor particles are calcined in a reducing gas atmosphere at a temperature condition of 400 ° C. for 2 hours, and further calcined at a temperature condition of 800 ° C. for 4 hours. FePt nanoparticles are formed inside the spherical mesoporous silica. A supported magnetic material was obtained.

<比較例2で得られた磁性材料の特性の評価>
比較例2で得られた磁性材料に対して、実施例1で得られた磁性材料の特性の評価方法と同様の方法を採用してXRD測定、磁化率測定、窒素吸着等温線の測定及び電子顕微鏡による測定を行った。比較例2で得られた磁性材料のX線回折パターンを図17に示し、窒素吸着等温線を図18に示す。また、比較例2で得られた磁性材料の走査電子顕微鏡(SEM)写真を図19に示す。
<Evaluation of characteristics of magnetic material obtained in Comparative Example 2>
For the magnetic material obtained in Comparative Example 2, the same method as the method for evaluating the characteristics of the magnetic material obtained in Example 1 was adopted to perform XRD measurement, magnetic susceptibility measurement, nitrogen adsorption isotherm measurement and electron Measurement with a microscope was performed. FIG. 17 shows an X-ray diffraction pattern of the magnetic material obtained in Comparative Example 2, and FIG. 18 shows a nitrogen adsorption isotherm. A scanning electron microscope (SEM) photograph of the magnetic material obtained in Comparative Example 2 is shown in FIG.

図17に示す結果からも明らかなように、比較例2で得られた磁性材料においては、fct−FePtに帰属されるブロードな回折パターンが確認された。なお、このような回折パターンには、同時に鋭い回折ピークも確認された。このような結果から、比較例2で得られた磁性材料において粒成長したFePt粒子の中に強磁性成分が含まれている可能性が示唆された。しかしながら、比較例2で用いた球状メソポーラスシリカの中心細孔直径は2.39nmであるため、細孔内に担持されたFePtのナノ粒子は超常磁性限界(FePtの超常磁性限界粒径は3.3〜2.8nm)よりも小さな粒径のものとなる。従って、図17で確認された鋭いピークは、メソポーラスシリカの外表面に析出したFePtのナノ粒子に由来するものであると認められる。   As is clear from the results shown in FIG. 17, in the magnetic material obtained in Comparative Example 2, a broad diffraction pattern attributed to fct-FePt was confirmed. In this diffraction pattern, a sharp diffraction peak was confirmed at the same time. From these results, it was suggested that the FePt particles grown in the magnetic material obtained in Comparative Example 2 may contain a ferromagnetic component. However, since the central pore diameter of the spherical mesoporous silica used in Comparative Example 2 is 2.39 nm, the FePt nanoparticles supported in the pores have a superparamagnetic limit (the superparamagnetic limit particle diameter of FePt is 3. 3 to 2.8 nm). Therefore, it can be recognized that the sharp peak confirmed in FIG. 17 is derived from FePt nanoparticles deposited on the outer surface of mesoporous silica.

また、図18に示す窒素吸着等温線から求めた細孔容量は0.479cm/gであった。また、図19に示す結果からも明らかなように、比較例2で得られた磁性材料においては、球状メソポーラスシリカの表面上にナノ粒子が析出していることが確認された。このような結果から、中心細孔直径が2.6nm未満の球状メソポーラスシリカ(細孔径2.39nm)を用いた場合においては、球状メソポーラスシリカの外表面にも磁性ナノ粒子が析出してしまい、球状メソポーラスシリカの内部に強磁性ナノ粒子前駆体を効率よく含浸できないことが確認された。 Moreover, the pore volume calculated | required from the nitrogen adsorption isotherm shown in FIG. 18 was 0.479 cm < 3 > / g. Further, as is clear from the results shown in FIG. 19, in the magnetic material obtained in Comparative Example 2, it was confirmed that nanoparticles were deposited on the surface of the spherical mesoporous silica. From these results, when spherical mesoporous silica (pore diameter 2.39 nm) having a central pore diameter of less than 2.6 nm is used, magnetic nanoparticles are deposited on the outer surface of the spherical mesoporous silica, It was confirmed that the ferromagnetic nanoparticle precursor could not be efficiently impregnated inside the spherical mesoporous silica.

(比較例3)
合成例4で得られた球状メソポーラスシリカ(細孔径1.88nm)を用い、前記球状メソポーラスシリカ1.20gに、40mmol/LのHPtCl水溶液47.6mL及び40mmol/LのCoCl水溶液47.6mLからなる強磁性ナノ粒子前駆体溶液を含浸して、磁性材料の前駆体粒子を得た。次に、前記前駆体粒子からロータリーエバポレータで水を除去した後、これを減圧下45℃の温度条件で1日乾燥した。次いで、乾燥後の前記前駆体粒子を還元ガス雰囲気下、400℃の温度条件で2時間焼成した後、更に800℃の温度条件で4時間焼成し、球状メソポーラスシリカの内部にCoPtのナノ粒子が担持された磁性材料を得た。
(Comparative Example 3)
Using the spherical mesoporous silica (pore diameter 1.88 nm) obtained in Synthesis Example 4, 47.6 mL of 40 mmol / L H 2 PtCl 6 aqueous solution and 47 mmol of CoCl 2 aqueous solution 47 were added to 1.20 g of the spherical mesoporous silica. A magnetic nanoparticle precursor solution was impregnated with 6 mL of magnetic nanoparticle precursor solution to obtain magnetic material precursor particles. Next, after removing water from the precursor particles with a rotary evaporator, the precursor particles were dried under reduced pressure at a temperature of 45 ° C. for one day. Next, the dried precursor particles are calcined in a reducing gas atmosphere at a temperature condition of 400 ° C. for 2 hours, and further calcined at a temperature condition of 800 ° C. for 4 hours. CoPt nanoparticles are formed inside the spherical mesoporous silica. A supported magnetic material was obtained.

<比較例3で得られた磁性材料の特性の評価>
比較例3で得られた磁性材料に対して、実施例1で得られた磁性材料の特性の評価方法と同様の方法を採用してXRD測定、磁化率測定、窒素吸着等温線の測定及び電子顕微鏡による測定を行った。比較例3で得られた磁性材料のX線回折パターンを図20に示し、窒素吸着等温線を図21に示す。また、比較例3で得られた磁性材料の走査電子顕微鏡(SEM)写真を図22に示す。
<Evaluation of characteristics of magnetic material obtained in Comparative Example 3>
For the magnetic material obtained in Comparative Example 3, the same method as the method for evaluating the characteristics of the magnetic material obtained in Example 1 was adopted to perform XRD measurement, magnetic susceptibility measurement, nitrogen adsorption isotherm measurement, and electron Measurement with a microscope was performed. The X-ray diffraction pattern of the magnetic material obtained in Comparative Example 3 is shown in FIG. 20, and the nitrogen adsorption isotherm is shown in FIG. Further, a scanning electron microscope (SEM) photograph of the magnetic material obtained in Comparative Example 3 is shown in FIG.

図20に示す結果からも明らかなように、比較例3で得られた磁性材料においては、CoPtに帰属されるブロードな回折パターンが確認された。なお、このような回折パターンには、同時に鋭い回折ピークも確認された。このような結果から、比較例3で得られた磁性材料において粒成長したCoPt粒子が、強磁性成分である可能性が示唆された。しかしながら、比較例3で用いた球状メソポーラスシリカの中心細孔直径は1.88nmであるため、細孔内に担持されたCoPtのナノ粒子は超常磁性限界(CoPtの超常磁性限界粒径は3.6nm)よりも小さな粒径のものである。従って、図20で確認された鋭いピークは、メソポーラスシリカの外表面に析出したFePtのナノ粒子に由来するものであると認められる。   As is clear from the results shown in FIG. 20, in the magnetic material obtained in Comparative Example 3, a broad diffraction pattern attributed to CoPt was confirmed. In this diffraction pattern, a sharp diffraction peak was confirmed at the same time. From these results, it was suggested that the CoPt particles grown in the magnetic material obtained in Comparative Example 3 may be a ferromagnetic component. However, since the central pore diameter of the spherical mesoporous silica used in Comparative Example 3 is 1.88 nm, the CoPt nanoparticles supported in the pores have a superparamagnetic limit (the superparamagnetic limit particle diameter of CoPt is 3. 6 nm). Therefore, it is recognized that the sharp peak confirmed in FIG. 20 is derived from FePt nanoparticles deposited on the outer surface of mesoporous silica.

また、図21に示す窒素吸着等温線から求めた細孔容量は0.26cm/gであった。また、図22に示す結果からも明らかなように、比較例3で得られた磁性材料においては、球状メソポーラスシリカの表面上にナノ粒子が析出していることが確認された。このような結果から、中心細孔直径が2.6nm未満の球状メソポーラスシリカ(細孔径1.88nm)を用いた場合においては、球状メソポーラスシリカの外表面にも磁性ナノ粒子が析出してしまい、球状メソポーラスシリカの内部に強磁性ナノ粒子前駆体を効率よく含浸できないことが確認された。 The pore volume determined from the nitrogen adsorption isotherm shown in FIG. 21 was 0.26 cm 3 / g. Further, as is clear from the results shown in FIG. 22, it was confirmed that nanoparticles were deposited on the surface of the spherical mesoporous silica in the magnetic material obtained in Comparative Example 3. From these results, when spherical mesoporous silica (pore diameter 1.88 nm) having a central pore diameter of less than 2.6 nm is used, magnetic nanoparticles are deposited on the outer surface of the spherical mesoporous silica, It was confirmed that the ferromagnetic nanoparticle precursor could not be efficiently impregnated inside the spherical mesoporous silica.

上述のような実施例1〜3及び比較例1〜3で得られた磁性材料の特性評価の結果から、本発明の磁性材料の製造方法を採用した場合(実施例1〜3)においては、用いる球状シリカ系メソ多孔体の中心細孔直径が2.6nm以上であることから、球状シリカ系メソ多孔体の内部に、強磁性を有するナノ粒子を担持させることができ、効率よく本発明の磁性材料を製造できることが確認された。これに対して、中心細孔直径が2.6nm未満の球状メソポーラスシリカを用いて磁性材料を製造した場合(比較例1〜3)においては、そのメソポーラスシリカの内部に強磁性を有するナノ粒子を担持することはできず、更には外表面にナノ粒子が析出してしまうことが確認された。   From the results of the characteristics evaluation of the magnetic materials obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 as described above, in the case where the method for producing a magnetic material of the present invention is employed (Examples 1 to 3), Since the central pore diameter of the spherical silica-based mesoporous material used is 2.6 nm or more, nanoparticles having ferromagnetism can be supported inside the spherical silica-based mesoporous material, and the present invention can be efficiently performed. It was confirmed that a magnetic material could be manufactured. On the other hand, in the case of producing a magnetic material using spherical mesoporous silica having a central pore diameter of less than 2.6 nm (Comparative Examples 1 to 3), nanoparticles having ferromagnetism inside the mesoporous silica are used. It could not be supported, and it was confirmed that nanoparticles were deposited on the outer surface.

以上説明したように、本発明によれば、球状シリカ系メソ多孔体の内部に磁性ナノ粒子を担持させた磁性材料であって、前記磁性ナノ粒子に強磁性を発現させることが可能な磁性材料及びその磁性材料を効率よく製造することが可能な磁性材料の製造方法を提供することが可能となる。   As described above, according to the present invention, a magnetic material in which magnetic nanoparticles are supported inside a spherical silica-based mesoporous material, which is capable of expressing ferromagnetism in the magnetic nanoparticles. In addition, it is possible to provide a method for producing a magnetic material capable of efficiently producing the magnetic material.

したがって、本発明の磁性材料は、球状シリカ系メソ多孔体の内部に担持されたナノ粒子が強磁性を有するものであるため、磁性フォトニック結晶、磁気温熱療法、ドラッグデリバリーシステム等の各種用途に用いる磁性材料として特に有用である。   Accordingly, the magnetic material of the present invention is a nano-particle supported inside a spherical silica-based mesoporous material having ferromagnetism, so that it can be used in various applications such as magnetic photonic crystals, magnetic thermotherapy, and drug delivery systems. It is particularly useful as a magnetic material to be used.

実施例1で得られた磁性材料のX線回折パターンを示すグラフである。2 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of the magnetic material obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られた磁性材料の磁化曲線を示すグラフである。2 is a graph showing a magnetization curve of a magnetic material obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られた磁性材料の窒素吸着等温線を示すグラフである。2 is a graph showing a nitrogen adsorption isotherm of the magnetic material obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られた磁性材料の走査電子顕微鏡(SEM)写真である。2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the magnetic material obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られた磁性材料の透過型電子顕微鏡(TEM)写真である。2 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of the magnetic material obtained in Example 1. FIG. 実施例2で得られた磁性材料のX線回折パターンを示すグラフである。4 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a magnetic material obtained in Example 2. 実施例2で得られた磁性材料の磁化曲線を示すグラフである。4 is a graph showing a magnetization curve of a magnetic material obtained in Example 2. 実施例2で得られた磁性材料の窒素吸着等温線を示すグラフである。6 is a graph showing a nitrogen adsorption isotherm of the magnetic material obtained in Example 2. 実施例2で得られた磁性材料の走査電子顕微鏡(SEM)写真である。3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the magnetic material obtained in Example 2. FIG. 実施例2で得られた磁性材料の透過型電子顕微鏡(TEM)写真である。4 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of the magnetic material obtained in Example 2. 実施例3で得られた磁性材料のX線回折パターンを示すグラフである。6 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a magnetic material obtained in Example 3. 実施例3で得られた磁性材料の窒素吸着等温線を示すグラフである。6 is a graph showing a nitrogen adsorption isotherm of the magnetic material obtained in Example 3. 実施例3で得られた磁性材料の走査電子顕微鏡(SEM)写真である。4 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the magnetic material obtained in Example 3. 比較例1で得られた磁性材料のX線回折パターンを示すグラフである。6 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a magnetic material obtained in Comparative Example 1. 比較例1で得られた磁性材料の窒素吸着等温線を示すグラフである。6 is a graph showing a nitrogen adsorption isotherm of the magnetic material obtained in Comparative Example 1. 比較例1で得られた磁性材料の走査電子顕微鏡(SEM)写真である。2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the magnetic material obtained in Comparative Example 1. 比較例2で得られた磁性材料のX線回折パターンを示すグラフである。6 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a magnetic material obtained in Comparative Example 2. 比較例2で得られた磁性材料の窒素吸着等温線を示すグラフである。4 is a graph showing a nitrogen adsorption isotherm of a magnetic material obtained in Comparative Example 2. 比較例2で得られた磁性材料の走査電子顕微鏡(SEM)写真である。6 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the magnetic material obtained in Comparative Example 2. 比較例3で得られた磁性材料のX線回折パターンを示すグラフである。6 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a magnetic material obtained in Comparative Example 3. 比較例3で得られた磁性材料の窒素吸着等温線を示すグラフである。6 is a graph showing a nitrogen adsorption isotherm of a magnetic material obtained in Comparative Example 3. 比較例3で得られた磁性材料の走査電子顕微鏡(SEM)写真である。6 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the magnetic material obtained in Comparative Example 3.

Claims (10)

平均粒径が0.01〜3μmであり且つ中心細孔直径が2.6nm以上である球状シリカ系メソ多孔体と、
該球状シリカ系メソ多孔体の内部に担持された強磁性ナノ粒子と、
を備えることを特徴とする磁性材料。
A spherical silica-based mesoporous material having an average particle diameter of 0.01 to 3 μm and a central pore diameter of 2.6 nm or more;
Ferromagnetic nanoparticles supported inside the spherical silica-based mesoporous material;
A magnetic material comprising:
前記強磁性ナノ粒子が、強磁性を有する金属の単体、CuAu型強磁性規則合金、CuAu型強磁性規則合金及び希土類系強磁性合金からなる群から選択される少なくとも1種からなることを特徴とする請求項1に記載の磁性材料。 The ferromagnetic nanoparticles are made of at least one selected from the group consisting of a single metal having ferromagnetism, a CuAu type ferromagnetic ordered alloy, a Cu 3 Au type ferromagnetic ordered alloy, and a rare earth based ferromagnetic alloy. The magnetic material according to claim 1. 前記強磁性ナノ粒子が、強磁性体が超常磁性体に変化する超常磁性限界以上の粒径を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の磁性材料。   3. The magnetic material according to claim 1, wherein the ferromagnetic nanoparticles have a particle size equal to or greater than a superparamagnetic limit at which a ferromagnetic material changes to a superparamagnetic material. 前記球状シリカ系メソ多孔体が、下記式(1):
[単分散度(単位:%)]=([粒径の標準偏差]/[平均粒径])×100 (1)
で表される単分散度が10%以下の粒子からなることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載の磁性材料。
The spherical silica-based mesoporous material has the following formula (1):
[Monodispersity (unit:%)] = ([standard deviation of particle size] / [average particle size]) × 100 (1)
The magnetic material according to claim 1, wherein the magnetic material comprises particles having a monodispersity of 10% or less.
平均粒径が0.01〜3μmであり且つ中心細孔直径が2.6nm以上である球状シリカ系メソ多孔体に強磁性ナノ粒子前駆体を含浸させて、前記球状シリカ系メソ多孔体中に前記強磁性ナノ粒子前駆体が導入されてなる磁性材料前駆体粒子を得る工程と、
前記磁性材料前駆体粒子を還元して、前記球状シリカ系メソ多孔体の内部に強磁性ナノ粒子が担持されてなる磁性材料を得る工程と、
を含むことを特徴とする磁性材料の製造方法。
A spherical silica-based mesoporous material having an average particle diameter of 0.01 to 3 μm and a central pore diameter of 2.6 nm or more is impregnated with a ferromagnetic nanoparticle precursor, and the spherical silica-based mesoporous material is incorporated into the spherical silica-based mesoporous material. Obtaining magnetic material precursor particles into which the ferromagnetic nanoparticle precursor is introduced; and
Reducing the magnetic material precursor particles to obtain a magnetic material in which ferromagnetic nanoparticles are supported inside the spherical silica-based mesoporous material;
The manufacturing method of the magnetic material characterized by including.
前記強磁性ナノ粒子前駆体が、水、アルコール、エーテル、アセトン及びスチレンからなる群から選択される少なくとも1種を含有する溶媒と、前記強磁性ナノ粒子の原料となる金属化合物とを含有するものであることを特徴とする請求項5に記載の磁性材料の製造方法。   The ferromagnetic nanoparticle precursor contains a solvent containing at least one selected from the group consisting of water, alcohol, ether, acetone, and styrene, and a metal compound that is a raw material for the ferromagnetic nanoparticles. The method for producing a magnetic material according to claim 5, wherein: 前記磁性材料前駆体粒子を還元する工程が、還元剤を用いて前記磁性材料前駆体粒子を還元する工程であることを特徴とする請求項5又は6に記載の磁性材料の製造方法。   The method for producing a magnetic material according to claim 5, wherein the step of reducing the magnetic material precursor particles is a step of reducing the magnetic material precursor particles using a reducing agent. 前記磁性材料前駆体粒子を還元する工程が、還元性ガス雰囲気下、350℃以上の温度条件で加熱焼成して前記磁性材料前駆体粒子を還元する工程であることを特徴とする請求項5又は6に記載の磁性材料の製造方法。   6. The step of reducing the magnetic material precursor particles is a step of reducing the magnetic material precursor particles by heating and firing in a reducing gas atmosphere at a temperature condition of 350 ° C. or higher. 6. A method for producing a magnetic material according to 6. 第一の溶媒中でシリカ原料と第一の界面活性剤とを混合し、シリカ中に前記第一の界面活性剤が導入されてなる第一の多孔体前駆体粒子を得る工程(A)と、
拡張剤を含む第二の溶媒中で、前記第一の多孔体前駆体粒子中に前記拡張剤が導入されてなる第二の多孔体前駆体粒子を得る工程(B)と、
前記第二の多孔体前駆体粒子に含まれる前記第一の界面活性剤及び前記拡張剤を除去して球状シリカ系メソ多孔体を得る工程(C)と、
を含み、且つ、
工程(A)において、前記第一の界面活性剤として下記一般式(1):
[式中、R、R及びRは同一でも異なっていてもよい炭素数1〜3のアルキル基を示し、Xはハロゲン原子を示し、mは7〜25の整数を示す。]
で表されるアルキルアンモニウムハライドを用い、前記第一の溶媒として水と、アルコール及び/又はエーテルとの混合溶媒を用い、前記第一の溶媒中におけるアルコール及び/又はエーテルの含有量が85容量%以下であり、前記第一の溶媒中における前記第一の界面活性剤の濃度が0.0001〜0.03mol/Lであり、前記第一の溶媒中における前記シリカ原料の濃度がSi濃度換算で0.0005〜0.03mol/Lであり、且つ、前記シリカ原料と前記第一の界面活性剤とを0〜40℃の温度条件下で混合すること、及び、
工程(B)において、前記拡張剤として下記一般式(2):
[式中、R、R及びRは同一でも異なっていてもよい炭素数1〜3のアルキル基を示し、Xはハロゲン原子を示し、zは17〜25の整数であって且つ前記第一の界面活性剤として選択されたアルキルアンモニウムハライドの式(1)中のmの値以上の整数を示す。]
で表されるアルキルアンモニウムハライド、鎖状炭化水素、環状炭化水素及びヘテロ環化合物からなる群から選択される少なくとも1種を用い、前記第二の溶媒として水とアルコールとの混合溶媒を用い、前記第二の溶媒中におけるアルコールの含有量が40〜90容量%であり、前記第二の溶媒中における前記拡張剤の濃度が0.05〜10mol/Lであり、且つ、前記第二の溶媒中で前記第一の多孔体前駆体粒子を60〜150℃の温度条件下で混合すること、
という条件を満たす、前記球状シリカ系メソ多孔体を得る工程を更に含むことを特徴とする請求項5〜8のうちのいずれか一項に記載の磁性材料の製造方法。
(A) a step of obtaining a first porous precursor particle obtained by mixing a silica raw material and a first surfactant in a first solvent and introducing the first surfactant into silica; ,
(B) obtaining a second porous precursor particle in which the expanding agent is introduced into the first porous precursor particle in a second solvent containing the expanding agent;
Removing the first surfactant and the expanding agent contained in the second porous precursor particles to obtain a spherical silica-based mesoporous material (C);
And including
In the step (A), as the first surfactant, the following general formula (1):
[In formula, R < 1 >, R < 2 > and R < 3 > show the C1-C3 alkyl group which may be same or different, X shows a halogen atom, m shows the integer of 7-25. ]
Is used, and a mixed solvent of water and alcohol and / or ether is used as the first solvent, and the content of alcohol and / or ether in the first solvent is 85% by volume. The concentration of the first surfactant in the first solvent is 0.0001 to 0.03 mol / L, and the concentration of the silica raw material in the first solvent is calculated in terms of Si concentration. 0.0005 to 0.03 mol / L, and mixing the silica raw material and the first surfactant under a temperature condition of 0 to 40 ° C., and
In the step (B), as the expanding agent, the following general formula (2):
[Wherein R 1 , R 2 and R 3 represent the same or different alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, X represents a halogen atom, z represents an integer of 17 to 25, and An integer greater than or equal to the value of m in formula (1) of the alkylammonium halide selected as the first surfactant is shown. ]
Using at least one selected from the group consisting of alkylammonium halides, chain hydrocarbons, cyclic hydrocarbons and heterocyclic compounds represented by: using a mixed solvent of water and alcohol as the second solvent, The content of the alcohol in the second solvent is 40 to 90% by volume, the concentration of the extender in the second solvent is 0.05 to 10 mol / L, and the second solvent Mixing the first porous precursor particles at a temperature of 60 to 150 ° C.
The method for producing a magnetic material according to any one of claims 5 to 8, further comprising a step of obtaining the spherical silica-based mesoporous material that satisfies the following condition.
前記球状シリカ系メソ多孔体が、下記式(1):
[単分散度(単位:%)]=([粒径の標準偏差]/[平均粒径])×100 (1)
で表される単分散度が10%以下の粒子からなることを特徴とする請求項5〜9のうちのいずれか一項に記載の磁性材料の製造方法。
The spherical silica-based mesoporous material has the following formula (1):
[Monodispersity (unit:%)] = ([standard deviation of particle size] / [average particle size]) × 100 (1)
The method for producing a magnetic material according to any one of claims 5 to 9, wherein the monodispersion represented by the formula (1) is composed of particles having a degree of monodispersity of 10% or less.
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