JP5744580B2 - Method for producing metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide and metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide - Google Patents

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本発明は、鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子の製造方法及び鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子に関する。   The present invention relates to a method for producing metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide and metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide.

ニッケルナノ粒子は、銀ナノ粒子等の貴金属ナノ粒子よりも安価で、貴金属ナノ粒子よりも化学的に安定であることから、触媒、磁性材料、積層セラミックコンデンサにおける電極等への利用が期待されている。従来、ニッケルナノ粒子は、固相反応又は液相反応によって得られていた。
固相反応としては、塩化ニッケルの化学気相蒸着やギ酸ニッケル塩の熱分解等が知られている。液相反応としては、塩化ニッケル等のニッケル塩を水素化ホウ素ナトリウム等の強力な還元剤で直接還元する方法、NaOH存在下ヒドラジン等の還元剤を添加して前駆体[Ni(H2NNH22]SO4・2H2Oを形成した後に熱分解する方法、塩化ニッケル等のニッケル塩や有機配位子を含有するニッケル錯体を溶媒とともに圧力容器に入れて水熱合成する方法等が知られている。
Nickel nanoparticles are cheaper than noble metal nanoparticles such as silver nanoparticles and are chemically more stable than noble metal nanoparticles, so they are expected to be used for electrodes in catalysts, magnetic materials, and multilayer ceramic capacitors. Yes. Conventionally, nickel nanoparticles have been obtained by solid phase reaction or liquid phase reaction.
Known solid-phase reactions include chemical vapor deposition of nickel chloride and thermal decomposition of nickel formate salt. In the liquid phase reaction, a nickel salt such as nickel chloride is directly reduced with a strong reducing agent such as sodium borohydride, a reducing agent such as hydrazine is added in the presence of NaOH, and the precursor [Ni (H 2 NNH 2 ) 2 ] A method of thermal decomposition after forming SO 4 · 2H 2 O, a method of hydrothermal synthesis by putting a nickel complex such as nickel chloride or a nickel complex containing an organic ligand into a pressure vessel together with a solvent, etc. It has been.

ニッケルナノ粒子を、上記した触媒、磁性材料、電極等の用途に好適に供するには、その粒径が例えば150nmを下回る程度に小さくかつ均一なものに制御できる必要がある。
例えば積層セラミックコンデンサの内部電極用途に用いられる場合、粒径制御は、後述する層間剥離やクラックを生じさせないうえで重要である。
In order for nickel nanoparticles to be suitably used for applications such as the above-described catalyst, magnetic material, and electrode, it is necessary to be able to control the particle size to be small and uniform so as to be less than 150 nm, for example.
For example, when used for an internal electrode application of a multilayer ceramic capacitor, the particle size control is important in preventing delamination and cracks described later.

しかし、固相反応のうち化学気相蒸着による方法の場合、粒子がサブミクロンからミクロンオーダーに肥大化する。また、熱分解による方法の場合、反応温度が高いことから、粒子が凝集する。また、これらの固相反応による製造方法は、液相反応による製造方法に比べてニッケルナノ粒子の製造コストが高くなりがちである。
一方、液相反応のうち強力な還元剤を使用する方法の場合、即時にニッケルが還元されることから、所望の粒径の粒子を得るために反応を制御することが困難である。また、前駆体を経由させる方法の場合、前駆体がゲル状をなし、その後の還元反応が不均一となること、水熱合成の場合、反応温度が高いことから、いずれも凝集を避けることができない。
However, in the case of the chemical vapor deposition method among solid phase reactions, the particles are enlarged from submicron to micron order. Moreover, in the case of the method by thermal decomposition, particles are aggregated because the reaction temperature is high. Moreover, the manufacturing method by these solid-phase reactions tends to be high in the manufacturing cost of nickel nanoparticles compared with the manufacturing method by a liquid phase reaction.
On the other hand, in the case of a method using a strong reducing agent in the liquid phase reaction, since nickel is immediately reduced, it is difficult to control the reaction in order to obtain particles having a desired particle size. In addition, in the case of the method of passing through the precursor, the precursor is in the form of a gel, the subsequent reduction reaction becomes heterogeneous, and in the case of hydrothermal synthesis, the reaction temperature is high, so in each case, avoid aggregation. Can not.

液相反応の技術に関して、ニッケル前駆物質、有機アミン及び還元剤を混合した後、加熱することでニッケルナノ粒子を得る技術が開示されている(特許文献1)。この技術によれば、ニッケルナノ粒子の大きさ及び形状の制御が容易であるとされている。しかしながら、この製造方法は、テトラブチルアンモニウムホウ化水素等の強い還元剤を使用するため、還元反応の制御が難しく、粒子の大きさ等が十分に制御されたニッケルナノ粒子を得るうえで、必ずしも好適ではないと考えられる。   Regarding a liquid phase reaction technique, a technique is disclosed in which nickel nanoparticles are obtained by mixing a nickel precursor, an organic amine, and a reducing agent, followed by heating (Patent Document 1). According to this technique, it is said that the control of the size and shape of the nickel nanoparticles is easy. However, since this production method uses a strong reducing agent such as tetrabutylammonium borohydride, it is difficult to control the reduction reaction, and it is not always necessary to obtain nickel nanoparticles with sufficiently controlled particle size. It is considered unsuitable.

ところで、積層セラミックコンデンサは、セラミック誘電体と内部電極を交互に積層して圧着した後、焼結して一体化したものとして得られる。このとき、例えば1,000℃を超えるセラミック誘電体の焼結温度に比べて内部電極材料であるニッケルナノ粒子の焼結温度は数百℃程度と低いため、両者の焼結時における膨張・収縮による体積変化等の挙動が異なり、層間剥離やクラックを生じるおそれがある。このような焼結時の問題に対して、上記特許文献1等の従来技術では、何ら有効な対策が講じられていない。   By the way, the multilayer ceramic capacitor is obtained by alternately laminating ceramic dielectrics and internal electrodes and pressing them, and then sintering and integrating them. At this time, for example, the sintering temperature of the nickel nanoparticles as the internal electrode material is as low as several hundred degrees Celsius compared to the sintering temperature of the ceramic dielectric exceeding 1,000 ° C. There is a risk that delamination and cracks may occur due to differences in the behavior such as volume change. With respect to such a problem during sintering, the conventional technology such as Patent Document 1 described above does not take any effective measures.

金属ナノ粒子の粒径とその分布の適正化を図りながら、なおかつ金属ナノ粒子の焼結温度を高める技術として、例えば、銅粉末についてのものではあるが、金属銅微粒子又は表面を酸化処理した金属銅微粒子のスラリーに金属塩水溶液を添加し、pH調整をすることで、金属酸化物等を表面に固着させた金属銅微粒子が開示されている(特許文献2)。しかしながら、この技術は、製造工程が煩雑であるため、安価なニッケルナノ粒子を得ることは難しいと考えられる。   As a technique for increasing the sintering temperature of metal nanoparticles while optimizing the particle size and distribution of the metal nanoparticles, for example, for copper powder, metal copper fine particles or metal whose surface is oxidized A metal copper fine particle is disclosed in which a metal salt aqueous solution is added to a slurry of copper fine particles and the pH is adjusted to fix a metal oxide or the like on the surface (Patent Document 2). However, since this technique involves a complicated manufacturing process, it is considered difficult to obtain inexpensive nickel nanoparticles.

なお、本発明者等は、先に、ギ酸ニッケル水和物、脂肪酸アミン等のルイス塩基及び溶媒を含む溶液を加熱することによって製造される、一般式Ni(HCOO)(L)(L)(但し、L、Lはルイス塩基配位子を示し、LとLとは互いに同一であっても異なっていてもよい)で表されるニッケル錯体を開示している(特許文献3)。 In addition, the inventors of the present invention first manufactured by heating a solution containing a Lewis base such as nickel formate hydrate, fatty acid amine and a solvent, and a general formula Ni (HCOO) 2 (L 1 ) (L 2 ) (however, L 1 and L 2 each represent a Lewis base ligand, and L 1 and L 2 may be the same or different from each other), which discloses a nickel complex ( Patent Document 3).

特開2010−37647号公報JP 2010-37647 A 特開2000−345201号公報JP 2000-345201 A 特開2010−64983号公報JP 2010-64983 A

本発明の目的は、液相反応技術を利用して、粒径の大きさと分布の適正化を図るとともに適度に焼結温度が高いニッケルナノ粒子を製造することである。   An object of the present invention is to produce nickel nanoparticles having a moderately high sintering temperature while using a liquid phase reaction technique to optimize the particle size and distribution.

本発明者らは、ニッケルナノ粒子について鋭意研究を重ねた結果、ニッケルナノ粒子の製造において、鉄を適宜な量含有させること、及びニッケル前駆物質の錯体形成反応と還元反応を完全に分離するとともに特定の加熱方法を用いることによって、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。   As a result of intensive research on nickel nanoparticles, the present inventors have made it possible to contain an appropriate amount of iron in the production of nickel nanoparticles, and completely separate the complex formation reaction and the reduction reaction of the nickel precursor. The inventors have found that the above problems can be solved by using a specific heating method, and have completed the present invention.

すなわち、本発明に係る鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子の製造方法は、カルボン酸ニッケル、鉄塩及び1級アミンの混合物を、100℃〜165℃の範囲内の温度に加熱して錯化反応液を得る錯化反応液生成工程と、
該錯化反応液を、マイクロ波照射によって170℃以上の温度に加熱して鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子スラリーを得るナノ粒子スラリー生成工程と、
を備えている。
That is, in the method for producing metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide according to the present invention, a mixture of nickel carboxylate, iron salt and primary amine is heated to a temperature in the range of 100 ° C to 165 ° C. A complexing reaction liquid producing step for obtaining a complexing reaction liquid;
A nanoparticle slurry generating step of heating the complexing reaction liquid to a temperature of 170 ° C. or higher by microwave irradiation to obtain a metal composite nickel nanoparticle slurry containing iron oxide;
It has.

また、本発明に係る鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子の製造方法は、前記反応液生成工程において、前記混合物に代えて、前記カルボン酸ニッケル及び前記1級アミンの混合物並びに前記鉄塩及び前記1級アミンの混合物をそれぞれ別々に加熱し、得られるそれぞれの反応液を混合してもよい。   The method for producing metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide according to the present invention includes, in the reaction solution generation step, instead of the mixture, the mixture of the nickel carboxylate and the primary amine, and the iron salt. And the mixture of primary amines may be heated separately, and the resulting reaction solutions may be mixed.

また、本発明に係る鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子の製造方法は、前記反応液生成工程を有機溶媒存在下で行ってもよい。   Moreover, the manufacturing method of the metal composite nickel nanoparticle containing the iron oxide which concerns on this invention may perform the said reaction liquid production | generation process in presence of an organic solvent.

また、本発明に係る鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子の製造方法は、前記鉄塩がカルボン酸鉄(II)又はカルボン酸鉄(III)であってもよい。   In the method for producing metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide according to the present invention, the iron salt may be iron (II) carboxylate or iron (III) carboxylate.

また、本発明に係る鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子の製造方法は、遅くとも前記ナノ粒子スラリー生成工程の前に、パラジウム塩、銀塩、白金塩及び金塩からなる金属塩群から選択される1又は2以上の金属塩を加える金属塩添加工程を更に有していてもよい。   In addition, the method for producing metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide according to the present invention, at least before the nanoparticle slurry generation step, from a metal salt group consisting of a palladium salt, a silver salt, a platinum salt and a gold salt. You may further have the metal salt addition process which adds the 1 or 2 or more metal salt selected.

また、本発明に係る鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子は、ニッケル元素、鉄元素及び酸素元素の合計量が金属複合ニッケルナノ粒子100質量部に対し95質量部以上であり、鉄元素の量がニッケル元素と鉄元素の合計量100質量部に対し5〜50質量部の範囲内にあり、平均粒径が30nm〜150nmの範囲内にあり、該鉄酸化物が四酸化三鉄を主成分とするものである。   The metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide according to the present invention have a total amount of nickel element, iron element and oxygen element of 95 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of metal composite nickel nanoparticles, Is in the range of 5 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of nickel element and iron element, the average particle size is in the range of 30 nm to 150 nm, and the iron oxide contains triiron tetroxide. The main component.

本発明に係る鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子の製造方法は、カルボン酸ニッケル、鉄塩及び1級アミンの混合物を、100℃〜165℃の範囲内の温度で加熱して錯化反応液を得る工程と、該錯化反応液を、マイクロ波照射によって170℃以上の温度に加熱して鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子スラリーを得る工程と、を備えるため、金属複合ニッケルナノ粒子の粒径の大きさと分布の適正化を図ることができるとともに、特に、焼結温度が高い金属複合ニッケルナノ粒子を得ることができる。焼結温度が高い金属複合ニッケルナノ粒子は、例えば積層セラミックコンデンサの内部電極の材料として好適に用いることができる。   The method for producing metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide according to the present invention comprises heating a mixture of nickel carboxylate, iron salt and primary amine at a temperature in the range of 100 ° C. to 165 ° C. to complex. A step of obtaining a reaction liquid, and a step of heating the complexing reaction liquid to a temperature of 170 ° C. or higher by microwave irradiation to obtain a metal composite nickel nanoparticle slurry containing iron oxide. The particle size and distribution of the nickel nanoparticles can be optimized, and in particular, metal composite nickel nanoparticles having a high sintering temperature can be obtained. Metal composite nickel nanoparticles having a high sintering temperature can be suitably used, for example, as a material for internal electrodes of a multilayer ceramic capacitor.

また、本発明に係る鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子は、鉄酸化物の主成分として四酸化三鉄(Fe)を含有しているので、例えば積層セラミックコンデンサの内部電極の材料として好適である。 Moreover, since the metal composite nickel nanoparticle containing the iron oxide according to the present invention contains triiron tetroxide (Fe 3 O 4 ) as a main component of the iron oxide, for example, an internal electrode of a multilayer ceramic capacitor It is suitable as a material.

各酢酸ニッケル錯体の構造を示す図であり、(a)は二座配位を、(b)は単座配位を、(c)は外圏にカルボン酸イオンが配位した状態を、それぞれ示す。It is a figure which shows the structure of each nickel acetate complex, (a) shows bidentate coordination, (b) shows monodentate coordination, (c) shows the state which the carboxylate ion coordinated to the outer sphere, respectively. . 実施例1で得られたナノ粒子のSEM写真を示す図である。1 is a view showing an SEM photograph of nanoparticles obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られたナノ粒子のX線回折図を示す図である。2 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of nanoparticles obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られたナノ粒子の熱膨張収縮の挙動を示す図である。It is a figure which shows the behavior of the thermal expansion shrinkage | contraction of the nanoparticle obtained in Example 1. FIG. 実施例2で得られたナノ粒子のSEM写真を示す図である。4 is a view showing an SEM photograph of nanoparticles obtained in Example 2. FIG. 実施例3で得られたナノ粒子のSEM写真を示す図である。4 is a view showing an SEM photograph of nanoparticles obtained in Example 3. FIG. 比較例1で得られたナノ粒子のSEM写真を示す図である。4 is a view showing an SEM photograph of nanoparticles obtained in Comparative Example 1. FIG. 比較例1で得られたナノ粒子の熱膨張収縮の挙動を示す図である。It is a figure which shows the behavior of the thermal expansion contraction of the nanoparticle obtained by the comparative example 1. FIG. 実施例5で得られたナノ粒子の熱膨張収縮の挙動を示す図である。It is a figure which shows the behavior of the thermal expansion contraction of the nanoparticle obtained in Example 5. FIG.

本発明の実施の形態について、詳細に説明する。まず、本実施の形態に係る鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子(以下、「ナノ粒子」と略称することがある)の製造方法について説明する。   Embodiments of the present invention will be described in detail. First, a method for producing metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide according to the present embodiment (hereinafter sometimes abbreviated as “nanoparticles”) will be described.

[鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子の製造方法]
本実施の形態に係る鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子の製造方法は、カルボン酸ニッケル、鉄塩及び1級アミンの混合物を、100℃〜165℃の範囲内の温度で加熱して錯化反応液を得る錯化反応液生成工程と、該錯化反応液を、マイクロ波照射によって170℃以上の温度に加熱して鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子スラリーを得るナノ粒子スラリー生成工程と、を備える。錯化反応液生成工程において、カルボン酸ニッケルと1級アミン及び鉄塩と1級アミンとの錯形成反応が行われてニッケル錯体及び鉄錯体を含む反応液が生成され、ナノ粒子スラリー生成工程において、ニッケル錯体及び鉄錯体並びに未反応のニッケルイオン及び鉄イオンが還元されて鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子スラリーが生成される。
[Method for producing metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide]
In the method for producing metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide according to the present embodiment, a mixture of nickel carboxylate, iron salt and primary amine is heated at a temperature in the range of 100 ° C to 165 ° C. A complexing reaction solution generating step for obtaining a complexing reaction solution, and nanoparticles for obtaining a metal composite nickel nanoparticle slurry containing iron oxide by heating the complexing reaction solution to a temperature of 170 ° C. or higher by microwave irradiation A slurry generation step. In the complexation reaction liquid production step, a complex formation reaction between nickel carboxylate and primary amine and iron salt and primary amine is performed to produce a reaction liquid containing nickel complex and iron complex. In the nanoparticle slurry production step, Then, the nickel complex and the iron complex and the unreacted nickel ion and iron ion are reduced to produce a metal composite nickel nanoparticle slurry containing iron oxide.

<錯化反応液生成工程>
錯化反応液生成工程は、カルボン酸ニッケル及び鉄塩と1級アミンとの錯形成反応を、中間生成物の単離精製を行わずに連続して反応を進めるワンポットで行うものであり、錯体を高い収率で得ることができ、好適である。このとき、錯化反応液生成工程において、上記混合物に代えて、(1)カルボン酸ニッケル及び1級アミンの混合物並びに(2)鉄塩及び1級アミンの混合物をそれぞれ別々に加熱し、得られるそれぞれの反応液を混合してもよい。
<Complexation reaction liquid production process>
The complexing reaction solution generation step is a one-pot in which the complexation reaction of nickel carboxylate and iron salt with a primary amine is carried out in one pot in which the reaction is continuously performed without isolation and purification of the intermediate product. Can be obtained in a high yield, which is preferable. At this time, in the complexation reaction liquid production step, instead of the above mixture, (1) a mixture of nickel carboxylate and primary amine and (2) a mixture of iron salt and primary amine are separately heated and obtained. You may mix each reaction liquid.

(カルボン酸ニッケル)
カルボン酸ニッケル(カルボン酸のニッケル塩)は、カルボン酸の種類を限定するものではなく、例えば、カルボキシ基が1つのモノカルボン酸であってもよく、また、カルボキシ基が2つ以上のカルボン酸であってもよい。また、非環式カルボン酸であってもよく、環式カルボン酸であってもよい。このようなカルボン酸ニッケルとして、非環式モノカルボン酸ニッケルを好適に用いることができ、非環式モノカルボン酸ニッケルのなかでも、酢酸ニッケルあるいは酢酸ニッケルよりも直鎖の長いプロピオン酸ニッケル、シュウ酸ニッケル等を用いることがより好ましい。これらの非環式モノカルボン酸ニッケルを用いることによって、例えば、得られるナノ粒子は、その形状のばらつきがより抑制され、均一な形状として形成されやすくなる。カルボン酸ニッケルは、無水物であってもよく、また水和物であってもよい。
(Nickel carboxylate)
The nickel carboxylate (nickel salt of carboxylic acid) is not limited to the type of carboxylic acid. For example, the carboxy group may be one monocarboxylic acid, or the carboxy group has two or more carboxylic acids. It may be. Moreover, acyclic carboxylic acid may be sufficient and cyclic carboxylic acid may be sufficient. As such nickel carboxylate, nickel acyclic monocarboxylate can be suitably used. Among the nickel acyclic monocarboxylates, nickel acetate or nickel propionate having a longer straight chain than nickel acetate, It is more preferable to use nickel acid or the like. By using these acyclic nickel monocarboxylates, for example, the resulting nanoparticles are more easily formed in a uniform shape, with variations in shape being more suppressed. The nickel carboxylate may be an anhydride or a hydrate.

なお、カルボン酸ニッケルに代えて、塩化ニッケル、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、炭酸ニッケル、水酸化ニッケル等の無機塩を用いることも考えられるが、無機塩の場合、解離(分解)が高温であるため、解離後のニッケルイオン(又はニッケル錯体)を還元する過程で更なる高い温度での加熱が必要となるため好ましくない。また、Ni(acac)2(β−ジケトナト錯体)、ステアリン酸ニッケル等の有機配位子により構成されるニッケル塩を用いることも考えられるが、これらのニッケル塩を用いると、原料コストが高くなり好ましくない。 In addition, it is possible to use inorganic salts such as nickel chloride, nickel nitrate, nickel sulfate, nickel carbonate, nickel hydroxide instead of nickel carboxylate, but in the case of inorganic salts, dissociation (decomposition) is high temperature. In the process of reducing the dissociated nickel ions (or nickel complex), heating at a higher temperature is required, which is not preferable. It is also possible to use nickel salts composed of organic ligands such as Ni (acac) 2 (β-diketonato complex) and nickel stearate. However, using these nickel salts increases the cost of raw materials. It is not preferable.

(鉄塩)
鉄塩としては、適宜の鉄化合物を用いることができ、例えば、ハロゲン化物であってもよく、また、カルボン酸鉄であってもよい。鉄塩として2価のカルボン酸鉄(II)又は3価のカルボン酸鉄(III)を用いることがより好ましい。鉄塩をカルボン酸ニッケルとともに用いることで、得られるナノ粒子が複合金属となり、鉄塩を用いないときに得られる金属ニッケルナノ粒子に比べて、その焼結温度が上昇する。
(Iron salt)
As the iron salt, an appropriate iron compound can be used. For example, it may be a halide or iron iron carboxylate. More preferably, divalent iron (II) carboxylate or trivalent iron (III) carboxylate is used as the iron salt. By using the iron salt together with nickel carboxylate, the obtained nanoparticles become a composite metal, and the sintering temperature is increased compared to the metal nickel nanoparticles obtained when no iron salt is used.

ナノ粒子に含有する鉄量は、使用する鉄塩の量によって制御することができる。使用する鉄塩の量は、得られるナノ粒子中の鉄元素の量がニッケル元素と鉄元素の合計量100質量部に対し5〜50質量部の範囲内となるようにすることが好ましく、より好ましくは5〜40質量部の範囲内となるようにする。使用する鉄塩の量が過小であると、得られるナノ粒子の焼結温度を向上させることが困難となり、また、使用する鉄塩の量が過大であると、高温条件下で使用するときのナノ粒子の焼結過程においてナノ粒子の熱膨張が生じやすくなり、例えばナノ粒子を積層セラミックコンデンサの内部電極用途に使用した場合、層間剥離やクラックを生じるおそれがある。   The amount of iron contained in the nanoparticles can be controlled by the amount of iron salt used. The amount of iron salt to be used is preferably such that the amount of iron element in the obtained nanoparticles is in the range of 5 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of nickel element and iron element, Preferably it shall be in the range of 5-40 mass parts. If the amount of iron salt used is too small, it will be difficult to improve the sintering temperature of the resulting nanoparticles, and if the amount of iron salt used is excessive, it will be difficult to use under high temperature conditions. In the sintering process of the nanoparticles, thermal expansion of the nanoparticles is likely to occur. For example, when the nanoparticles are used for an internal electrode of a multilayer ceramic capacitor, there is a possibility of causing delamination or cracks.

なお、本発明のナノ粒子の熱膨張については、例えば熱機械分析装置(TMA;Thermomechanical Analysis)により評価した際に、特に800℃以上の温度でナノ粒子の熱膨張を確認することができる。   In addition, about the thermal expansion of the nanoparticle of this invention, when evaluated, for example with a thermomechanical analyzer (TMA; Thermomechanical Analysis), the thermal expansion of a nanoparticle can be confirmed especially at the temperature of 800 degreeC or more.

(1級アミン)
1級アミンは、ニッケルイオンとの錯体を形成することができ、ニッケル錯体(又はニッケルイオン)に対する還元能を効果的に発揮する。一方、2級アミンは立体障害が大きいため、ニッケル錯体の良好な形成を阻害するおそれがあり、3級アミンはニッケルイオンの還元能を有しないため、いずれも使用できない。
(Primary amine)
The primary amine can form a complex with nickel ions, and effectively exhibits a reducing ability for nickel complexes (or nickel ions). On the other hand, secondary amines have great steric hindrance and may hinder good formation of nickel complexes, and tertiary amines cannot be used because they do not have the ability to reduce nickel ions.

1級アミンは、ニッケルイオンとの錯体を形成できるものであれば、特に限定するものではなく、常温で固体又は液体のものが使用できる。ここで、常温とは、20℃±15℃をいう。常温で液体の1級アミンは、ニッケル錯体を形成する際の有機溶媒としても機能する。なお、常温で固体の1級アミンであっても、100℃以上の加熱によって液体であるか、又は有機溶媒を用いて溶解するものであれば、特に問題はない。   The primary amine is not particularly limited as long as it can form a complex with nickel ions, and can be a solid or liquid at room temperature. Here, room temperature means 20 ° C. ± 15 ° C. The primary amine that is liquid at room temperature also functions as an organic solvent for forming the nickel complex. In addition, even if it is a primary amine solid at normal temperature, there is no particular problem as long as it is liquid by heating at 100 ° C. or higher, or can be dissolved using an organic solvent.

1級アミンは、芳香族1級アミンであってもよいが、反応液におけるニッケル錯体形成の容易性の観点からは脂肪族1級アミンが好適である。脂肪族1級アミンは、例えばその炭素鎖の長さを調整することによって生成するナノ粒子の粒径を制御することができ、特に平均粒径が50nm〜100nmの範囲内にあるナノ粒子を製造する場合において有利である。ナノ粒子の粒径を制御する観点から、脂肪族1級アミンは、その炭素数が6〜20程度のものから選択して用いることが好適である。炭素数が多いほど得られるナノ粒子の粒径が小さくなる。このようなアミンとして、例えばオクチルアミン、トリオクチルアミン、ジオクチルアミン、ヘキサデシルアミン、ドデシルアミン、テトラデシルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミン、ミリスチルアミン、ラウリルアミン等を挙げることができる。例えばオレイルアミンは、ナノ粒子生成過程に於ける温度条件下において液体状態として存在するため均一溶液での反応を効率的に進行できる。   The primary amine may be an aromatic primary amine, but an aliphatic primary amine is preferred from the viewpoint of easy nickel complex formation in the reaction solution. Aliphatic primary amines can control the particle size of the produced nanoparticles, for example, by adjusting the length of the carbon chain, and in particular, produce nanoparticles having an average particle size in the range of 50 nm to 100 nm. This is advantageous. From the viewpoint of controlling the particle size of the nanoparticles, the aliphatic primary amine is preferably selected from those having about 6 to 20 carbon atoms. The larger the number of carbons, the smaller the particle size of the resulting nanoparticles. Examples of such amines include octylamine, trioctylamine, dioctylamine, hexadecylamine, dodecylamine, tetradecylamine, stearylamine, oleylamine, myristylamine, and laurylamine. For example, oleylamine exists in a liquid state under the temperature conditions in the nanoparticle production process, and therefore can efficiently proceed with a reaction in a homogeneous solution.

1級アミンは、ナノ粒子の生成時に表面修飾剤として機能するため、1級アミンの除去後においても二次凝集を抑制できる。又、1級アミンは、還元反応後の生成したナノ粒子の固体成分と溶剤又は未反応の1級アミン等を分離する洗浄工程における処理操作の容易性の観点からも好ましい。更に、1級アミンは、ニッケル錯体を還元してニッケルナノ粒子を得るときの反応制御の容易性の観点からは還元温度より沸点が高いものが好ましい。すなわち、脂肪族1級アミンにおいては沸点が180℃以上のものが好ましく、200℃以上のものがより好ましく、炭素数が9以上が好ましい。ここで、例えば炭素数が9である脂肪族アミンのC21N(ノニルアミン)の沸点は201℃である。1級アミンの量は、ニッケル1molに対して2mol以上用いることが好ましく、2.2mol以上用いることがより好ましく、4mol以上用いることが望ましい。1級アミンの量が2mol未満では、得られるニッケルナノ粒子の粒子径の制御が困難となり、粒子径がばらつきやすくなる。また、1級アミンの量の上限は特にはないが、例えば生産性の観点からは20mol以下程度とする。 Since the primary amine functions as a surface modifier during the production of the nanoparticles, secondary aggregation can be suppressed even after removal of the primary amine. The primary amine is also preferable from the viewpoint of ease of processing operation in the washing step of separating the solid component of the produced nanoparticles after the reduction reaction from the solvent or the unreacted primary amine. Further, the primary amine is preferably one having a boiling point higher than the reduction temperature from the viewpoint of ease of reaction control when the nickel complex is reduced to obtain nickel nanoparticles. That is, the aliphatic primary amine preferably has a boiling point of 180 ° C. or higher, more preferably 200 ° C. or higher, and preferably has 9 or more carbon atoms. Here, for example, the boiling point of C 9 H 21 N (nonylamine) of an aliphatic amine having 9 carbon atoms is 201 ° C. The amount of primary amine is preferably 2 mol or more, more preferably 2.2 mol or more, and more preferably 4 mol or more with respect to 1 mol of nickel. When the amount of primary amine is less than 2 mol, it is difficult to control the particle diameter of the nickel nanoparticles obtained, and the particle diameter tends to vary. The upper limit of the amount of primary amine is not particularly limited, but is, for example, about 20 mol or less from the viewpoint of productivity.

(有機溶媒)
均一溶液での反応をより効率的に進行させるために、1級アミンとは別の有機溶媒を新たに添加してもよい。有機溶媒を用いる場合、有機溶媒をカルボン酸ニッケル及び1級アミンと同時に混合してもよいが、カルボン酸ニッケル及び1級アミンをまず混合し錯形成した後に有機溶媒を加えると、1級アミンが効率的にニッケル原子に配位するので、より好ましい。使用できる有機溶媒としては、1級アミンとニッケルイオンとの錯形成を阻害しないものであれば、特に限定するものではなく、例えば炭素数4〜30のエーテル系有機溶媒、炭素数7〜30の飽和又は不飽和の炭化水素系有機溶媒、炭素数8〜18のアルコール系有機溶媒等を使用することができる。また、マイクロ波照射による加熱条件下でも使用を可能とする観点から、使用する有機溶媒は、沸点が170℃以上のものを選択することが好ましく、より好ましくは200〜300℃の範囲内にあるものを選択することがよい。このような有機溶媒の具体例としては、例えばテトラエチレングリコール、n−オクチルエーテル等が挙げられる。
(Organic solvent)
In order to proceed the reaction in a homogeneous solution more efficiently, an organic solvent other than the primary amine may be newly added. When an organic solvent is used, the organic solvent may be mixed with the nickel carboxylate and the primary amine. However, when the organic solvent is added after first mixing the nickel carboxylate and the primary amine to form a complex, It is more preferable because it efficiently coordinates to a nickel atom. The organic solvent that can be used is not particularly limited as long as it does not inhibit the complex formation between the primary amine and the nickel ion. For example, the organic solvent having 4 to 30 carbon atoms, 7 to 30 carbon atoms, and the like. A saturated or unsaturated hydrocarbon organic solvent, an alcohol organic solvent having 8 to 18 carbon atoms, or the like can be used. Moreover, from the viewpoint of enabling use even under heating conditions by microwave irradiation, it is preferable to select an organic solvent having a boiling point of 170 ° C. or higher, more preferably in the range of 200 to 300 ° C. It is better to choose one. Specific examples of such an organic solvent include tetraethylene glycol and n-octyl ether.

2価のニッケルイオンは配位子置換活性種として知られており、形成する錯体の配位子は温度、濃度によって容易に配位子交換により変化する可能性がある。例えばカルボン酸ニッケル及び1級アミンの混合物を加熱して反応液を得る工程において、用いるアミンの炭素鎖長等の立体障害を考慮すると、例えば、図1に示すように、カルボン酸イオン(RCOO、RCOO)が二座配位(a)又は単座配位(b)いずれかで配位する可能性があり、更にアミンの濃度が大過剰の場合は外圏にカルボン酸イオンが存在する構造(c)をとる可能性がある。反応温度(還元温度)において均一溶液とするには少なくともA、B、C、D、E、Fの配位子のうち少なくとも一箇所は1級アミンが配位している必要がある。その状態をとるには、1級アミンが過剰に反応溶液内に存在している必要があり、少なくともニッケルイオン1molに対し2mol以上存在していることが好ましく、2.2mol以上存在していることがより好ましく、4mol以上存在していることが望ましい。 The divalent nickel ion is known as a ligand-substituted active species, and the ligand of the complex to be formed may easily change by ligand exchange depending on the temperature and concentration. For example in the step of heating the mixture of nickel carboxylate and primary amine to obtain a reaction solution, considering the steric hindrance of the carbon chain length of the amine or the like used, for example, as shown in FIG. 1, a carboxylate ion (R 1 COO, R 2 COO) may be coordinated by either bidentate coordination (a) or monodentate coordination (b), and when the amine concentration is in large excess, carboxylate ions are present in the outer sphere. The structure (c) to be taken may be taken. In order to obtain a homogeneous solution at the reaction temperature (reduction temperature), at least one of the ligands of A, B, C, D, E, and F must be coordinated with a primary amine. In order to take this state, it is necessary that the primary amine is excessively present in the reaction solution, and it is preferable that at least 2 mol per 1 mol of nickel ions is present, and 2.2 mol or more exist. It is more preferable that 4 mol or more is present.

鉄イオンについてもニッケルイオンと類似の挙動をとり、錯体を形成するものと考えられる。このため、1級アミンは鉄イオンに対しても過剰量存在する必要がある。   It is considered that iron ions behave similarly to nickel ions and form complexes. For this reason, the primary amine must be present in an excessive amount with respect to iron ions.

この錯形成反応は室温においても進行することができるが、反応を確実かつより効率的に行うために、100℃〜165℃の範囲内の温度で加熱を行う。この加熱は、カルボン酸ニッケルとして、例えば酢酸ニッケル4水和物のようなカルボン酸ニッケルの水和物を用いた場合に特に有利である。加熱温度は、好ましくは100℃を超える温度とし、より好ましくは105℃以上の温度とすることで、カルボン酸ニッケルに配位した配位水と1級アミンとの配位子置換反応が効率よく行われ、この錯体配位子としての水分子を解離させることができ、更にその水を系外に出すことができるので効率よく錯体を形成させることができる。また、加熱温度は、後に続くニッケル錯体(又はニッケルイオン)のマイクロ波照射による加熱還元の過程と確実に分離し、前記の錯形成反応を完結させるという観点から、好ましくは160℃以下、より好ましくは150℃以下とすることがよい。   This complexing reaction can proceed even at room temperature, but heating is performed at a temperature within the range of 100 ° C. to 165 ° C. in order to carry out the reaction reliably and more efficiently. This heating is particularly advantageous when a nickel carboxylate hydrate such as nickel acetate tetrahydrate is used as the nickel carboxylate. The heating temperature is preferably a temperature exceeding 100 ° C., more preferably a temperature of 105 ° C. or more, so that the ligand substitution reaction between the coordinating water coordinated with nickel carboxylate and the primary amine is efficient. The water molecule as the complex ligand can be dissociated, and the water can be discharged out of the system, so that the complex can be formed efficiently. In addition, the heating temperature is preferably 160 ° C. or less, more preferably from the viewpoint of separating from the subsequent heat reduction process by microwave irradiation of the nickel complex (or nickel ions) and completing the complex formation reaction. Is preferably 150 ° C. or lower.

加熱時間は、加熱温度や、各原料の含有量に応じて適宜決定することができるが、錯形成反応を確実に完結させるという観点から、10分以上とすることが好ましい。加熱時間の上限は特にないが、長時間加熱することは、エネルギー消費及び工程時間を節約する観点から無駄である。なお、この加熱の方法は、特に制限されず、例えばオイルバスなどの熱媒体による加熱であっても、マイクロ波照射による加熱であってもよい。   The heating time can be appropriately determined according to the heating temperature and the content of each raw material, but is preferably 10 minutes or more from the viewpoint of reliably completing the complex formation reaction. Although there is no upper limit on the heating time, heating for a long time is useless from the viewpoint of saving energy consumption and process time. The heating method is not particularly limited, and may be heating by a heat medium such as an oil bath or heating by microwave irradiation.

カルボン酸ニッケルと1級アミンとの錯形成反応(鉄塩も同様)は、カルボン酸ニッケルと1級アミンを混合して得られる溶液を加熱したときに、溶液の色の変化によって確認することができる。また、この錯形成反応は、例えば紫外・可視吸収スペクトル測定装置を用いて、300nm〜750nmの波長領域において観測される吸収スペクトルの吸収極大の波長を測定し、原料の極大吸収波長(例えば酢酸ニッケル四水和物ではその極大吸収波長は710nmである。)に対する反応液のシフトを観測することによって確認することができる。カルボン酸ニッケル及び鉄塩と1級アミンとの錯形成が行われた後、得られる反応液を、次に説明するように、マイクロ波照射によって加熱することにより、ニッケル錯体のニッケルイオンが還元され、ニッケルイオンに配位しているカルボン酸イオンが同時に分解し、最終的に酸化数が0価のニッケルを含有する金属複合ニッケルナノ粒子が生成する。一般にカルボン酸ニッケルは水を溶媒とする以外の条件では難溶性であり、マイクロ波照射による加熱還元反応の前段階として、カルボン酸ニッケル及び鉄塩を含む溶液は均一反応溶液とする必要がある。これに対して、本実施の形態で使用される1級アミンは、使用温度条件で液体であり、かつそれがニッケルイオン及び鉄イオンに配位することで液化し、均一反応溶液を形成すると考えられる。   The complex formation reaction between nickel carboxylate and primary amine (as well as iron salts) can be confirmed by the change in color of the solution when the solution obtained by mixing nickel carboxylate and primary amine is heated. it can. In addition, this complex formation reaction is carried out by measuring the absorption maximum wavelength of the absorption spectrum observed in the wavelength region of 300 nm to 750 nm using, for example, an ultraviolet / visible absorption spectrum measuring apparatus, and measuring the maximum absorption wavelength of the raw material (for example, nickel acetate). In tetrahydrate, the maximum absorption wavelength is 710 nm.), And this can be confirmed by observing the shift of the reaction solution with respect to. After complexation of nickel carboxylate and iron salt with primary amine is performed, the resulting reaction solution is heated by microwave irradiation to reduce the nickel ions of the nickel complex as described below. Then, the carboxylate ions coordinated to the nickel ions are simultaneously decomposed, and finally metal composite nickel nanoparticles containing nickel having an oxidation number of 0 are generated. In general, nickel carboxylate is hardly soluble under conditions other than using water as a solvent, and a solution containing nickel carboxylate and an iron salt needs to be a homogeneous reaction solution as a pre-stage of a heat reduction reaction by microwave irradiation. On the other hand, the primary amine used in the present embodiment is liquid at the operating temperature conditions, and is thought to be liquefied by coordination with nickel ions and iron ions to form a homogeneous reaction solution. It is done.

<ナノ粒子スラリー生成工程>
本実施の形態に係る鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子の製造方法は、カルボン酸ニッケル及び鉄塩(あるいは、カルボン酸ニッケル又は鉄塩)と1級アミンとの錯形成反応によって得られた反応液(又は混合液)を、マイクロ波照射によって170℃以上の温度に加熱する。マイクロ波照射によって加熱する温度は、得られるナノ粒子の形状のばらつきを抑制するという観点から、好ましくは180℃以上、より好ましくは200℃以上とすることがよい。加熱温度の上限は特にないが、処理を能率的に行う観点からは例えば270℃以下程度とすることが好適である。加熱時間は特に限定するものではなく、例えば2〜10分程度とすることができる。なお、マイクロ波の使用波長は、特に限定するものではなく、例えば2.45GHzである。
<Nanoparticle slurry production process>
The method for producing metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide according to the present embodiment is obtained by complex formation reaction between nickel carboxylate and iron salt (or nickel carboxylate or iron salt) and primary amine. The reaction solution (or mixed solution) is heated to a temperature of 170 ° C. or higher by microwave irradiation. The temperature for heating by microwave irradiation is preferably 180 ° C. or higher, more preferably 200 ° C. or higher, from the viewpoint of suppressing variation in the shape of the obtained nanoparticles. The upper limit of the heating temperature is not particularly limited, but is preferably about 270 ° C. or less from the viewpoint of efficiently performing the treatment. The heating time is not particularly limited, and can be, for example, about 2 to 10 minutes. In addition, the use wavelength of a microwave is not specifically limited, For example, it is 2.45 GHz.

ナノ粒子スラリー生成工程では、マイクロ波が反応液内(又は混合液内)に浸透するため、均一加熱が行われ、かつ、エネルギーを媒体に直接与えることができるため、急速加熱を行うことができる。これにより、反応液全体を所望の均一な温度にすることができ、ニッケル錯体(又はニッケルイオン)の還元、核生成、核成長各々の過程を溶液全体において同時に生じさせ、粒径分布の狭い単分散な粒子を短時間で容易に製造することができる。この製造過程で、反応液中(又は混合液中)に存在する鉄錯体(又は鉄イオン)は、主にFe(四酸化三鉄)となり、ニッケル(0価)と複合化するものと考えられる。Fe(四酸化三鉄)は、X線回折装置(XRD;X‐ray
diffraction)を用いて同定できる。なお、Feは鉄酸化物として、ニッケルの置換型固溶体であるNiFe(ニッケルフェライト)という態様で存在しているとも考えられる。
In the nanoparticle slurry generation step, since microwaves penetrate into the reaction liquid (or the mixed liquid), uniform heating is performed and energy can be directly applied to the medium, so that rapid heating can be performed. . As a result, the entire reaction solution can be brought to a desired uniform temperature, and the processes of reduction, nucleation, and nucleation of the nickel complex (or nickel ions) are simultaneously generated in the entire solution, and the single particle size distribution is narrow. Dispersed particles can be easily produced in a short time. In this manufacturing process, the iron complex (or iron ion) present in the reaction solution (or in the mixed solution) is mainly Fe 3 O 4 (triiron tetroxide), which is combined with nickel (zero-valent). it is conceivable that. Fe 3 O 4 (triiron tetroxide) is an X-ray diffractometer (XRD; X-ray).
diffraction). Note that Fe 3 O 4 may be present as an iron oxide in the form of NiFe 2 O 3 (nickel ferrite), which is a nickel substitutional solid solution.

均一な粒径を有するナノ粒子を生成させるには、錯化反応液生成工程(ニッケル錯体の生成が行われる工程)でニッケル錯体を均一にかつ十分に生成させることと、ナノ粒子スラリー生成工程(マイクロ波照射によって加熱する工程)で、ニッケル錯体(又はニッケルイオン)の還元により生成するニッケル(0価)の核の同時発生・成長を行う必要がある。すなわち、錯化反応液生成工程の加熱温度を上記の特定の範囲内で調整し、ナノ粒子スラリー生成工程の加熱温度よりも確実に低くしておくことで、粒径・形状の整った粒子が生成し易い。例えば、錯化反応液生成工程で加熱温度が高すぎるとニッケル錯体の生成とニッケル(0価)への還元反応が同時に進行し、ナノ粒子スラリー生成工程での粒子形状の整った粒子の生成が困難となるおそれがある。また、ナノ粒子スラリー生成工程の加熱温度が低すぎるとニッケル(0価)への還元反応速度が遅くなり核の発生が少なくなるため粒子が大きくなるだけでなく、ナノ粒子の収率の点からも好ましくはない。   In order to generate nanoparticles having a uniform particle size, a nickel complex is uniformly and sufficiently generated in a complexing reaction liquid generation step (a step where nickel complex is generated), and a nanoparticle slurry generation step ( In the step of heating by microwave irradiation), it is necessary to simultaneously generate and grow nickel (zero-valent) nuclei generated by reduction of the nickel complex (or nickel ions). In other words, by adjusting the heating temperature of the complexing reaction liquid generation step within the above specific range and ensuring that it is lower than the heating temperature of the nanoparticle slurry generation step, particles having a uniform particle size and shape can be obtained. Easy to generate. For example, if the heating temperature is too high in the complexing reaction liquid generation process, the formation of a nickel complex and the reduction reaction to nickel (zero valence) proceed simultaneously, and the generation of particles with a uniform particle shape in the nanoparticle slurry generation process May be difficult. In addition, if the heating temperature in the nanoparticle slurry generation step is too low, the reduction reaction rate to nickel (zero valence) is slowed and the generation of nuclei is reduced, so that not only the particles are enlarged, but also from the viewpoint of the yield of nanoparticles. Is also not preferred.

マイクロ波照射によって加熱して得られる金属複合ニッケルナノ粒子スラリー(ナノ粒子スラリー)を、例えば、静置分離し、上澄み液を取り除いた後、適当な溶媒を用いて洗浄し、乾燥することで、金属複合ニッケルナノ粒子(ナノ粒子)が得られる。   Metal composite nickel nanoparticle slurry (nanoparticle slurry) obtained by heating by microwave irradiation, for example, standing and separating, removing the supernatant liquid, washing with a suitable solvent, and drying, Metal composite nickel nanoparticles (nanoparticles) are obtained.

ナノ粒子スラリー生成工程においては、必要に応じ、前述した有機溶媒を加えてもよい。なお、前記したように、錯形成反応に使用する1級アミンを有機溶媒としてそのまま用いることは、本発明の好適な実施の形態である。   In the nanoparticle slurry generation step, the organic solvent described above may be added as necessary. As described above, it is a preferred embodiment of the present invention to use the primary amine used in the complex formation reaction as an organic solvent as it is.

<金属塩の添加>
本実施の形態に係る鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子の製造方法において、遅くともマイクロ波を照射する前(ナノ粒子スラリー生成工程の前)に、パラジウム塩、銀塩、白金塩及び金塩からなる金属塩群から選択される1又は2以上の金属塩を加える工程を更に有することが好ましい。
<Addition of metal salt>
In the method for producing metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide according to the present embodiment, at the latest, before irradiation with microwaves (before the nanoparticle slurry generation step), palladium salt, silver salt, platinum salt and gold It is preferable to further include a step of adding one or more metal salts selected from the group of metal salts consisting of salts.

金属塩は、いずれも塩の種類を特に限定するものではない。塩を構成する酸(酸基)として、塩酸、硝酸、硫酸及び酢酸を用いることは好適な実施の形態である。白金塩及び金塩については、例えば塩化白金酸や塩化金酸を用いることも好適な実施の形態である。   The metal salt does not particularly limit the type of salt. The use of hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid and acetic acid as the acid (acid group) constituting the salt is a preferred embodiment. For the platinum salt and gold salt, for example, chloroplatinic acid or chloroauric acid is also a preferred embodiment.

金属塩の量は特に限定するものでないが、カルボン酸ニッケルのニッケル元素及び鉄塩の鉄元素の合計量100質量部に対して金属塩を金属基準で0.01質量部以上加えると好適である。金属塩の量の上限は特にないが、例えば発明の効果とコストのバランス等を勘案して、カルボン酸ニッケルのニッケル元素及び鉄塩の鉄元素の合計量100質量部に対して10質量部以下に設定することができる。   The amount of the metal salt is not particularly limited, but it is preferable that the metal salt is added in an amount of 0.01 parts by mass or more on a metal basis with respect to 100 parts by mass of the total amount of nickel element of nickel carboxylate and iron element of iron salt. . The upper limit of the amount of the metal salt is not particularly limited. For example, in consideration of the balance between the effect of the invention and the cost, the nickel element of the nickel carboxylate and the iron element of the iron salt are 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass. Can be set to

本実施の形態の鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子の製造方法では、マイクロ波照射によって反応液(又は混合液)を加熱することにより、ニッケル錯体(又はニッケルイオン)の還元、核生成、核成長の各々の過程を溶液全体において同時に生じさせる。このとき、上記金属塩を添加しておくことによって、先に生成するパラジウムや銀の微粒子を核として、その表面にニッケルが生成し、成長するものと考えられる。これにより、粒径・形状の整った粒子が生成し易くなる。   In the method for producing metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide according to the present embodiment, the reaction solution (or mixed solution) is heated by microwave irradiation to reduce the nickel complex (or nickel ion) and nucleate. Each process of nucleation occurs simultaneously in the entire solution. At this time, it is considered that by adding the above-mentioned metal salt, nickel is generated and grown on the surface of the fine particles of palladium or silver generated earlier as nuclei. Thereby, it becomes easy to produce | generate the particle | grains in which the particle size and shape were arranged.

<表面修飾剤>
本実施の形態に係る鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子の製造方法において、ナノ粒子の粒径を制御すること、且つ、ナノ粒子の分散性を向上させることを目的として表面修飾剤を添加することができる。例えばポリビニルピロリドン(PVP)、ポリエチレンイミン、ポリアクリルアミド等の高分子樹脂、ミリスチン酸、オレイン酸等の長鎖カルボン酸又はカルボン酸塩等を添加することができる。但し、得られるナノ粒子の表面修飾量が多いと、ニッケル電極用の導電性ペーストに用いる場合、ニッケル粒子をペーストして高温で焼成すると充填密度の減少を招き、層間剥離やクラックを生じる可能性があるため、得られるナノ粒子を洗浄した後の表面修飾量は可能な限り少ない方が好ましい。従って、表面修飾剤の添加量は、ニッケル元素及び鉄塩の鉄元素の合計量100質量部に対して0.1以上100質量部以下の範囲内とすることが好ましい。表面修飾剤は、錯化反応液生成工程におけるカルボン酸ニッケル、鉄塩及び1級アミンの混合物の段階で添加してもよく、錯化反応液生成工程で得られる錯化反応液に添加してもよいが、好ましくは、添加タイミングは錯化反応後か、金属複合ニッケルナノ粒子の生成後がよい。
<Surface modifier>
In the method for producing metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide according to the present embodiment, a surface modifier is used for the purpose of controlling the particle size of the nanoparticles and improving the dispersibility of the nanoparticles. Can be added. For example, a polymer resin such as polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyethyleneimine, or polyacrylamide, a long-chain carboxylic acid such as myristic acid or oleic acid, a carboxylate, or the like can be added. However, if the surface modification amount of the obtained nanoparticles is large, when used as a conductive paste for nickel electrodes, paste density of nickel particles and firing at high temperatures may lead to a decrease in packing density, resulting in delamination and cracks. Therefore, the surface modification amount after washing the obtained nanoparticles is preferably as small as possible. Therefore, it is preferable that the addition amount of the surface modifier is in the range of 0.1 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of nickel element and iron element of the iron salt. The surface modifier may be added at the stage of the mixture of nickel carboxylate, iron salt and primary amine in the complexing reaction liquid production process, or added to the complexation reaction liquid obtained in the complexation reaction liquid production process. However, the timing of addition is preferably after the complexation reaction or after the formation of the metal composite nickel nanoparticles.

以上説明した本実施の形態に係る鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子の製造方法により、粒径が150nm以下、より好ましくは10〜120nmの範囲内であり、かつ均一であって、また、特に焼結温度が従来のニッケル粒子(例えば、特許文献3で開示されているニッケルナノ粒子)に比べて50℃以上(好ましくは100℃以上)高い複合ニッケルナノ粒子を得ることができる。このように焼結温度が高い複合ニッケルナノ粒子は、例えば積層セラミックコンデンサの内部電極の材料として好適に用いることができる。また、カルボン酸ニッケルに対する鉄塩の配合割合を高めた原料を用いて得られる、Feの比率の高い金属複合ニッケルナノ粒子は、Feの重要で多様な用途、例えば磁性流体、高品質トナー又は診断医学等に好適に用いることができる。 By the method for producing metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide according to the present embodiment described above, the particle size is 150 nm or less, more preferably in the range of 10 to 120 nm, and uniform, In particular, composite nickel nanoparticles having a sintering temperature higher by 50 ° C. or more (preferably 100 ° C. or more) than conventional nickel particles (for example, nickel nanoparticles disclosed in Patent Document 3) can be obtained. Thus, the composite nickel nanoparticles having a high sintering temperature can be suitably used as a material for internal electrodes of a multilayer ceramic capacitor, for example. In addition, metal composite nickel nanoparticles having a high ratio of Fe 3 O 4 obtained by using a raw material having a higher ratio of iron salt to nickel carboxylate are used in various important applications of Fe 3 O 4 such as magnetic fluids. It can be suitably used for high-quality toner or diagnostic medicine.

[金属複合ニッケルナノ粒子]
次に、本実施の形態に係る金属複合ニッケルナノ粒子について説明する。
[Metal composite nickel nanoparticles]
Next, the metal composite nickel nanoparticles according to the present embodiment will be described.

本実施の形態に係る金属複合ニッケルナノ粒子は、鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子であって、ニッケル元素、鉄元素及び酸素元素の合計量が金属複合ニッケルナノ粒子100質量部に対し95質量部以上であり、鉄元素の量がニッケル元素と鉄元素の合計量100質量部に対し5〜50質量部の範囲内にあり、平均粒径が30nm〜150nmの範囲内にあり、鉄酸化物が四酸化三鉄を主成分とする。   The metal composite nickel nanoparticles according to the present embodiment are metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide, and the total amount of nickel element, iron element and oxygen element is 100 parts by mass of metal composite nickel nanoparticles. 95 parts by mass or more, the amount of iron element is in the range of 5 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of nickel element and iron element, the average particle size is in the range of 30 nm to 150 nm, iron The oxide is composed mainly of triiron tetroxide.

本実施の形態に係る金属複合ニッケルナノ粒子は、上記した本実施の形態に係る鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子の製造方法により、好適に得ることができる。   The metal composite nickel nanoparticles according to the present embodiment can be suitably obtained by the above-described method for producing metal composite nickel nanoparticles containing the iron oxide according to the present embodiment.

本実施の形態に係る金属複合ニッケルナノ粒子において、ニッケル元素、鉄元素及び酸素元素の合計量が過小であると、有機アミンが低温(200〜300℃)で揮発するため、焼結過程においてナノ粒子の質量損失が生じやすくなり、ニッケルの充填密度が低くなる。その結果、例えばナノ粒子を積層セラミックコンデンサの内部電極用途に使用した場合、層間剥離やクラックを生じるおそれがある。なお、ナノ粒子の質量損失については、例えば熱質量測定(TGA)により評価することができる。従って、ニッケル元素、鉄元素及び酸素元素の合計量は、金属複合ニッケルナノ粒子100質量部に対し97質量部以上であるとより好ましく、99質量部以上であると更に好ましい。金属複合ニッケルナノ粒子のニッケル元素、鉄元素及び酸素元素を除く残部は、ニッケルナノ粒子の表面をコーティングしている有機アミンである。ナノ粒子にコーティングされた有機アミンは、ナノ粒子の安定性、分散性を向上させる。   In the metal composite nickel nanoparticles according to the present embodiment, if the total amount of nickel element, iron element and oxygen element is too small, the organic amine volatilizes at a low temperature (200 to 300 ° C.). Particle mass loss tends to occur, and the nickel packing density decreases. As a result, for example, when nanoparticles are used for an internal electrode of a multilayer ceramic capacitor, there is a risk of delamination or cracks. In addition, about the mass loss of a nanoparticle, it can evaluate by thermal mass measurement (TGA), for example. Therefore, the total amount of nickel element, iron element, and oxygen element is more preferably 97 parts by mass or more, and further preferably 99 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the metal composite nickel nanoparticles. The remainder of the metal composite nickel nanoparticles excluding nickel element, iron element and oxygen element is organic amine coating the surface of the nickel nanoparticles. The organic amine coated on the nanoparticles improves the stability and dispersibility of the nanoparticles.

本実施の形態に係る金属複合ニッケルナノ粒子において、鉄元素の割合が過小であると、ナノ粒子の焼結温度を十分に上げることが困難となり、一方、鉄元素の割合が過大であると、焼結過程においてナノ粒子の熱膨張が生じやすくなり、例えばナノ粒子を積層セラミックコンデンサの内部電極用途に使用した場合、層間剥離やクラックを生じるおそれがある。従って、鉄元素の量は、ニッケル元素と鉄元素の合計量100質量部に対し好ましくは5〜40質量部である。なお、鉄、ニッケル等の各元素の量は、元素分析装置により測定することができる。   In the metal composite nickel nanoparticles according to the present embodiment, if the ratio of the iron element is too small, it becomes difficult to sufficiently raise the sintering temperature of the nanoparticles, whereas, if the ratio of the iron element is excessive, Thermal expansion of the nanoparticles is likely to occur during the sintering process. For example, when the nanoparticles are used for internal electrodes of a multilayer ceramic capacitor, there is a risk of delamination or cracking. Therefore, the amount of the iron element is preferably 5 to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the nickel element and the iron element. The amount of each element such as iron and nickel can be measured with an elemental analyzer.

金属複合ニッケルナノ粒子の平均粒径は、好ましくは30nm〜120nmの範囲内、より好ましくは50nm〜100nmの範囲内にある。また、金属複合ニッケルナノ粒子の平均粒径が100nm以下である場合には、特に耐焼結性(焼結温度が高く、焼結しにくいことをいう。)の効果が有効に発揮される。ここで、平均粒径は、SEM(走査電子顕微鏡)により粉末の写真を撮影して、そのなかから無作為に200個を抽出したものの面積平均粒径である。   The average particle diameter of the metal composite nickel nanoparticles is preferably in the range of 30 nm to 120 nm, more preferably in the range of 50 nm to 100 nm. In addition, when the average particle diameter of the metal composite nickel nanoparticles is 100 nm or less, the effect of sintering resistance (which means that the sintering temperature is high and sintering is difficult) is effectively exhibited. Here, the average particle diameter is an area average particle diameter of a powder photograph taken by SEM (scanning electron microscope) and randomly extracted 200 particles.

また、粒度分布がシャープであることは、より好ましい態様であるから、金属複合ニッケルナノ粒子のCv値(変動係数)は0.5以下、好ましくは0.4以下、より好ましくは0.3以下である。ここで、Cv値は、相対的な散らばりを表す指標であり、この値が小さいほど粒度分布がシャープであることを意味する。なお、Cv値は標準偏差を平均粒径で除することにより算出する。   Moreover, since it is a more preferable aspect that the particle size distribution is sharp, the Cv value (coefficient of variation) of the metal composite nickel nanoparticles is 0.5 or less, preferably 0.4 or less, more preferably 0.3 or less. It is. Here, the Cv value is an index representing relative dispersion, and the smaller the value, the sharper the particle size distribution. The Cv value is calculated by dividing the standard deviation by the average particle diameter.

金属複合ニッケルナノ粒子は、鉄酸化物が四酸化三鉄を主成分とする。ここで、「鉄酸化物が四酸化三鉄を主成分とする」とは、鉄酸化物中に、四酸化三鉄が本発明の効果を奏するために十分な量で含まれていることを意味し、元素構成でいえば、ナノ粒子が鉄元素100質量部に対し酸素元素を好ましくは10〜45質量部の範囲内、より好ましくは10〜38質量部の範囲内で含むことをいう。また、別の観点でいえば、X線回折装置(XRD;X‐ray
diffraction)を用いて観測されるピークの強度比が、金属複合ナノ粒子のニッケルの回折角度(2θ)=44.50°のピーク強度を100としたときに、好ましくは、Feの最大ピーク(2θ=35.42°)強度が1〜500、FeOの最大ピークが1.0以下、α−Fe(ヘマタイト)の最大ピーク(2θ=33.15°)強度が1.0以下であり、より好ましくはFeの最大ピーク強度が5〜250、FeOの最大ピーク(2θ=54.37°)強度が0.1以下、α−Fe(ヘマタイト)の最大ピークが0.1以下であることをいう。
In the metal composite nickel nanoparticles, the iron oxide is mainly composed of triiron tetroxide. Here, “the iron oxide is composed mainly of triiron tetroxide” means that the iron oxide contains triiron tetroxide in a sufficient amount to exert the effects of the present invention. In terms of elemental structure, it means that the nanoparticles contain an oxygen element in the range of preferably 10 to 45 parts by mass, more preferably 10 to 38 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the iron element. From another viewpoint, an X-ray diffractometer (XRD; X-ray
The peak intensity ratio observed using diffraction) is preferably the maximum of Fe 3 O 4 when the peak diffraction intensity of nickel of the metal composite nanoparticles (2θ) = 44.50 ° is 100. The peak (2θ = 35.42 °) intensity is 1 to 500, the maximum peak of FeO is 1.0 or less, and the maximum peak (2θ = 33.15 °) intensity of α-Fe 2 O 3 (hematite) is 1.0. More preferably, the maximum peak intensity of Fe 3 O 4 is 5 to 250, the maximum peak of FeO (2θ = 54.37 °) is 0.1 or less, and the maximum of α-Fe 2 O 3 (hematite) is The peak is 0.1 or less.

本実施の形態に係る金属複合ニッケルナノ粒子の形状は、例えば球状、擬球状、長球状、立方体様、切頭四面体様、双角錘状、正八面体様、正十面体様、正二十面体様等の種々の形状であってよいが、例えばナノ粒子を積層セラミックコンデンサの内部電極用途に使用した場合の充填密度の向上という観点から、球状又は擬球状が好ましく、より好ましくは球状がよい。ここで、ナノ粒子の形状は、走査電子顕微鏡(SEM)で観察することにより確認できる。   The shape of the metal composite nickel nanoparticle according to the present embodiment is, for example, spherical, pseudo-spherical, oblong, cubic, truncated tetrahedral, bipyramidal, octahedral, icosahedral, icosahedron Various shapes such as a face-piece shape may be used, but for example, from the viewpoint of improving the packing density when nanoparticles are used for internal electrodes of a multilayer ceramic capacitor, a spherical shape or a pseudospherical shape is preferable, and a spherical shape is more preferable. . Here, the shape of the nanoparticles can be confirmed by observing with a scanning electron microscope (SEM).

本実施の形態に係る金属複合ニッケルナノ粒子は、例えば積層セラミックコンデンサの内部電極の材料として好適である。   The metal composite nickel nanoparticles according to the present embodiment are suitable as a material for internal electrodes of a multilayer ceramic capacitor, for example.

実施例及び比較例を挙げて、本発明を更に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではない。ナノ粒子の粒径は、SEM(走査電子顕微鏡)により粉末の写真を撮影して、そのなかから無作為に200個を抽出し、その平均粒径(面積平均径)と標準偏差を求めた。Cv値(変動係数)は(標準偏差)÷(平均粒径)によって算出した。   The present invention will be further described with reference to examples and comparative examples. In addition, this invention is not limited to the Example demonstrated below. As for the particle diameter of the nanoparticles, a photograph of the powder was taken with an SEM (scanning electron microscope), 200 particles were randomly extracted from them, and the average particle diameter (area average diameter) and standard deviation were obtained. The Cv value (coefficient of variation) was calculated by (standard deviation) / (average particle size).

[実施例1]
窒素雰囲気下で、42.90gの酢酸ニッケル四水和物、8.94gの酢酸鉄(II)及び690.00gのオレイルアミンを混合した後、撹拌しながら、140℃で20分間加熱することによって、青色の反応液1を得た。UV−可視吸収スペクトル測定装置を用いて、反応液1の吸収スペクトルを測定したところ、300nm〜800nmの波長領域における吸収極大の波長は370nm、及び610nmに存在していた。反応液1の吸収スペクトルは酢酸ニッケル4水和物の吸収極大の波長である710nmに対して、低波長側にシフトしていることから錯形成反応が確認された。
[Example 1]
Under a nitrogen atmosphere, 42.90 g of nickel acetate tetrahydrate, 8.94 g of iron (II) acetate and 690.00 g of oleylamine were mixed and then heated at 140 ° C. with stirring for 20 minutes. A blue reaction solution 1 was obtained. When the absorption spectrum of the reaction liquid 1 was measured using the UV-visible absorption spectrum measuring apparatus, the wavelength of the absorption maximum in a wavelength range of 300 nm to 800 nm was present at 370 nm and 610 nm. The absorption spectrum of the reaction solution 1 was shifted to a lower wavelength side with respect to 710 nm, which is the wavelength of the absorption maximum of nickel acetate tetrahydrate, so that a complex formation reaction was confirmed.

次いで反応液1に0.14gの硝酸銀を加えた後、窒素雰囲気下で、マイクロ波を照射して250℃で5分間加熱することによって、ナノ粒子スラリー1を得た。なお、以下の実施例、比較例において、「250℃で5分間加熱」とは、マイクロ波により5.0℃/秒の昇温速度で250℃まで加熱し、同温度で5分間保持したことを意味する。   Next, 0.14 g of silver nitrate was added to the reaction solution 1, and then the mixture was irradiated with microwaves and heated at 250 ° C. for 5 minutes in a nitrogen atmosphere to obtain a nanoparticle slurry 1. In the following examples and comparative examples, “heating at 250 ° C. for 5 minutes” means heating to 250 ° C. at a heating rate of 5.0 ° C./second by microwave and holding at that temperature for 5 minutes. Means.

得られたナノ粒子スラリー1を静置分離し、上澄み液を取り除いた後、メタノールとトルエンの体積比率が1:4の混合溶媒を用いて3回洗浄した後、70℃に維持される真空乾燥機で6時間乾燥して、ナノ粒子(金属複合ニッケルナノ粒子)1を得た。ナノ粒子は、平均粒径60nm(Cv値;0.34)球状の均一な粒子群であった。ナノ粒子1の走査電子顕微鏡(SEM)写真を図2に示す。   The obtained nanoparticle slurry 1 was allowed to stand and separated, and the supernatant liquid was removed, followed by washing three times with a mixed solvent having a volume ratio of methanol to toluene of 1: 4, and then vacuum drying maintained at 70 ° C. Drying with a machine for 6 hours gave nanoparticles (metal composite nickel nanoparticles) 1. The nanoparticles were a group of uniform particles having an average particle diameter of 60 nm (Cv value; 0.34). A scanning electron microscope (SEM) photograph of the nanoparticles 1 is shown in FIG.

ナノ粒子1の同定は、粉末X線回折装置(XRD)(リガク社製、商品名;RINT2500)を用いて行った。X線解析の回折角度(2θ)=44.58°、51.84°、76.40°にそれぞれニッケルの結晶面(111)、(200)、(220)のピークを有することにより、得られた粉体が面心立方構造(fcc)を有するNiであることが確認された。また、X線解析の回折角度(2θ)=30.29°、35.66°、43.19°、57.16°、62.74°にそれぞれ四酸化三鉄(Fe)に由来するピークが確認された。このとき、Feの最大ピーク強度は、Niの最大ピーク強度100に対し、18であった。また、原料である酢酸ニッケル錯体のピークや、ニッケルの酸化物、酸化鉄(FeO)、三酸化二鉄(α-Fe)のピークは確認されなかった。得られたナノ粒子1のX線回折図を図3に示す。 The identification of the nanoparticle 1 was performed using a powder X-ray diffractometer (XRD) (manufactured by Rigaku Corporation, trade name: RINT2500). X-ray analysis diffraction angle (2θ) = 44.58 °, 51.84 °, 76.40 °, respectively, having nickel crystal plane (111), (200), (220) peaks. The powder was confirmed to be Ni having a face-centered cubic structure (fcc). Also, X-ray analysis diffraction angles (2θ) = 30.29 °, 35.66 °, 43.19 °, 57.16 °, 62.74 ° respectively derived from triiron tetroxide (Fe 3 O 4 ). The peak to be confirmed was confirmed. At this time, the maximum peak intensity of Fe 3 O 4 was 18 with respect to the maximum peak intensity 100 of Ni. Moreover, the peak of the nickel acetate complex which is a raw material, and the peak of nickel oxide, iron oxide (FeO), and ferric trioxide (α-Fe 2 O 3 ) were not confirmed. An X-ray diffraction pattern of the obtained nanoparticles 1 is shown in FIG.

ナノ粒子1の熱膨張収縮の挙動を熱機械分析装置(TMA)(リガク社製、商品名;Thermo plus EVO−TMA8310)を用いて確認した。ナノ粒子1の5%の熱収縮における開始温度が約420℃であった。ナノ粒子1の熱膨張収縮の挙動を図4に示す。また、5%熱収縮開始温度を表1に示す。   The behavior of thermal expansion and contraction of the nanoparticles 1 was confirmed using a thermomechanical analyzer (TMA) (Rigaku Corporation, trade name: Thermo plus EVO-TMA8310). The starting temperature at 5% thermal shrinkage of Nanoparticle 1 was about 420 ° C. The behavior of the thermal expansion and contraction of the nanoparticles 1 is shown in FIG. In addition, Table 1 shows the 5% heat shrink start temperature.

ナノ粒子1の組成は、元素分析装置を用いて確認した。この元素分析の結果、Ni;82.9、Fe;13.2、O;2.5、C;0.7、H;0.1(単位は質量%)であった。この分析結果より、質量換算でニッケル元素100に対し、鉄元素は15.9であり、鉄元素100に対し、酸素元素は19.0であった。   The composition of the nanoparticles 1 was confirmed using an elemental analyzer. As a result of this elemental analysis, it was Ni; 82.9, Fe; 13.2, O; 2.5, C; 0.7, H; 0.1 (unit: mass%). From this analysis result, in terms of mass, the iron element was 15.9 with respect to the nickel element 100, and the oxygen element was 19.0 with respect to the iron element 100.

[実施例2]
窒素雰囲気下で、14.30gの酢酸ニッケル四水和物、2.98gの酢酸鉄(II)及び225.00gのオレイルアミンを混合した後、撹拌しながら、140℃で20分間加熱することによって、反応液2を得た。
[Example 2]
Under a nitrogen atmosphere, 14.30 g of nickel acetate tetrahydrate, 2.98 g of iron (II) acetate and 225.00 g of oleylamine were mixed and then heated at 140 ° C. for 20 minutes with stirring. Reaction liquid 2 was obtained.

次いで反応液2にマイクロ波を照射して250℃で5分間加熱することによってナノ粒子スラリー2を得た。   Next, the reaction liquid 2 was irradiated with microwaves and heated at 250 ° C. for 5 minutes to obtain a nanoparticle slurry 2.

得られたナノ粒子スラリー2を静置分離し、上澄み液を取り除いた後、メタノールとトルエンの体積比率が1:4の混合溶媒を用いて3回洗浄した後、70℃に維持される真空乾燥機で6時間乾燥して、ナノ粒子2を得た。ナノ粒子2は、平均粒径120nm(Cv値;0.46)の球状の均一な粒子群であった。ナノ粒子2の走査電子顕微鏡(SEM)写真を図5に示す。また、得られたナノ粒子2の5%の熱収縮における開始温度は約400℃であった。また、5%熱収縮開始温度を表1に示す。   The obtained nanoparticle slurry 2 was allowed to stand and separated, and the supernatant liquid was removed, followed by washing three times using a mixed solvent having a volume ratio of methanol and toluene of 1: 4, and then vacuum drying maintained at 70 ° C. Nanoparticles 2 were obtained by drying with a machine for 6 hours. Nanoparticle 2 was a group of spherical uniform particles having an average particle size of 120 nm (Cv value; 0.46). A scanning electron microscope (SEM) photograph of the nanoparticles 2 is shown in FIG. Moreover, the starting temperature in 5% of heat shrink of the obtained nanoparticle 2 was about 400 degreeC. In addition, Table 1 shows the 5% heat shrink start temperature.

[実施例3]
実施例1における8.94gの酢酸鉄(II)の代わりに、9.81gの酢酸鉄(III)塩基性を使用したこと以外、実施例1と同様にして、反応液3を得、次いでナノ粒子スラリー3を得た後、平均粒径60nm(Cv値;0.40)の球状の均一なナノ粒子3を得た。ナノ粒子3の走査電子顕微鏡(SEM)写真を図6に示す。得られたナノ粒子3の5%の熱収縮における開始温度が約420℃であることを確認した。5%熱収縮開始温度を表1に示す。
[Example 3]
Reaction solution 3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that 9.81 g of iron (III) acetate basic was used instead of 8.94 g of iron (II) acetate in Example 1, and then nano After obtaining the particle slurry 3, spherical uniform nanoparticles 3 having an average particle diameter of 60 nm (Cv value; 0.40) were obtained. A scanning electron microscope (SEM) photograph of the nanoparticles 3 is shown in FIG. It was confirmed that the starting temperature at 5% thermal shrinkage of the obtained nanoparticles 3 was about 420 ° C. Table 1 shows the 5% heat shrink start temperature.

[実施例4〜6]
表1記載の割合(質量%)で、酢酸ニッケル四水和物、酢酸鉄(II)及びオレイルアミンの各原料を仕込み、実施例1と同様の条件で調製して、ナノ粒子4〜6を得た。各ナノ粒子における平均粒径、CV値、形状及び5%熱収縮開始温度の結果を表1に示す。
[Examples 4 to 6]
The raw materials of nickel acetate tetrahydrate, iron (II) acetate and oleylamine were charged at the ratio (mass%) shown in Table 1, and prepared under the same conditions as in Example 1 to obtain nanoparticles 4-6. It was. Table 1 shows the average particle diameter, CV value, shape, and 5% heat shrinkage start temperature of each nanoparticle.

[実施例7]
窒素雰囲気下で、42.90gの酢酸ニッケル四水和物、及び490.0gのオレイルアミンを混合した後、撹拌しながら、140℃で20分間加熱することによって、青色の反応液7aを得た。
[Example 7]
Under a nitrogen atmosphere, 42.90 g of nickel acetate tetrahydrate and 490.0 g of oleylamine were mixed and then heated at 140 ° C. for 20 minutes with stirring to obtain a blue reaction solution 7a.

また、窒素雰囲気下で、8.94gの酢酸鉄(II)及び200.0gのオレイルアミンを混合した後、撹拌しながら、140℃で20分間加熱することによって、茶色の反応液7bを得た。   Further, 8.94 g of iron (II) acetate and 20.0 g of oleylamine were mixed in a nitrogen atmosphere, and then heated at 140 ° C. for 20 minutes with stirring to obtain a brown reaction solution 7b.

上記のようにして得られた反応液7a及び7bを混合し、撹拌しながら、0.14gの硝酸銀を加えた後、窒素雰囲気下で、マイクロ波を照射して250℃で5分間加熱することによって、ナノ粒子スラリー7を得た。   Mixing the reaction liquids 7a and 7b obtained as described above, adding 0.14 g of silver nitrate while stirring, and then heating at 250 ° C. for 5 minutes by irradiation with microwaves in a nitrogen atmosphere Thus, a nanoparticle slurry 7 was obtained.

実施例1と同様にして、平均粒径65nm(Cv値;0.32)の球状の均一なナノ粒子7を得た。得られたナノ粒子7の5%の熱収縮における開始温度が約415℃であった。この結果を表1に示す。   In the same manner as in Example 1, spherical uniform nanoparticles 7 having an average particle diameter of 65 nm (Cv value: 0.32) were obtained. The onset temperature at 5% thermal shrinkage of the obtained nanoparticles 7 was about 415 ° C. The results are shown in Table 1.

[実施例8]
窒素雰囲気下で、42.90gの酢酸ニッケル四水和物、8.94gの酢酸鉄(II)及び予め40℃の湯浴で加熱して溶解させておいた390.00gのオレイルアミンを混合した後、撹拌しながら、140℃で20分間加熱することによって、青色の反応液8を得た。
[Example 8]
After mixing 42.90 g of nickel acetate tetrahydrate, 8.94 g of iron (II) acetate and 390.00 g of oleylamine previously heated and dissolved in a 40 ° C. hot water bath under a nitrogen atmosphere. The blue reaction liquid 8 was obtained by heating at 140 ° C. for 20 minutes with stirring.

次いで反応液8に0.14gの硝酸銀と溶媒として300gのテトラエチレングリコールを加えた後、窒素雰囲気下で、マイクロ波を照射して250℃で5分間加熱することによって、ナノ粒子スラリー8を得た。   Next, 0.14 g of silver nitrate and 300 g of tetraethylene glycol as a solvent were added to the reaction solution 8, and then the mixture was heated at 250 ° C. for 5 minutes in a nitrogen atmosphere to obtain a nanoparticle slurry 8. It was.

得られたナノ粒子スラリー8を静置分離し、上澄み液を取り除いた後、メタノールとトルエンの体積比率が1:4の混合溶媒を用いて3回洗浄した後、70℃に維持される真空乾燥機で6時間乾燥して、ナノ粒子(金属複合ニッケルナノ粒子)8を得た。ナノ粒子8は、平均粒径65nm(Cv値;0.31)球状の均一な粒子群であった。この結果を表1に示す。   The obtained nanoparticle slurry 8 was allowed to stand and separated, and the supernatant liquid was removed, followed by washing three times with a mixed solvent having a volume ratio of methanol and toluene of 1: 4, and then vacuum drying maintained at 70 ° C. The resultant was dried with a machine for 6 hours to obtain nanoparticles (metal composite nickel nanoparticles) 8. The nanoparticles 8 were a group of spherical uniform particles having an average particle diameter of 65 nm (Cv value; 0.31). The results are shown in Table 1.

[比較例1]
実施例1において、42.90gの酢酸ニッケル四水和物の代わりに、60.00gの酢酸ニッケル四水和物を使用したこと、及び酢酸鉄(II)を使用しなかったこと以外、実施例1と同様にして、平均粒径100nm(Cv値;0.17)の球状の均一な金属ニッケルナノ粒子を得た。得られた金属ニッケルナノ粒子の走査電子顕微鏡(SEM)写真を図7に示す。また、得られた金属ニッケルナノ粒子の5%の熱収縮における開始温度は約295℃であった。この熱膨張収縮の挙動を図8に示す。
[Comparative Example 1]
Example 1 except that instead of 42.90 g nickel acetate tetrahydrate in Example 1, 60.00 g nickel acetate tetrahydrate was used and no iron (II) acetate was used. In the same manner as in Example 1, spherical uniform metallic nickel nanoparticles having an average particle diameter of 100 nm (Cv value: 0.17) were obtained. A scanning electron microscope (SEM) photograph of the obtained metallic nickel nanoparticles is shown in FIG. Moreover, the starting temperature in 5% heat shrink of the obtained metal nickel nanoparticles was about 295 ° C. The behavior of this thermal expansion and contraction is shown in FIG.

[参考例1]
実施例1において、マイクロ波を照射して250℃で5分間加熱したことの代わりに、マントルヒーターにより、5.0℃/秒の昇温速度で250℃まで加熱し、250℃で5分間保持したこと以外、実施例1と同様にして、平均粒径60nm(Cv値;0.55)の球状のナノ粒子を得た。得られたナノ粒子の5%の熱収縮における開始温度は約370℃であった。
[Reference Example 1]
In Example 1, instead of being irradiated with microwaves and heated at 250 ° C. for 5 minutes, a mantle heater was used to heat to 250 ° C. at a temperature rising rate of 5.0 ° C./second and held at 250 ° C. for 5 minutes. Except that, spherical nanoparticles having an average particle diameter of 60 nm (Cv value: 0.55) were obtained in the same manner as in Example 1. The starting temperature of the resulting nanoparticles at 5% thermal shrinkage was about 370 ° C.

以上の結果をまとめて、表1に示す。表1中、実施例6における「擬球状」とは、表面に凹凸状の突起がある金平糖のような球状であることを意味する。また、「Fe/(Ni+Fe)」は、仕込み時のカルボン酸ニッケルのニッケル元素及び鉄塩の鉄元素の合計質量部に対する鉄塩の鉄元素の質量比(%)を示し、「Ag/(Ni+Fe)」は、仕込み時のカルボン酸ニッケルのニッケル元素及び鉄塩の鉄元素の合計質量部に対する硝酸銀の銀元素の質量比(%)を示す。さらに、「FeとNiの強度比」は、XRDを用いて観測される、金属複合ナノ粒子のニッケルの回折角度(2θ)=44.50°のピーク強度を100としたときのFeの最大ピーク(2θ=35.42°)強度を意味する。 The above results are summarized in Table 1. In Table 1, “pseudosphere” in Example 6 means a sphere like confetti having projections on the surface. “Fe / (Ni + Fe)” represents the mass ratio (%) of the iron element of the iron salt to the total mass part of the nickel element of the nickel carboxylate and the iron element of the iron salt at the time of charging, and “Ag / (Ni + Fe) ")" Indicates the mass ratio (%) of silver element of silver nitrate to the total mass part of nickel element of nickel carboxylate and iron element of iron salt at the time of preparation. Furthermore, the “strength ratio between Fe 3 O 4 and Ni” is the value obtained when the peak intensity at the diffraction angle (2θ) = 44.50 ° of nickel of the metal composite nanoparticles observed using XRD is 100. It means the maximum peak (2θ = 35.42 °) intensity of 3 O 4 .

実施例1〜7の結果より、仕込み量におけるFe/(Ni+Fe)が高くなるほど5%熱収縮の開始温度が高くなることがわかる。また、実施例1及び実施例3〜8の結果より、硝酸銀を加えることで平均粒径が小さく均一なナノ粒子が得られることがわかる。一方、比較例1で得られた金属ニッケルナノ粒子の5%の熱収縮における開始温度は、実施例1のナノ粒子と比較して、約125℃も低かった。また、参考例1では、強力な還元剤を使用しないにも関わらず、還元工程における加熱手段として、マイクロ波照射を使用しなかったために、Cv値が0.5を超える結果となった。   From the results of Examples 1 to 7, it can be seen that the higher the Fe / (Ni + Fe) in the charged amount, the higher the 5% heat shrink start temperature. Moreover, from the results of Example 1 and Examples 3 to 8, it can be seen that uniform nanoparticles having a small average particle diameter can be obtained by adding silver nitrate. On the other hand, the starting temperature at 5% thermal shrinkage of the metallic nickel nanoparticles obtained in Comparative Example 1 was about 125 ° C. lower than that of the nanoparticles of Example 1. Further, in Reference Example 1, although a strong reducing agent was not used, microwave irradiation was not used as a heating means in the reduction process, and thus the Cv value exceeded 0.5.

Claims (6)

カルボン酸ニッケル、鉄塩及び1級アミンの混合物を、100℃〜165℃の範囲内の温度に加熱して錯化反応液を得る錯化反応液生成工程と、
該錯化反応液を、マイクロ波照射によって170℃以上の温度に加熱して鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子スラリーを得るナノ粒子スラリー生成工程と、
を備え、
前記鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子は、ニッケル元素、鉄元素及び酸素元素の合計量が金属複合ニッケルナノ粒子100質量部に対し95質量部以上であり、鉄元素の量がニッケル元素と鉄元素の合計量100質量部に対し5〜50質量部の範囲内にあり、平均粒径が30nm〜150nmの範囲内にある、鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子の製造方法。
A complexing reaction liquid production step of heating a mixture of nickel carboxylate, iron salt and primary amine to a temperature in the range of 100 ° C. to 165 ° C. to obtain a complexing reaction liquid;
A nanoparticle slurry generating step of heating the complexing reaction liquid to a temperature of 170 ° C. or higher by microwave irradiation to obtain a slurry of metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide;
Bei to give a,
In the metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide, the total amount of nickel element, iron element and oxygen element is 95 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of metal composite nickel nanoparticles, and the amount of iron element is nickel element A method for producing metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide , which is in the range of 5 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of iron elements and having an average particle size in the range of 30 to 150 nm.
前記反応液生成工程において、前記混合物に代えて、前記カルボン酸ニッケル及び前記1級アミンの混合物並びに前記鉄塩及び前記1級アミンの混合物をそれぞれ別々に100℃〜165℃の範囲内の温度に加熱し、得られるそれぞれの反応液を混合する請求項1記載の鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子の製造方法。 In the reaction liquid generating step, instead of the mixture, the mixture of the nickel carboxylate and the primary amine and the mixture of the iron salt and the primary amine are each separately brought to a temperature in the range of 100 ° C to 165 ° C. The method for producing metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide according to claim 1, wherein the reaction liquids obtained by heating are mixed. 前記反応液生成工程を有機溶媒存在下で行う請求項1又は2に記載の鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子の製造方法。   The manufacturing method of the metal composite nickel nanoparticle containing the iron oxide of Claim 1 or 2 which performs the said reaction liquid production | generation process in organic solvent presence. 前記鉄塩がカルボン酸鉄(II)又はカルボン酸鉄(III)である請求項1又は2に記載の鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子の製造方法。   The method for producing metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide according to claim 1 or 2, wherein the iron salt is iron (II) carboxylate or iron (III) carboxylate. 遅くとも前記ナノ粒子スラリー生成工程の前に、パラジウム塩、銀塩、白金塩及び金塩からなる金属塩群から選択される1又は2以上の金属塩を加える金属塩添加工程を更に有する請求項1又は2に記載の鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子の製造方法。   The metal salt addition step of adding one or more metal salts selected from a metal salt group consisting of a palladium salt, a silver salt, a platinum salt and a gold salt before the nanoparticle slurry generation step at the latest. Or the manufacturing method of the metal composite nickel nanoparticle containing the iron oxide of 2. 鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子であって、ニッケル元素、鉄元素及び酸素元素の合計量が金属複合ニッケルナノ粒子100質量部に対し95質量部以上であり、鉄元素の量がニッケル元素と鉄元素の合計量100質量部に対し5〜50質量部の範囲内にあり、平均粒径が30nm〜150nmの範囲内にあり、該鉄酸化物が四酸化三鉄を主成分とすることを特徴とする鉄酸化物を含有する金属複合ニッケルナノ粒子。
Metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide, wherein the total amount of nickel element, iron element and oxygen element is 95 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of metal composite nickel nanoparticles, and the amount of iron element is nickel It is in the range of 5 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of element and iron element, the average particle size is in the range of 30 nm to 150 nm, and the iron oxide is mainly composed of triiron tetroxide. Metal composite nickel nanoparticles containing iron oxide, characterized in that.
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