JPWO2019160165A1 - 磁性構造体 - Google Patents

Abstract

コア部と、コア部の表面を覆うシェル部とを備えるコアシェル構造粒子を有する磁性構造体であって、コア部は、第１金属および第２金属を含む合金からなり、シェル部は、第１金属および第２金属を含み、かつコア部とは異なる第１金属と第２金属との含有比を有する合金からなり、第１金属は磁性金属であり、かつ第２金属より高い標準酸化還元電位を有し、隣り合うコアシェル構造粒子が互いに直線的に連結している、磁性構造体。

Description

本発明は、磁性構造体に関する。

インダクタ等のコイル部品に用いられる磁性材料として、より高い透磁率が実現可能な磁性材料の開発が進められている。

特許文献１には、磁性鎖構造の調製方法であって、ａ）複数の磁性粒子を準備すること；ｂ）ドーパミン系材料を含む溶液に複数の磁性粒子を分散させて反応混合物を形成すること；ｃ）反応混合物に磁場を印加して、反応混合物中の磁性粒子を配列すること；およびｄ）配列された磁性粒子上のドーパミン系材料を重合させて、磁性鎖構造を得ることを含む、方法が記載されている。

非特許文献１には、マイクロメートルおよびサブマイクロメートルサイズの範囲の球形かつ単分散のＣｏ２０Ｎｉ８０粒子が記載されている。非特許文献２には、改良ポリオール法によるナノメートルサイズのコアシェル構造のＮｉＣｏ粒子が記載されている。

非特許文献３にはＦｅ−Ｃｏナノワイヤーが記載されており、非特許文献４には、Ｃｏ−Ｎｉナノワイヤーが記載されており、非特許文献５には、鉄ナノワイヤー記載されている。また、非特許文献６には、Ｆｅ−Ｃｏ合金ナノ粒子／ポリスチレンナノ複合体が記載されている。

国際公開２０１６／０８５４１１号

Ｇ．Ｖｉａｕ、外２名、「ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）」、１９９４年、第７６巻、第１０号、ｐ．６５７０−６５７２ Ｂ．Ｊｅｙａｄｅｖａｎ、外７名、「粉体および粉末冶金」、２００３年、第５０巻、第２号、ｐ．１０７−１１３ Ｍ．Ｋａｗａｍｏｒｉ、外２名、「ジャーナル・オブ・ザ・エレクトロケミカル・ソサエティ（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ」、２０１４年、第１６１巻、第１号、ｐ．Ｄ５９−Ｄ６６ Ｍ．Ｋａｗａｍｏｒｉ、外２名、「ジャーナル・オブ・ザ・エレクトロケミカル・ソサエティ（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ」、２０１２年、第１５９巻、第２号、ｐ．Ｅ３７−Ｅ４４ Ｍ．Ｋｒａｊｅｗｓｋｉ、外８名、「バイルシュタイン・ジャーナル・オブ・ナノテクノロジー（Ｂｅｉｌｓｔｅｉｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」、２０１５年、第６巻、ｐ．１６５２−１６６０ Ｈ．Ｋｕｒａ、外４名、「スクリプタ・マテリアリア（Ｓｃｒｉｐｔａ Ｍａｔｅｒｉａｌｉａ）」、２０１４年、第７６巻、ｐ．６５−６８

近年の電子機器および大電流化に伴い、インダクタにも大電流化が求められている。そのため、大電流用途に適したより高い機械的強度を有する構造を備える磁性構造体が求められている。

本発明の目的は、より高い機械的強度を有する構造を備える磁性構造体を提供することにある。

本発明者らは、特定の合金組成および形状を有するコアシェル構造を採用することにより、より高い機械的強度を有する構造を備える磁性構造体を得ることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。

本発明の一の要旨によれば、コア部と、コア部の表面を覆うシェル部とを備えるコアシェル構造粒子を有する磁性構造体であって、
コア部は、第１金属および第２金属を含む合金からなり、
シェル部は、第１金属および第２金属を含み、かつコア部とは異なる第１金属と第２金属との含有比を有する合金からなり、
第１金属は磁性金属であり、かつ第２金属より高い標準酸化還元電位を有し、
隣り合うコアシェル構造粒子が互いに直線的に連結している、磁性構造体が提供される。

本発明に係る磁性構造体は、上記特徴を備えることにより、より高い機械的強度を有する構造を備える。

図１（ａ）〜図１（ｃ）は、本発明の一の実施形態に係る磁性構造体の構造を示す模式図である。 図２（ａ）〜図２（ｃ）は、本発明の一の実施形態に係る磁性構造体の製造方法を示す模式図である。 図３は、実施例１の磁性構造体のＳＥＭ写真である。 図４は、実施例１の磁性構造体のＳＥＭ写真である。 図５は、実施例１のＳＴＥＭ−ＥＤＸ分析結果である。 図６は、実施例１のＳＴＥＭ−ＥＤＸ分析結果である。 図７は、実施例１の磁性構造体のＸＲＤ分析結果である。 図８は、実施例２の磁性構造体のＳＥＭ写真である。 図９は、実施例３の磁性構造体のＳＥＭ写真である。 図１０は、実施例４の磁性構造体のＳＥＭ写真である。 図１１は、実施例５の磁性構造体のＳＥＭ写真である。 図１２は、実施例５の磁性構造体のＳＴＥＭ−ＥＤＸ分析結果である。 図１３は、実施例５の磁性構造体のＸＲＤ分析結果である。 図１４は、実施例６の磁性構造体のＳＥＭ写真である。

以下、本発明の一の実施形態に係る磁性構造体について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明に係る磁性構造体は、以下に説明する実施形態および図示される構成に限定されるものではない。

本発明の一の実施形態に係る磁性構造体の構造を、図１（ａ）〜（ｃ）に模式的に示す。本実施形態に係る磁性構造体１０は、コア部１１と、コア部の表面を覆うシェル部１２とを備えるコアシェル構造粒子１３を有する。ここで、隣り合うコアシェル構造粒子１３は、互いに直線的に連結している。また、コア部１１は、第１金属および第２金属を含む合金からなり、シェル部１２は、第１金属および第２金属を含み、かつコア部１１とは異なる第１金属と第２金属との含有比を有する合金からなる。かかる構造を有する磁性構造体１０では、金属からなるコアシェル構造粒子１３が直線的に連結しているため、高い透磁率を有しつつ、より高い機械的強度を有する。

本発明でいう「コアシェル構造粒子」とは、コア部の少なくとも一部の表面をシェル部が覆っている構造を有し、コア部およびシェル部が第１金属および第２金属を主成分とし、コア部およびシェル部における第１金属と第２金属との含有比がそれぞれ異なっているものを指す。また、本発明のコアシェル構造粒子は、単独で存在せず、互いに連結した形態を有している。

図１（ａ）〜（ｃ）に示す例示態様では、複数のシェル部１２は、複数のコア部１１の表面を連続的に覆っている。換言すれば、複数のシェル部１２は一体的に結合している。そのため、一のコア部１１の表面を覆うシェル部１２と、その一のコア部１１に隣接するコア部１１の表面を覆うシェル部１２との間には、シェル部１２を構成する合金と異なる物質（例えば酸化物等）または空隙などは存在しない。また、一のコア部１１の表面を覆うシェル部１２と、その一のコア部１１に隣接するコア部１１の表面を覆うシェル部１２とは、面接触することとなる。本実施形態に係る磁性構造体１０は、シェル部１２がこのような連続的かつ一体的な構造を有することにより、高い機械的強度を有する。そのため、高温条件下においても、コアシェル構造粒子１３同士が強固に連結し、図１（ａ）〜（ｃ）に示すようなワイヤー形状を維持することができる。

また、図１（ａ）〜（ｃ）に示す例示態様のように、本発明に係る磁性構造体は、金属からなるコアシェル構造粒子１３が直線的に連結している。このような構造とすることで、磁性構造体の長軸方向に磁場を印加させる場合に反磁場を小さく抑えることができ、高い透磁率を有することができる。ここで「直線的に連結している」とは、一の磁性構造体１０において、その長軸が、かかる磁性構造体１０の全体にわたって±３０°以上屈曲していない構造を指してよい。一の磁性構造体１０における長軸は、±２０°以上屈曲していないことが好ましく、±１０°以上屈曲していないことがより好ましく、±５°以上屈曲していないことがさらに好ましい。磁性構造体１０は直鎖構造を有していてよく、分岐構造を有していてもよい。透磁率を向上させる観点から、磁性構造体１０は分岐構造を有さない直鎖構造を有することが好ましい。磁性構造体１０におけるコアシェル構造粒子１３は、少なくとも３つ連結していればよい。磁性構造体１０における連結したコアシェル構造粒子１３の数は、好ましくは少なくとも１０であり、例えば少なくとも５０である。

上述したような磁性構造体のコアシェル構造は、集束イオンビーム（ＦＩＢ）により断面を露出させたのち、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）のエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）のマッピング機能を用いて確認することができる。

本発明に係る磁性構造体において、コア部は略球形であることが好ましい。コア部が略球形であることで、コアシェル構造粒子が直線的に連結したワイヤー形状を有する磁性構造体をより容易に得ることができる。ここで「略球形」とは、真球度であらわすことができ、その真球度が５０以上のものを指す。かかる真球度は、６０以上９５以下が好ましく、例えば７０以上９０以下であってもよく、７５以上８５以下であってもよい。真球度とは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて撮影した粒子の２次元画像から、短径と長径を測長し、任意粒子１０個の平均より下式に従い、算出したものを指してよい。

コア部の真球度を５０以上とすることで、上述したようにコアシェル構造粒子が直線的に連結したワイヤー形状を有する磁性構造体をより容易に得ることができる。また、図１（ｂ）に例示するように、コア部１１の真球度を９５以下とすることで、コアシェル構造粒子１３を扁平形状とすることができ、隣り合うコアシェル構造粒子１３の接触面積をより広くすることができる。

本発明に係る磁性構造体において、各コア部の粒径が０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。コア部の粒径が０．１μｍ以上であることで、より効果的にコアシェル構造を形成することができる。

本発明に係る磁性構造体において、隣り合うコアシェル構造粒子は、少なくとも各々のコアシェル構造粒子におけるシェル部が連結している。一実施形態では、図１（ｃ）に例示するように、隣り合うコアシェル構造粒子１３において、コア部１１同士およびシェル部１２同士がそれぞれ連結している。換言すると、複数のコア部１１同士が連結して１のコア部を成し、かかる１のコア部の表面を覆う複数のシェル部１２同士が連結して１のシェル部を成している。このような複数のコア部１１が連結した構造とすることで、磁性構造体１０の透磁率および機械的強度をより高くすることができる。

上述の実施形態において、隣り合うコアシェル構造粒子１３同士の接触面におけるシェル部１２同士の接触面積は、コア部１１同士の接触面積より大きいことが好ましい。この場合、一のコア部１１の表面を覆うシェル部１２と、その一のコア部１１に隣接するコア部１１の表面を覆うシェル部１２との接触面積が、コア部１１同士の接触面積より大きくなるので、磁性構造体１０の機械的強度がより一層強固なものとなる。

コア部は、第１金属および第２金属を含む合金からなる。シェル部は、第１金属および第２金属を含み、コア部とは異なる第１金属と第２金属との含有比を有する合金からなる。コア部およびシェル部を構成する合金は、後述するようにリンおよび／またはホウ素等の他の元素を含んでよく、不可避不純物を更に含んでよい。この不可避不純物は、磁性構造体の原料に含まれ得、または製造工程において混入し得る微量成分であり、磁性構造体の特性に影響を及ぼさない程度に含まれる成分である。

第１金属は、第２金属よりも高い標準酸化還元電位を有する。換言すれば、第１金属は、第２金属よりも還元されやすい。そのため、製造方法に関連して後述するように、第１金属は第２金属より先に析出し、その結果、コア部において、第１金属の含有量は第２金属の含有量よりも多くなる。また、第１金属は、第２金属を還元して析出させる触媒作用を示す。第１金属は磁性金属である。そのため、一実施形態に係る磁性構造体は、磁性材料からなる複数のコア部が互いに連結したワイヤー状のコア部（すなわち、ワイヤー状の磁性コア部）を備える。第１金属は、例えばコバルトまたはニッケルであってよい。

第２金属は、第１金属よりも還元されにくく、第１金属の触媒作用で還元されて析出する金属である。第２金属は、例えば鉄であってよい。

好ましい態様において、第１金属はコバルトまたはニッケルであり、第２金属は鉄である。すなわち、コア部およびシェル部は、鉄コバルト合金または鉄ニッケル合金からなることが好ましい。この場合、磁性構造体の飽和磁束密度をより高くすることができる。

コア部における第１金属の平均濃度は、シェル部における第１金属の平均濃度よりも高いことが好ましい。第１金属がコバルトまたはニッケルの場合、コア部におけるコバルトまたはニッケルの平均濃度は、シェル部におけるコバルトまたはニッケルよりも高いことが好ましい。一方、シェル部における第２金属の平均濃度は、コア部における第２金属の平均濃度よりも高いことが好ましい。このような構成とすることで、磁性構造体におけるコアシェル構造粒子の結合をより強固なものとすることができる。

コア部およびシェル部に含まれる各元素の平均濃度は、ＳＴＥＭ−ＥＤＸ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ−Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｅ）で測定することができる。

一実施形態では、コア部およびシェル部はアモルファス合金からなる。アモルファス合金は結晶磁気異方性を有さず、形状磁気異方性の影響のみを受ける。そのため、コイル部品の磁性材料として本実施形態に係る磁性構造体を用いる場合、コア部およびシェル部がアモルファス合金であると、形状異方性のみを考慮して磁性構造体を配置すればよく、磁性構造体のハンドリング性をより向上することができる。

コア部およびシェル部はそれぞれ、第１金属および第２金属に加えて、他の元素を含んでもよい。一実施形態では、コアシェル構造粒子はリンを含む。ここで、コア部はリンを含み、コア部におけるリンの平均濃度はシェル部におけるリンの平均濃度より高い。リンは、磁性構造体の製造工程において使用され得る酸化剤に由来するものであってよい。また、コアシェル構造粒子はリンに加えて、またはリンの代わりに、ホウ素を含む。ホウ素は、磁性構造体の製造工程において使用され得る還元剤に由来するものであってよい。例えば、コア部およびシェル部が鉄を含み、さらにリンおよび／またはホウ素を含む場合、コア部およびシェル部をより好適にアモルファス合金とすることができる。

一実施形態では、コア部における第２金属に対する第１金属のモル比は、１以上３以下であることが好ましい。第２金属に対する第１金属のモル比が上記範囲内であると、より飽和磁束密度の高い磁性構造体を得ることができる。一方、シェル部における第２金属に対する第１金属のモル比は、１以上２以下であることが好ましい。シェル部において、第１金属の濃度はシェル部の外表面に近い領域ほど高くなっている。

コア部およびシェル部の組成は上述した条件を満たす限り特に限定されるものではないが、コア部およびシェル部は貴金属、具体的には金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）および／またはルテニウム（Ｒｕ）を含まないことが好ましい。磁性構造体の製造方法に関連して後述するように、コア部およびシェル部がＡｕ、Ｐｄ、Ｐｔおよび／またはＲｕ等の貴金属を含むと、本実施形態に係る磁性構造体のようなコアシェル構造を形成することができない。

コア部およびシェル部は、アモルファス合金からなることが好ましい。上述したように、アモルファス合金は結晶磁気異方性を有さず、形状磁気異方性の影響のみを受ける。そのため、コイル部品の磁性材料として本実施形態に係る磁性構造体を用いる場合、コア部およびシェル部がアモルファス合金であると、形状異方性のみを考慮して磁性構造体を配置すればよく、磁性構造体のハンドリング性をより向上することができるので好ましい。

一実施形態では、コアシェル構造粒子はリンおよびホウ素を含まない。換言すると、コアシェル構造粒子は非リン含有成分および非ホウ素含有成分からなる。つまり、コアシェル構造粒子は、成分として第１金属、第２金属、酸素、窒素、炭素およびナトリウムのみからなる。コアシェル構造粒子がリンおよびホウ素を含まないことで、磁性構造体の磁気特性（すなわち、飽和磁束密度および透磁率）が劣化することをより好適に防ぐことができる。一方で、コアシェル構造粒子は不可避不純物としてのリンおよびホウ素などは含んでいてよい。この不可避不純物は、磁性構造体の原料に含まれ得、または製造工程において混入し得る微量成分であり、磁性構造体の特性に影響を及ぼさない程度に含まれる成分である。

一実施形態では、磁性構造体における第１金属はコバルトであることが好ましい。例えば、コアシェル構造粒子がリンおよびホウ素を含まない態様において磁性構造体を形成する場合、コア部が球状になり難く、直線的に連結した磁性構造体を得られない場合がある。このような場合であっても、第１金属にコバルトを用いることで、略球形のコア部をより好適に得ることができ、直線的に連結した磁性構造体とすることができる。本実施形態では、第２金属は鉄であることが好ましい。

一実施形態では、第２金属に対する第１金属のモル比は４以上９以下であることが好ましい。かかるモル比が４以上であると、コア部の真球度をより高めることができ、それによって直線的に連結した磁性構造体とすることができる。また、かかるモル比が９以下であると、シェル部を十分に形成することができ、磁性構造体の機械的強度をより強固にすることができる。

一実施形態では、コア部は六方最密構造相を有することが好ましい。コア部が六方最密構造相を有することで、コア部の真球度をより高めることができ、それによって直線的に連結した磁性構造体とすることができる。また、コアシェル構造粒子の真球度の観点から、シェル部も六方最密構造相を有することが好ましい。

次に、本実施形態に係る磁性構造体の製造方法について以下に説明する。なお、以下に説明する方法は一例に過ぎず、本実施形態に係る磁性構造体の製造方法は以下の方法に限定されるものではない。

磁性構造体は、概略的には、磁石等を用いて磁場を印加しながら、還元液に金属塩含有液を加えて（または、金属塩含有液に還元液を加えて）反応させることにより製造される。

（金属塩含有液）
金属塩含有液は、第１金属の塩、第２金属の塩および溶媒を含む。第１金属の塩および第２金属の塩は、硫酸塩、硝酸塩および塩化物塩から選択される少なくとも１種であってよい。第１金属の塩および第２金属の塩は、同じアニオンを有する塩であってよく、あるいは異なるアニオンを有する塩であってもよい。第１金属の塩および第２金属の塩が硝酸塩である場合、硝酸イオンが還元剤を分解しやすくなるため、コア部１１を構成する粒子の成長速度は遅くなる傾向にある。その結果、コアシェル構造粒子の粒径は大きくなる傾向にある。

使用する還元液が塩基性である場合、金属塩含有液は酸性溶液とする。

金属塩含有液に含まれる溶媒は、水またはアルコールであってよい。

金属塩含有液は、第１金属の塩、第２金属の塩および溶媒に加えて、錯化剤をさらに含んでよい。金属塩含有液が錯化剤を含むと、第１金属の塩および第２金属の塩を金属塩含有液中で安定に存在させることができる。錯化剤は、第１金属の塩および第２金属の塩の両方を安定化させる塩であることが好ましい。あるいは、錯化剤は、第２金属の塩を第１金属の塩よりも安定に存在させる塩であることが好ましい。これにより、第２金属よりも第１金属を多く含む（第１金属リッチの）大粒径のコア部を析出させた後に、錯化剤で安定化された第２金属をゆっくりと析出させることができる。その結果、コアシェル構造を有する磁性構造体を得ることができる。

（還元液）
還元液は、還元剤および溶媒を含む。還元剤は、水素化ホウ素ナトリウム、ジメチルアミンボランおよびヒドラジン一水和物から選択される少なくとも１種であってよい。還元剤がホウ素を含む場合（例えば、還元剤が水素化ホウ素ナトリウムの場合）、磁性構造体にホウ素を取り込むことができ、その結果、より好適にアモルファス合金からなる磁性構造体連結粒子を得ることができる。一方、還元剤がホウ素を含まない場合（例えば、還元剤がヒドラジン一水和物の場合）、磁性構造体の磁気特性が劣化することをより好適に防ぐことができる。

還元液に含まれる溶媒は、水またはアルコールであってよい。

還元液は、還元剤および溶媒に加えて、酸化剤を更に含んでよい。酸化剤は、例えば次亜リン酸ナトリウムであってよい。還元液が酸化剤を含むことにより、還元剤の還元力を調整することができる。

還元剤がホウ素を含む実施態様では、金属塩含有液における、第２金属に対する第１金属のモル比は１以上３以下であることが好ましい。第２金属に対する第１金属のモル比を上記範囲内とすることにより、より高い飽和磁束密度を有する磁性構造体を得ることができる。また、コア部同士が互いに連結した構造を形成することができる。

還元剤がホウ素を含まない実施態様では、金属塩含有液における第１金属はコバルトであることが好ましい。第１金属にコバルトを用いることで、略球形のコア部をより好適に得ることができ、直線的に連結した磁性構造体とすることができる。また、本実施形態では、第２金属は鉄であることが好ましい。

かかる金属塩含有液における第２金属に対する第１金属のモル比は４以上９以下であることが好ましい。第１金属と第２金属のモル比を上記範囲内とすることにより、直線的に連結した磁性構造体とすることができ、より高い透磁率を有する磁性構造体を得ることができる。また、コアシェル構造粒子のシェル部を十分に形成することができ、磁性構造体の機械的強度をより強固にすることができる。

金属塩含有液および還元液はともに、貴金属、具体的には、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）およびルテニウム（Ｒｕ）を含まない。Ａｕ、Ｐｄ、ＰｔおよびＲｕなどの貴金属は還元剤に対して高い触媒作用を示す。そのため、金属塩含有液および／または還元液がＡｕ、Ｐｄ、Ｐｔおよび／またはＲｕを含むと、第２金属が第１金属と同時に析出してしまい、第１金属を多く含む（第１金属リッチの）コア部を先に析出させることができない。そのため、コアシェル構造を有する磁性構造体を得ることができない。

本発明に係る磁性構造体の形成について、図２に示す例示態様を用いて説明する。まず、ビーカー３０中で磁石４０を用いて磁場を印加しながら、上述した金属塩含有液に還元液を加えて混合液２０を作成する。金属塩含有液に還元液を加えた混合液２０において、第２金属より高い標準酸化還元電位を有する第１金属が溶液中に先に析出して複数のコア部１１が形成される（図２（ａ）参照）。コア部１１が形成されると、磁場が印加されていることにより、磁性金属である第１金属を含む合金からなる複数のコア部１１が互いに連結する構造を形成することができる（図２（ｂ）参照）。第２金属は第１金属より低い標準酸化還元電位を有するので、コア部１１が形成された後に析出して、コア部の表面を覆うシェル部１２を形成する（図２（ｃ）参照）。このとき、第１金属は第２金属を還元して析出させる触媒としても作用する。

金属塩含有液と還元液との反応は、好ましくは５０℃以上８０℃以下で行われ、より好ましくは約６０℃前後で行われる。

このようにして製造される磁性構造体は、機械的強度が高く、高温条件下においてもコアシェル構造粒子同士が強固に連結し、ワイヤー形状を維持することができる。

以下に説明する手順で、実施例１の磁性構造体を作製した。まず、表１に示す組成となるように硫酸鉄（ＩＩ）七水和物、硫酸コバルト（ＩＩ）七水和物およびクエン酸三ナトリウム二水和物を秤量して、５０ｍＬの金属塩含有液を調製した。金属塩含有液の溶媒としては水を用いた。また、表２に示す組成となるように、還元剤である水素化ホウ素ナトリウムと、次亜リン酸ナトリウムと、ｐＨ調整用の水酸化ナトリウムとを秤量して、５０ｍＬの還元液を調製した。還元液の溶媒としては水を用いた。６０℃に保温したウォーターバス中にφ１５ｍｍ×１０ｍｍのサマリウムコバルト磁石を置き、その上に、上述の金属塩含有液５０ｍＬを入れた２００ｍＬビーカーを置いた。上述の還元液を１００ｍＬビーカーに入れて６０℃で保温し、還元液を、送液ポンプを用いて２ｍＬ／ｍｉｎの流速で金属塩含有液に加えた。

還元液を全て加えた後、得られた溶液を６０℃で３０分保持した。ビーカーの底部の磁石に吸引された析出物を回収し、純水で４回洗浄して残留する還元剤等を除去した。このようにして、実施例１の磁性構造体を得た。

走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した磁性構造体の外観を図３および図４に示す。ＳＥＭ観察により、直径約１μｍのコアシェル構造粒子が直線状に連結してワイヤー状の磁性構造体を形成しているのが確認された。各コアシェル構造粒子は、平行または略平行な二つの面によって球形または略球形の粒子の両端が切断された形状を有し、隣り合うコアシェル構造粒子同士が切断面を共有することで粒子が連結する形状となっていた。このワイヤー状の磁性構造体を集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工し、磁性構造体の断面の組成分析をＳＴＥＭ−ＥＤＸ分析により行った。結果を図５に示す。

図５は、コアシェル構造粒子の連結方向に対して略平行な軸（以下、「ワイヤー軸」ともよぶ）に対して略直交方向の断面における組成分析結果である。図５より、磁性構造体の内側に、相対的に第１金属を多く含む（コバルトリッチな）コア部が存在し、その周囲を第１金属の含有量が相対的に少ない（コバルトプアな）シェル部が覆っているのがわかる。これは、鉄よりもコバルトの方が還元剤によって還元されやすいため、まずコバルトリッチの成分が析出してコア部を形成し、続いて析出したコバルトの触媒作用によって還元剤の分解が促進され、コア部の周囲にコバルトプア（すなわち鉄リッチ）なシェル部が析出したためであると考えられる。

図６は磁性構造体のワイヤー軸に対して略平行な方向における断面の組成分析結果である。図６からも、磁性構造体の内部にコバルトリッチなコア部が存在し、このコア部の表面をコバルトプアなシェル部が覆っていることが確認できた。また、隣り合うコアシェル構造粒子において、コア部同士およびシェル部同士がそれぞれ連結していることが確認できた。また、隣り合うコアシェル構造粒子同士の接触面におけるシェル部同士の接触面積が、コア部同士の接触面積より大きいことが確認できた。さらに、隣り合うシェル部同士の間に、空隙やシェル部の組成と異なる物質が存在しておらず、シェル部が連続的かつ一体的な構造を有することがわかった。

実施例１におけるコアシェル構造粒子のＸＲＤによる分析結果を図７に示す。図７に示すように、コアシェル構造粒子において顕著な結晶ピークは存在せず、アモルファス合金からなることが分かった。なお、図７における３６（２θ）近傍のピークは、試料袋による回折ピークであり、コアシェル構造粒子の結晶ピークを示すものではない。

実施例１によって得られたワイヤーは、鉄コバルト合金のコアシェル構造粒子が直線的に連結している。各々のコアシェル構造粒子は、平行または略平行な二面によって球形または略球形の粒子の両端が切断された形状をしており、隣り合うコアシェル構造粒子同士の切断面を共有することで複数のコアシェル構造粒子が連結する形状となっている。相対的にコバルトリッチなコア部の表面が相対的にコバルトプアなシェル部で覆われており、隣り合うシェル部同士はその内部に含まれる隣り合うコア同士よりも広い面積で接触している。かつ隣り合うシェル部同士の間に空隙やシェルの組成と異なる物質が存在しない。このことから、ある１本のワイヤーにおいてシェル部は連続的に一体化しており、ワイヤーの強度が高いという効果が得られる。またシェル部は鉄コバルト合金であるため、耐熱温度の低いポリマーと異なり、比較的高温までワイヤー形状を維持できるという効果が得られる。

以下に説明する手順で、実施例２の磁性構造体を作製した。表３に示す組成となるように硫酸鉄（ＩＩ）七水和物、硫酸ニッケル（ＩＩ）六水和物およびクエン酸三ナトリウム二水和物を秤量して、５０ｍＬの金属塩含有液を調製した。金属塩含有液の溶媒としては水を用いた。また、表４に示す組成となるように、還元剤である水素化ホウ素ナトリウムおよび次亜リン酸ナトリウムとｐＨ調整用の水酸化ナトリウムとを秤量して、５０ｍＬの還元液を調製した。還元液の溶媒としては水を用いた。６０℃に保温したウォーターバス中にφ１５ｍｍ×１０ｍｍのサマリウムコバルト磁石を置き、その上に金属塩含有液５０ｍＬを入れた２００ｍＬビーカーを置いた。還元液を１００ｍＬビーカーに入れて６０℃で保温し、送液ポンプを用いて還元液を２ｍＬ／ｍｉｎの流速で金属塩含有液に加えた。還元液を全て加えた後、６０℃で３０分保持した。ビーカー底の磁石に吸引された析出物を回収し、純水で４回洗浄して残留する還元剤などを除去した。

ＳＥＭで観察した析出物の外観を図８に示す。直径約１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下のコアシェル構造粒子が直線的に並んでワイヤー状の磁性構造体を形成しているのが確認された。各粒子は、平行または略平行な二面により、球形または略球形が切断された形状をしており、隣り合う粒子同士の切断面を共有することで粒子が連結する形状となっていた。実施例２によって得られたワイヤーは、実施例１によって得られたワイヤーと同様に、相対的に第１金属を多く含む（ニッケルリッチな）コア部と、第１金属の含有量が相対的に少ない（ニッケルプアな）シェル部とで構成されるコアシェル構造を有した。

実施例２によって得られたワイヤーは、鉄ニッケル合金のコアシェル構造粒子が直線的に連結している。各粒子は、平行または略平行な二面により、球形または略球形が切断された形状をしており、隣り合う粒子同士の切断面を共有することで粒子が連結する形状となっている。ある１本のワイヤーは連続的に一体化しており、ワイヤーの強度が高いという効果が得られる。また耐熱温度の低いポリマーと異なり、比較的高温までワイヤー形状を維持できるという効果が得られる。

金属塩の種類を、実施例１の硫酸鉄（ＩＩ）七水和物、硫酸コバルト（ＩＩ）七水和物からそれぞれ塩化鉄（ＩＩ）四水和物、塩化コバルト（ＩＩ）六水和物に変更し、他の条件は実施例１と同じにして合成を実施した。ＳＥＭで観察した析出物の外観を図９に示す。直径が平均約１μｍのコアシェル構造粒子が直線的に並んでワイヤー状の磁性構造体を形成しているのが確認された。各粒子は、平行または略平行な二面により、球形または略球形が切断された形状をしており、隣り合う粒子同士の切断面を共有することで粒子が連結する形状となっていた。実施例３によって得られたワイヤーは、実施例１によって得られたワイヤーと同様に、相対的に第１金属を多く含む（コバルトリッチな）コア部と、第１金属の含有量が相対的に少ない（コバルトプアな）シェル部とで構成されるコアシェル構造を有した。

実施例３によって得られたワイヤーは、鉄コバルト合金のコアシェル構造粒子が直線的に連結している。各粒子は、平行または略平行な二面により、球形または略球形が切断された形状をしており、隣り合う粒子同士の切断面を共有することで粒子が連結する形状となっている。ある１本のワイヤーは連続的に一体化しており、ワイヤーの強度が高いという効果が得られる。また耐熱温度の低いポリマーと異なり、比較的高温までワイヤー形状を維持できるという効果が得られる。

金属塩の種類を、実施例１の硫酸鉄（ＩＩ）七水和物、硫酸コバルト（ＩＩ）七水和物からそれぞれ酢酸鉄（ＩＩ）、酢酸コバルト（ＩＩ）四水和物に変更し、他の条件は実施例１と同じにして合成を実施した。ＳＥＭで観察した析出物の外観を図１０に示す。直径が平均約１μｍのコアシェル構造粒子が直線的に並んでワイヤー状の磁性構造体を形成しているのが確認された。各粒子は、平行または略平行な二面により、球形または略球形が切断された形状をしており、隣り合う粒子同士の切断面を共有することで粒子が連結する形状となっていた。実施例４によって得られたワイヤーは、実施例１によって得られたワイヤーと同様に、相対的に第１金属を多く含む（コバルトリッチな）コア部と、第１金属の含有量が相対的に少ない（コバルトプアな）シェル部とで構成されるコアシェル構造を有した。

実施例４によって得られたワイヤーは、鉄コバルト合金のコアシェル構造粒子が直線的に連結している。各粒子は、平行または略平行な二面により、球形または略球形が切断された形状をしており、隣り合う粒子同士の切断面を共有することで粒子が連結する形状となっている。ある１本のワイヤーは連続的に一体化しており、ワイヤーの強度が高いという効果が得られる。また耐熱温度の低いポリマーと異なり、比較的高温までワイヤー形状を維持できるという効果が得られる。

以下に説明する手順で、実施例５の磁性構造体を作製した。表５に示す組成となるように酢酸鉄（ＩＩ）、酢酸コバルト（ＩＩ）四水和物を秤量して、５０ｍＬの金属塩含有液を調製した。金属塩含有液の溶媒としてはエチレングリコールを用いた。また、表６に示す組成となるように、還元剤であるヒドラジン一水和物とｐＨ調整用の水酸化ナトリウムとを秤量して、５０ｍＬの還元液を調製した。還元液の溶媒としてはエチレングリコールを用いた。６０℃に保温したウォーターバス中にφ１５ｍｍ×１０ｍｍのサマリウムコバルト磁石を置き、その上に金属塩含有液５０ｍＬを入れた２００ｍＬビーカーを置いた。還元液を１００ｍＬビーカーに入れて６０℃で保温し、送液ポンプを用いて還元液を２ｍＬ／ｍｉｎの流速で金属塩含有液に加えた。

還元液を全て加えた後、６０℃で３０分保持した。ビーカー底の磁石に吸引された析出物を回収し、純水で４回洗浄して残留する還元剤などを除去した。このようにして、実施例５の磁性構造体を得た。

ＳＥＭで観察した析出物の外観を図１１に示す。球状で直径約１μｍのコアシェル構造粒子が直線的に並んでワイヤー状の磁性構造体を形成しているのが確認された。各粒子は、平行または概平行な二面により、球形または概球形が切断された形状をしており、隣り合うコアシェル構造粒子同士の切断面を共有することで粒子が連結する形状となっていた。

得られたワイヤー状の磁性構造体をＦＩＢ加工し、ワイヤー状の磁性構造体の断面の組成分析をＳＴＥＭ／ＥＤＸ分析により行った結果を図１２に示す。図１２に示すように、各コアシェル構造粒子の内側に相対的にコバルトリッチなコア部が存在し、その周囲を相対的にコバルトプアなシェル部が覆っていることが分かる。これは還元剤によって鉄よりもコバルトのほうが還元されやすく、そのためまずコバルトリッチな粒子が析出してコアとなり、続いて析出したコバルトの触媒作用によって還元剤の分解が促進され、コアの周囲にコバルトプア（すなわち、鉄リッチ）なシェルが析出するためであると考えられる。また、本実施例において、還元剤に水素化ホウ素ナトリウムや次亜リン酸ナトリウムを用いていないため、粒子中にホウ素やリンは含まれていないことが分かった。それによって、実施例５における磁性構造体は、飽和磁束密度や透磁率といった点で良好な磁気特性を示す。

実施例５におけるコアシェル構造粒子のＸＲＤによる分析結果を図１３に示す。図１３に示すように、コアシェル構造粒子において、六方最密構造が生じていることが分かった。なお、図１３における４４（２θ）近傍および７６（２θ）近傍のピークが、六方最密構造相を示すピークである。

実施例５の金属塩含有液における各金属塩のモル濃度を、表７に示す組成となるように調整した。他の条件は実施例５と同じにして合成を実施した。

ＳＥＭで観察した析出物の外観を図１４に示す。直径約１μｍの球状粒子が直線的に並んでワイヤー状の磁性構造体を形成しているのが確認された。各コアシェル構造粒子は、平行または概平行な二面により、球形または概球形が切断された形状をしており、隣り合うコアシェル構造粒子同士の切断面を共有することで粒子が連結する形状となっていた。

本発明は以下の態様を含むが、これらの態様に限定されるものではない。
（態様１）
コア部と、コア部の表面を覆うシェル部とを備えるコアシェル構造粒子を有する磁性構造体であって、
コア部は、第１金属および第２金属を含む合金からなり、
シェル部は、第１金属および第２金属を含み、かつコア部とは異なる第１金属と第２金属との含有比を有する合金からなり、
第１金属は磁性金属であり、かつ第２金属より高い標準酸化還元電位を有し、
隣り合うコアシェル構造粒子が互いに直線的に連結している、
磁性構造体。
（態様２）
コア部が略球形である、態様１に記載の磁性構造体。
（態様３）
隣り合うコアシェル構造粒子において、各々の該コアシェル構造粒子のコア部同士およびシェル部同士がそれぞれ連結している、態様１または２に記載の磁性構造体。
（態様４）
隣り合うコアシェル構造粒子同士の接触面おけるシェル部の接触面積が、コア部の接触面積よりも大きい、態様３に記載の磁性構造体。
（態様５）
コア部における第１金属の平均濃度が、シェル部における第１金属の平均濃度よりも高い、態様１〜４のいずれかに記載の磁性構造体。
（態様６）
シェル部における第２金属の平均濃度が、コア部における第２金属の平均濃度よりも高い、態様１〜５のいずれかに記載の磁性構造体。
（態様７）
コア部およびシェル部がアモルファス合金からなる、態様１〜６のいずれかに記載の磁性構造体。
（態様８）
第１金属がコバルトまたはニッケルであり、第２金属が鉄である、態様１〜７のいずれかに記載の磁性構造体。
（態様９）
コアシェル構造粒子がリンを含み、コア部におけるリンの平均濃度が、シェル部におけるリンの平均濃度より高い、態様１〜８のいずれかに記載の磁性構造体。
（態様１０）
コアシェル構造粒子がホウ素を含む、態様１〜９のいずれかに記載の磁性構造体。
（態様１１）
コア部における第２金属に対する第１金属のモル比が１以上３以下である、態様１〜１０のいずれかに記載の磁性構造体。
（態様１２）
コアシェル構造粒子がリンおよびホウ素を含まない、態様１〜８のいずれかに記載の磁性構造体。
（態様１３）
第１金属がコバルトであり、第２金属が鉄である、態様１〜８および１２のいずれかに記載の磁性構造体。
（態様１４）
磁性構造体において、コバルトと鉄とのモル比が４以上９以下である、態様１〜８、１２および１３のいずれかに記載の磁性構造体。
（態様１５）
コア部が六方最密構造相を有する、態様１〜８および１２〜１４のいずれかに記載の磁性構造体。

本発明に係る磁性構造体は、インダクタ等の電子部品を構成する磁性材料として幅広く様々な用途に使用され得る。
関連出願の相互参照

本出願は、日本国特許出願第２０１８−０２３４３８号（出願日：２０１８年２月１３、発明の名称：「磁性構造体」）に基づくパリ条約上の優先権を主張する。当該出願に開示された内容は全て、この引用により、本明細書に含まれるものとする。

１０ 磁性構造体
１１ コア部
１２ シェル部
１３ コアシェル構造粒子
２０ 金属塩含有液と還元液との混合液
３０ ビーカー
４０ 磁石

Claims (15)

1. コア部と、前記コア部の表面を覆うシェル部とを備えるコアシェル構造粒子を有する磁性構造体であって、
   前記コア部は、第１金属および第２金属を含む合金からなり、
   前記シェル部は、前記第１金属および前記第２金属を含み、かつ前記コア部とは異なる該第１金属と該第２金属との含有比を有する合金からなり、
   前記第１金属は磁性金属であり、かつ前記第２金属より高い標準酸化還元電位を有し、
   隣り合う前記コアシェル構造粒子が互いに直線的に連結している、磁性構造体。
2. 前記コア部が略球形である、請求項１に記載の磁性構造体。
3. 前記隣り合うコアシェル構造粒子において、各々の該コアシェル構造粒子の前記コア部同士および前記シェル部同士がそれぞれ連結している、請求項１または２に記載の磁性構造体。
4. 前記隣り合うコアシェル構造粒子同士の接触面おける前記シェル部の接触面積が、前記コア部の接触面積よりも大きい、請求項３に記載の磁性構造体。
5. 前記コア部における前記第１金属の平均濃度が、前記シェル部における前記第１金属の平均濃度よりも高い、請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁性構造体。
6. 前記シェル部における前記第２金属の平均濃度が、前記コア部における前記第２金属の平均濃度よりも高い、請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁性構造体。
7. 前記コア部および前記シェル部がアモルファス合金からなる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁性構造体。
8. 前記第１金属がコバルトまたはニッケルであり、前記第２金属が鉄である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の磁性構造体。
9. 前記コアシェル構造粒子がリンを含み、前記コア部におけるリンの平均濃度が、前記シェル部におけるリンの平均濃度より高い、請求項１〜８のいずれか１項に記載の磁性構造体。
10. 前記コアシェル構造粒子がホウ素を含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の磁性構造体。
11. 前記コア部における前記第２金属に対する前記第１金属のモル比が１以上３以下である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の磁性構造体。
12. 前記コアシェル構造粒子がリンおよびホウ素を含まない、請求項１〜８のいずれか１項に記載の磁性構造体。
13. 前記第１金属がコバルトであり、前記第２金属が鉄である、請求項１〜８および１２のいずれか１項に記載の磁性構造体。
14. 前記磁性構造体において、前記第２金属に対する前記第１金属のモル比が４以上９以下である、請求項１〜８、１２および１３のいずれか１項に記載の磁性構造体。
15. 前記コア部が六方最密構造相を有する、請求項１〜８および１２〜１４のいずれか１項に記載の磁性構造体。