JP6427061B2 - コア−シェル−シェルFeCo/SiO2/MnBiナノ粒子を調製する方法、およびコア−シェル−シェルFeCo/SiO2/MnBiナノ粒子 - Google Patents
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Description
発明の分野
本発明は、印加される磁場内でのナノ粒子合成によって得られる、変更された形態を有する、鉄コバルト合金コア、中間シリカシェル、およびシリカシェル上にマンガンビスマス合金表面層を有する磁性コア−シェル−シェルナノ粒子を調製する方法に関する。この方法は、特定的な性質を有するように適合され得る磁性ナノ粒子を調製するより一層の機会を与え、したがって、標準的なネオジム鉄ホウ酸永久磁石材料の代替として、希土類元素を含有しない永久磁石の調製に好適なナノ粒子材料を提供する。
発明者らは、湿式化学合成プロセスから得られるナノ粒子材料を用いて得られる軟磁性および硬磁性材料の両方を調査する研究プログラムを実施している。このように、2013年9月12日に出願された特許文献1は、硬磁性材料の源として、粒子径が5〜200nmであるMnBiナノ粒子を開示する。加えて、2014年4月14日に出願された特許文献2は、軟磁性材料の源として、シリカシェルおよび金属ケイ酸塩界面を有する、200nm未満の鉄コバルトナノ粒子コアを有するコア−シェルナノ粒子を開示する。両方の出願の開示はここにその全体が引用により援用される。さらに、2014年5月6日に出願された特許文献3で、発明者らは、鉄コバルト合金の軟磁性ナノ粒子コア、コア上のシリカの第1のシェル、およびマンガンビスマス合金のさらなる硬磁性ナノコーティングを有するコア−シェル−シェルナノ粒子を開示している。特許文献3はここにその全体が引用により援用される。
このおよび他の目的は本発明に従って達成され、その第1の実施形態はコア−シェル−シェルFeCo/SiO2/MnBiナノ粒子を調製する方法を含み、方法は、
a) 共通の溶液から鉄イオンおよびコバルトイオンをともに還元することと、
FeCo合金ナノ粒子を共沈させることと、
FeCo合金ナノ粒子を還元混合物から単離することと、
b) FeCo合金ナノ粒子上にシリカコーティングを形成してコア−シェルナノ粒子を得ることと、
c) シリカシェル上へのMnBi合金としての溶液からの沈澱のためにMn試薬を用いたBiの還元により、コア−シェルナノ粒子上にMnBi合金ナノコーティングを形成することとを備え、MnBi合金ナノコーティングの形成c)は、50〜800ガウスの磁場内で行なわれる。
この記載を通じて、記載されるすべての範囲は、他に示されなければ、そのすべての範囲およびその部分範囲を含む。
a) 共通の溶液から鉄イオンおよびコバルトイオンをともに還元することと、
FeCo合金ナノ粒子を共沈させることと、
FeCoナノ粒子を還元混合物から単離することと、
b) FeCoナノ粒子上にシリカコーティングを形成してコア−シェルナノ粒子を得ることと、
c) シリカシェル上へのMnBi合金としての溶液からの沈澱のためにMn試薬を用いたBiの還元により、コア−シェルナノ粒子上にMnBi合金ナノコーティングを形成することとを備え、MnBi合金ナノコーティングの形成c)は、50〜800ガウスの磁場内で行なわれる。
ビスマスは任意のエーテル可溶性塩の形態で添加されてもよく、好ましくは長鎖カルボン酸の塩として添加される。好ましい実施形態では、ビスマスネオデカノエートとしてBiが添加される。Mnに対するBiのモル比は0.8/1〜1.2/1に異なってもよい。好ましくは、Bi/Mnの比は0.9/1〜1.1/1であり、最も好ましくはBi/Mnの比は1/1である。ビスマス化合物の添加時間は、MnBiコーティングの大きさおよび性質を最適化しかつ修正するように変更してもよい。コーティングの幅は0.5〜200nm、好ましくは1.0〜100nm、および最も好ましくは2〜20nmであってもよい。好ましくは、添加時間は1時間未満であり、好ましい実施形態では添加時間は約20分である。
a) 0.489gの水酸化ナトリウム、12.892gの臭化テトラオクチルアンモニウム、10.922gの塩化鉄(II)四水和物、および12.042gの塩化コバルト六水和物を250mLのエタノールに溶解し、アルゴン下に置いた。次に450mLのエタノールに溶解した12.258gの水素化ホウ素ナトリウムの溶液を鉄コバルト混合物に添加した。水素化ホウ素の添加が完了すると、反応混合物を100mLの水で希釈した。次に、生成物であるFeCoナノ粒子を70%水/30%エタノールで洗浄した。
図3のZコントラストTEM画像は、MnBi相がどのようにFeCo/SiO2のあちこちにアイランド状に分布しているかを示す。
シリカで被覆されたFeCoナノ粒子を実験例Iのa)およびb)に従って調製した。
Claims (8)
- コア−シェル−シェルFeCo/SiO2/MnBiナノ粒子を調製する方法であって
、
a) 共通の溶液から鉄イオンおよびコバルトイオンをともに還元することと、
FeCo合金ナノ粒子を生成することと、
前記FeCo合金ナノ粒子を還元混合物から単離することと、
b) 前記FeCo合金ナノ粒子上にシリカコーティングを形成してコア−シェルナノ粒子を得ることと、
c) Mn−水素化物還元剤によるBiイオンの還元によって、溶液からMnBi合金を析出させて、前記コア−シェルナノ粒子上にMnBi合金ナノコーティングを形成することとを備え、
前記MnBi合金ナノコーティングの形成c)は、50〜800ガウスの磁場内で行なわれる、方法。 - 前記MnBi合金ナノコーティングの形成c)は、永久磁石に近接して行われる、請求項1に記載の方法。
- 前記MnBi合金ナノコーティングの形成c)は、ソレノイド内で行われる、請求項1に記載の方法。
- 前記シリカコーティングは、湿式合成処理を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記湿式合成処理は、テトラエチルオルトシリケートとトリエチルアミンとの反応を含み、前記シリカコーティングは前記反応の時間によって調整される、請求項4に記載の方法。
- 前記工程a)において生成される前記FeCo合金ナノ粒子の直径は100nm未満である、請求項1に記載の方法。
- 前記工程a)において生成される前記FeCo合金ナノ粒子の直径は2nm〜50nmである、請求項1に記載の方法。
- 前記コア−シェルナノ粒子上への前記MnBi合金ナノコーティングの形成c)は、
Mn粉末をLiBH 4 である水素化物還元剤とともにボールミリングしMn−水素化物還元剤を形成することと、
撹拌しながら、長鎖カルボン酸塩のビスマス塩およびアルキルアミンの溶液をエーテル溶媒中のMn−水素化物還元剤に加えることと、
前記ビスマス塩の添加が完了した後も、撹拌を継続してコア−シェル−シェルFeCo/SiO 2 /MnBiナノ粒子を形成することと、を備える、請求項1に記載の方法。
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