JP2010062485A - コアシェル型磁性材料、コアシェル型磁性材料の製造方法、デバイス装置、およびアンテナ装置。 - Google Patents
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【解決手段】磁性金属粒子と酸化物被覆層を含み、この磁性金属粒子が、Fe,Co,Niからなる群から選ばれる磁性金属と、Mg,Al,Si,Ca,Zr,Ti,Hf,Zn,Mn,希土類元素、BaおよびSrから選ばれる非磁性金属と、炭素および窒素から選ばれる元素とを含み、酸化物被覆層が磁性金属粒子の構成成分の1つである非磁性金属を少なくとも1つ含む酸化物からなる、コアシェル型磁性粒子;および、磁性金属粒子間の少なくとも一部に存在し、Mg,Al,Si,Ca,Zr,Ti,Hf,Zn,Mn,希土類元素、BaおよびSrから選ばれる非磁性金属を含み、非磁性金属/磁性金属(原子比)が、先の酸化物被覆層中の非磁性金属/磁性金属(原子比)よりも大きい酸化物粒子;を含むコアシェル型磁性材料。
【選択図】図7
Description
本実施の形態のコアシェル型磁性材料は、コアシェル型磁性粒子と酸化物粒子とを含む。コアシェル型磁性粒子は、磁性金属粒子(コア)と前記磁性金属粒子の少なくとも一部の表面を被覆する酸化物被覆層(シェル)を含む。そして、磁性金属粒子が、Fe,Co,Niからなる群から選ばれる少なくとも1つの磁性金属と、Mg,Al,Si,Ca,Zr,Ti,Hf,Zn,Mn,希土類元素、BaおよびSrから選ばれる少なくとも1つの非磁性金属と、炭素および窒素から選ばれる少なくとも1つの元素とを含有する。また、酸化物被覆層が磁性金属粒子の構成成分の1つである非磁性金属を少なくとも1つ含む酸化物からなる。そして、酸化物粒子は、磁性金属粒子間の少なくとも一部に存在し、Mg,Al,Si,Ca,Zr,Ti,Hf,Zn,Mn,希土類元素、BaおよびSrから選ばれる少なくとも1つの非磁性金属を含有する。さらに、酸化物粒子中の非磁性金属/磁性金属(原子比)が、酸化物被覆層中の非磁性金属/磁性金属(原子比)よりも大きくなっている。
本実施の形態のコアシェル型磁性材料の製造方法は、磁性金属と非磁性金属からなる磁性金属粒子を製造する工程と、この磁性金属粒子表面を炭素で被覆する工程と、炭素で被覆した磁性金属粒子を、還元雰囲気下において熱処理して炭素を炭化水素化する工程と、磁性金属粒子を酸化する工程を備え、先の磁性金属が、Fe,Co,Niからなる群から選ばれる少なくとも1つの磁性金属であり、非磁性金属が、Mg,Al,Si,Ca,Zr,Ti,Hf,Zn,Mn,希土類元素、BaおよびSrから選ばれる少なくとも1つの非磁性金属であることを特徴とする。
本実施の形態のコアシェル型磁性材料の製造方法は、磁性金属粒子を製造する工程において、磁性金属と非磁性金属とが固溶した平均粒径1以上10μm以下の磁性金属粉末と、平均粒径1以上10μm以下の非磁性金属粉末とを熱プラズマ中で同時噴霧し、磁性金属粒子と非磁性金属粒子を製造すること、および、磁性金属粉末中および非磁性金属粉末中の非磁性金属が、Mg,Al,Si,Ca,Zr,Ti,Hf,Zn,Mn,希土類元素、BaおよびSrから選ばれる少なくとも1つの非磁性金属であること以外は第2の実施の形態の製造方法と同様である。したがって、第2の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。
本実施の形態のデバイス装置は、第1の実施の形態のコアシェル型磁性材料を有する高周波用デバイス装置である。したがって、第1の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。このデバイス装置は、例えば、インダクタ、チョークコイル、フィルター、トランス等の高周波磁性部品や電波吸収体である。
本実施の形態のアンテナ装置は、第1の実施の形態のコアシェル型磁性材料を有するアンテナ装置である。したがって、第1の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。本実施の形態のアンテナ装置は、給電端子と、一端に給電端子が接続されるアンテナエレメントと、このアンテナエレメントから放射される電磁波の伝送損失を抑制するためのコアシェル型磁性材料を備えている。
本実施の形態のアンテナ装置は、アンテナ装置が有限地板と、有限地板上方に設けられ、一辺が前記有限地板に接続され、この一辺と略平行な屈曲部を備える矩形導体板と、有限地板上方に有限地板と略平行に配置され、先の一辺に略垂直方向に延伸し、給電点が矩形導体板の先の一辺に対向する他辺の近傍に位置するアンテナと、有限地板とアンテナとの間の少なくとも一部の空間に設けられる磁性体とを有する。そして、この磁性体が第1の実施の形態に記載したコアシェル型磁性材料である。したがって、第1の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。
本実施の形態のアンテナ装置は、配線基板と、配線基板に設けられた給電端子に接続される螺旋状のアンテナエレメントと、螺旋状のアンテナエレメントの内側に設けられる磁性体備えている。そして、この磁性体が、第1の実施の形態のコアシェル型磁性材料となっている。したがって、第1の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。
高周波誘導熱プラズマ装置のチャンバー内にプラズマ発生用ガスとしてアルゴンを40L/分で導入し、プラズマを発生させる。このチャンバー内のプラズマに原料である平均粒径10μmでFe:Co:Alが原子比で70:30:5であるFeCoAl固溶粉末(Al量はFeCoが100に対して5at%)と平均粒径3μmのAl粉末を固溶粉末中のFeCo100に対して5at%になるようにアルゴン(キャリアガス)と共に3L/分で噴射する(即ち、FeCoに対する全Al量は10at%で、その内5at%はFeCoAl固溶粉末として、残りの5at%はAl粉末として投入する)。これにより、磁性金属粒子と非磁性金属粒子を製造する。
高周波誘導熱プラズマ装置のチャンバー内にプラズマ発生用ガスとしてアルゴンを40L/分で導入し、プラズマを発生させる。このチャンバー内のプラズマに原料である平均粒径10μmのFe粉末と平均粒径10μmのCo粒子と、平均粒径3μmのAl粉末をFe:Co:Alが原子比で70:30:10になるようにアルゴン(キャリアガス)と共に3L/分で噴射する。同時に、チャンバー内に炭素被覆の原料としてアセチレンガスをキャリアガスと共に導入し、FeCoAl合金粒子を炭素で被覆された磁性金属粒子を得る。
高周波誘導熱プラズマ装置のチャンバー内にプラズマ発生用ガスとしてアルゴンを40L/分で導入し、プラズマを発生させる。このチャンバー内のプラズマに原料である平均粒径10μmでFe:Co:Siが原子比で70:30:2.5であるFeCoSi固溶粉末(Si量はFeCoが100に対して2.5at%)と平均粒径5μmのSi粉末を固溶粉末中のFeCo100に対して2.5at%になるようにアルゴン(キャリアガス)と共に3L/分で噴射する(即ち、FeCoに対する全Si量は5at%で、その内2.5at%はFeCoSi固溶粉末として、残りの2.5at%はSi粉末として投入する)。これにより、磁性金属粒子と非磁性金属粒子を製造する。
高周波誘導熱プラズマ装置のチャンバー内にプラズマ発生用ガスとしてアルゴンを40L/分で導入し、プラズマを発生させる。このチャンバー内のプラズマに原料である平均粒径10μmのFe粉末と平均粒径10μmのCo粒子と、平均粒径5μmのSi粉末をFe:Co:Siが原子比で70:30:5になるようにアルゴン(キャリアガス)と共に3L/分で噴射する。同時に、チャンバー内に炭素被覆の原料としてアセチレンガスをキャリアガスと共に導入し、FeCoSi合金粒子を炭素で被覆された磁性金属粒子を得る。
この炭素被覆FeCoSiナノ粒子を500mL/分、濃度99%の水素フロー下、600℃にて還元処理し、室温まで冷却した後、酸素含有雰囲気中にて取り出して酸化することにより、コアシェル型磁性材料を製造する。
高周波誘導熱プラズマ装置のチャンバー内にプラズマ発生用ガスとしてアルゴンを40L/分で導入し、プラズマを発生させる。このチャンバー内のプラズマに原料である平均粒径10μmでFe:Co:Alが原子比で70:30:10であるFeCoAl粉末をアルゴン(キャリアガス)と共に3L/分で噴射する。同時に、チャンバー内に炭素被覆の原料としてアセチレンガスをキャリアガスと共に導入し、FeCoAl合金粒子を炭素で被覆されたナノ粒子を得る。この炭素被覆FeCoAlナノ粒子を500mL/分、濃度99%の水素フロー下、600℃にて還元処理し、室温まで冷却した後、酸素含有雰囲気中にて取り出して酸化することにより、コアシェル型磁性粒子を有するコアシェル型磁性材料を製造する。
凌和電子(株)製PMM−9G1のシステムを用いて1GHz下において空気をバックグラウンドとした時と試料を配置した時との誘起電圧値およびインピーダンス値をそれぞれ測定し、これらの誘起電圧値とインピーダンス値とから透磁率実部μ′を導出する。なお、試料は4×4×0.5mmの寸法に加工したものを用いる。
評価用試料を温度60℃、湿度90%の高温恒湿槽内に100時間放置した後、再度、透磁率実部μ′を測定し、経時変化(100H放置後の透磁率実部μ′/放置前の透磁率実部μ′)を求める。
評価用試料の電磁波照射面とその反対の面に厚さ1mmで同面積の金属薄板を接着し、2GHzの電磁波下にて試料ネットワークアナライザーのS11モードを用いて、自由空間において反射電力法で測定する。反射電力法は、試料を接着していない金属薄板(完全反射体)の反射レベルと比較して試料からの反射レベルが何dB減少したかを測定する方法である。この測定に基づいて電磁波の吸収量を反射減衰量で定義し、比較例1の吸収量を1とした時の相対値で求める。
4 給電端子
6 アンテナエレメント
8 配線基板
10 有限地板
12 矩形導体板、櫛型線状導体
14 アンテナ
16 磁性体
16a 第1の磁性体層
16b 第2の磁性体層
18 屈曲部
20 同軸線路
22 給電点
24 コアシェル型磁性材料
26 配線基板
28 アンテナの給電端子
30 アンテナエレメント
32 アンテナ可動部
34 可動方向
36 アンテナカバー
36a 箱部
36b 蓋部
36c 空洞
Claims (20)
- 磁性金属粒子と前記磁性金属粒子の少なくとも一部の表面を被覆する酸化物被覆層を含み、前記磁性金属粒子が、Fe,Co,Niからなる群から選ばれる少なくとも1つの磁性金属と、Mg,Al,Si,Ca,Zr,Ti,Hf,Zn,Mn,希土類元素、BaおよびSrから選ばれる少なくとも1つの非磁性金属と、炭素および窒素から選ばれる少なくとも1つの元素とを含み、前記酸化物被覆層が前記磁性金属粒子の構成成分の1つである非磁性金属を少なくとも1つ含む酸化物からなる、コアシェル型磁性粒子;および
前記磁性金属粒子間の少なくとも一部に存在し、Mg,Al,Si,Ca,Zr,Ti,Hf,Zn,Mn,希土類元素、BaおよびSrから選ばれる少なくとも1つの非磁性金属を含み、粒子中の非磁性金属/磁性金属(原子比)が、前記酸化物被覆層中の非磁性金属/磁性金属(原子比)よりも大きい酸化物粒子;
を含むことを特徴とするコアシェル型磁性材料。 - 前記磁性金属粒子が1nm以上、1000nm以下の平均粒径を有し、
前記酸化物被覆層が、0.1nm以上、100nm以下の厚さを有し、
前記酸化物粒子が1nm以上、100nm以下の平均粒径を有することを特徴とする請求項1記載のコアシェル型磁性材料。 - 前記磁性金属粒子中に非磁性金属が磁性金属に対して0.001原子%以上20原子%以下含まれ、
前記磁性金属粒子中に炭素および窒素から選ばれる少なくとも1つの元素が磁性金属に対して0.001原子%以上20原子%以下含まれ、
前記磁性金属粒子中の磁性金属、前記磁性金属粒子中の非磁性金属、または前記元素のうちの少なくとも2つは互いに固溶していることを特徴とする請求項1または請求項2記載のコアシェル型磁性材料。 - 前記磁性金属粒子がFeCoと、AlおよびSiから選ばれる少なくとも1つの元素と、炭素を含み、
CoがFeCo中に10原子%以上50原子%以下含まれ、
AlおよびSiから選ばれる少なくとも1つの元素がFeCoに対して0.001原子%以上5原子%以下含まれ、
炭素がFeCoに対して0.001原子%以上5原子%以下含まれることを特徴とする請求項1ないし請求項3いずれか一項に記載のコアシェル型磁性材料。 - 前記磁性金属粒子は、10以上のアスペクト比を有することを特徴とする請求項1ないし請求項3いずれか一項に記載のコアシェル型磁性材料。
- 磁性金属粒子と前記磁性金属粒子の少なくとも一部の表面を被覆する酸化物被覆層を含み、前記磁性金属粒子が、Fe,Co,Niからなる群から選ばれる少なくとも1つの磁性金属と、Mg,Al,Si,Ca,Zr,Ti,Hf,Zn,Mn,希土類元素、BaおよびSrから選ばれる少なくとも1つの非磁性金属と、炭素および窒素から選ばれる少なくとも1つの元素とを含み、前記酸化物被覆層が前記磁性金属粒子の構成成分の1つである非磁性金属を少なくとも1つ含む酸化物からなる、コアシェル型磁性粒子;および
前記磁性金属粒子間の少なくとも一部に存在し、Mg,Al,Si,Ca,Zr,Ti,Hf,Zn,Mn,希土類元素、BaおよびSrから選ばれる少なくとも1つの非磁性金属を含み、粒子中の非磁性金属/磁性金属(原子比)が、前記酸化物被覆層中の非磁性金属/磁性金属(原子比)よりも大きい酸化物粒子;を含み、
前記磁性金属粒子が1nm以上、1000nm以下の平均粒径を有し、前記酸化物被覆層が、0.1nm以上、100nm以下の厚さを有し、前記酸化物粒子が1nm以上、100nm以下の平均粒径を有し、
前記磁性金属粒子がFeCoと、AlおよびSiから選ばれる少なくとも1つの元素と、炭素を含み、CoがFeCo中に10原子%以上50原子%以下含まれ、AlおよびSiから選ばれる少なくとも1つの元素がFeCoに対して0.001原子%以上5原子%以下含まれ、炭素がFeCoに対して0.001原子%以上5原子%以下含まれ、
前記磁性金属粒子中の磁性金属、前記磁性金属粒子中の非磁性金属、または前記元素のうちの少なくとも2つは互いに固溶することを特徴とする請求項5記載のコアシェル型磁性材料。 - 磁性金属と非磁性金属からなる磁性金属粒子を製造する工程と、
前記磁性金属粒子表面を炭素で被覆する工程と、
炭素で被覆した前記磁性金属粒子を、還元雰囲気下において熱処理して炭素を炭化水素化する工程と、
前記磁性金属粒子を酸化する工程を備え、
前記磁性金属が、Fe,Co,Niからなる群から選ばれる少なくとも1つの磁性金属であり、非磁性金属が、Mg,Al,Si,Ca,Zr,Ti,Hf,Zn,Mn,希土類元素、BaおよびSrから選ばれる少なくとも1つの非磁性金属であることを特徴とするコアシェル型磁性材料の製造方法。 - 前記磁性金属粒子を製造する工程が、熱プラズマ法により行われることを特徴とする請求項7記載のコアシェル型磁性材料の製造方法。
- 前記磁性金属粒子を製造する工程において、磁性金属と非磁性金属とが固溶した平均粒径1以上10μm以下の磁性金属粉末と、平均粒径1以上10μm以下の非磁性金属粉末とを熱プラズマ中で同時噴霧し、磁性金属粒子と非磁性金属粒子を製造し、
前記磁性金属粉末中および前記非磁性金属粉末中の非磁性金属が、Mg,Al,Si,Ca,Zr,Ti,Hf,Zn,Mn,希土類元素、BaおよびSrから選ばれる少なくとも1つの非磁性金属であることを特徴とする請求項7または請求項8記載のコアシェル型磁性材料の製造方法。 - 前記炭素で被覆する工程は、炭素を含む原料と前記磁性金属粒子となる原料との同時噴霧により行われることを特徴とする請求項7ないし請求項9いずれか一項に記載のコアシェル型磁性材料の製造方法。
- 前記炭素で被覆する工程は、炭化水素ガスを原料とする反応により進められることを特徴とする請求項7ないし請求項9いずれか一項に記載のコアシェル型磁性材料の製造方法。
- 磁性金属粒子と前記磁性金属粒子の少なくとも一部の表面を被覆する酸化物被覆層を含み、前記磁性金属粒子が、Fe,Co,Niからなる群から選ばれる少なくとも1つの磁性金属と、Mg,Al,Si,Ca,Zr,Ti,Hf,Zn,Mn,希土類元素、BaおよびSrから選ばれる少なくとも1つの非磁性金属と、炭素および窒素から選ばれる少なくとも1つの元素とを含み、前記酸化物被覆層が前記磁性金属粒子の構成成分の1つである非磁性金属を少なくとも1つ含む酸化物からなる、コアシェル型磁性粒子;および
前記磁性金属粒子間の少なくとも一部に存在し、Mg,Al,Si,Ca,Zr,Ti,Hf,Zn,Mn,希土類元素、BaおよびSrから選ばれる少なくとも1つの非磁性金属を含み、粒子中の非磁性金属/磁性金属(原子比)が、前記酸化物被覆層中の非磁性金属/磁性金属(原子比)よりも大きい酸化物粒子;
を含むコアシェル型磁性材料を有することを特徴とするデバイス装置。 - 前記磁性金属粒子が1nm以上、1000nm以下の平均粒径を有し、
前記酸化物被覆層が、0.1nm以上、100nm以下の厚さを有し、
前記酸化物粒子が1nm以上、100nm以下の平均粒径を有することを特徴とする請求項12記載のデバイス装置。 - 前記磁性金属粒子中に非磁性金属が磁性金属に対して0.001原子%以上20原子%以下含まれ、
前記磁性金属粒子中に炭素および窒素から選ばれる少なくとも1つの元素が磁性金属に対して0.001原子%以上20原子%以下含まれ、
前記磁性金属粒子中の磁性金属、前記磁性金属粒子中の非磁性金属、または前記元素のうちの少なくとも2つは互いに固溶していることを特徴とする請求項12または請求項13記載のデバイス装置。 - 前記磁性金属粒子がFeCoと、AlおよびSiから選ばれる少なくとも1つの元素と、炭素を含み、
CoがFeCo中に10原子%以上50原子%以下含まれ、
AlおよびSiから選ばれる少なくとも1つの元素がFeCoに対して0.001原子%以上5原子%以下含まれ、
炭素がFeCoに対して0.001原子%以上5原子%以下含まれることを特徴とする請求項12ないし請求項14いずれか一項に記載のデバイス装置。 - 磁性金属粒子と前記磁性金属粒子の少なくとも一部の表面を被覆する酸化物被覆層を含み、前記磁性金属粒子が、Fe,Co,Niからなる群から選ばれる少なくとも1つの磁性金属と、Mg,Al,Si,Ca,Zr,Ti,Hf,Zn,Mn,希土類元素、BaおよびSrから選ばれる少なくとも1つの非磁性金属と、炭素および窒素から選ばれる少なくとも1つの元素とを含み、前記酸化物被覆層が前記磁性金属粒子の構成成分の1つである非磁性金属を少なくとも1つ含む酸化物からなる、コアシェル型磁性粒子;および
前記磁性金属粒子間の少なくとも一部に存在し、Mg,Al,Si,Ca,Zr,Ti,Hf,Zn,Mn,希土類元素、BaおよびSrから選ばれる少なくとも1つの非磁性金属を含み、粒子中の非磁性金属/磁性金属(原子比)が、前記酸化物被覆層中の非磁性金属/磁性金属(原子比)よりも大きい酸化物粒子;
を含むコアシェル型磁性材料を有することを特徴とするアンテナ装置。 - 有限地板と、
前記有限地板上方に設けられ、一辺が前記有限地板に接続され、前記一辺と略平行な屈曲部を備える矩形導体板と、
前記有限地板上方に前記有限地板と略平行に配置され、前記一辺に略垂直方向に延伸し、給電点が前記矩形導体板の前記一辺に対向する他辺の近傍に位置するアンテナと、
前記有限地板と前記アンテナとの間の少なくとも一部の空間に設けられる磁性体と、
を有し、
前記磁性体が前記コアシェル型磁性材料であることを特徴とする請求項16記載のアンテナ装置。 - 前記磁性金属粒子が1nm以上、1000nm以下の平均粒径を有し、
前記酸化物被覆層が、0.1nm以上、100nm以下の厚さを有し、
前記酸化物粒子が1nm以上、100nm以下の平均粒径を有することを特徴とする請求項16または請求項17記載のアンテナ装置。 - 前記磁性金属粒子中に非磁性金属が磁性金属に対して0.001原子%以上20原子%以下含まれ、
前記磁性金属粒子中に炭素および窒素から選ばれる少なくとも1つの元素が磁性金属に対して0.001原子%以上20原子%以下含まれ、
前記磁性金属粒子中の磁性金属、前記磁性金属粒子中の非磁性金属、または前記元素のうちの少なくとも2つは互いに固溶していることを特徴とする請求項16ないし請求項18いずれか一項に記載のアンテナ装置。 - 前記磁性金属粒子がFeCoと、AlおよびSiから選ばれる少なくとも1つの元素と、炭素を含み、
CoがFeCo中に10原子%以上50原子%以下含まれ、
AlおよびSiから選ばれる少なくとも1つの元素がFeCoに対して0.001原子%以上5原子%以下含まれ、
炭素がFeCoに対して0.001原子%以上5原子%以下含まれることを特徴とする請求項16ないし請求項19いずれか一項に記載のアンテナ装置。
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