KR102521253B1 - Method for Improving Saturation Magnetization of Carbonyl Iron by Metal Ion Beam Irradiation - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 금속 이온빔 조사를 통해 카보닐 철의 포화자화값을 효과적으로 향상시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for effectively improving the saturation magnetization value of carbonyl iron through metal ion beam irradiation.
카보닐 철(carbonyl iron)은 뛰어난 전기적 성질과 높은 포화자화도(saturation magnetization), 높은 큐리 온도(Curie temperature), 그리고 광대역의 흡수능력(2-18 GHz)으로 전자파흡수소재로 사용되고 있다. 또한, 카보닐 철은 외부자기장의 유무에 따라 뉴토니안(Newtonian) 유체에서 점소성(viscoplastic) 고체로의 변화가 가능하기 때문에 자기유변 서스펜션(magnetorheological suspension)에 적용될 수 있어, 산업적 활용가치가 높은 물질로 주목 받고 있다.Carbonyl iron is used as an electromagnetic wave absorbing material due to its excellent electrical properties, high saturation magnetization, high Curie temperature, and broadband absorption capacity (2-18 GHz). In addition, since carbonyl iron can change from a Newtonian fluid to a viscoplastic solid depending on the presence or absence of an external magnetic field, it can be applied to a magnetorheological suspension, a material with high industrial utility value. is getting attention as
특히, 카보닐 철의 높은 포화자화도는 우수한 점도 조절특성 및 전자파흡수 능력을 유도할 수 있어 산업적으로 응용 가능한 매우 중요한 특성이다.In particular, the high saturation magnetization of carbonyl iron is a very important characteristic that can be applied industrially because it can induce excellent viscosity control characteristics and electromagnetic wave absorption ability.
포화자화(saturation magnetization)란, 자기장 속에 놓인 강자성체의 자화의 세기가 외부 자기장의 증가와 함께 증가하다가 어떤 자기장 이상에서 일정해진 상태(자기포화)에서의 자화의 세기를 의미한다. 구체적으로, 강자성체의 자화 시에 외부 자기장을 점점 증가시키면 자속 밀도도 증가하는데, 자성체 내 자구들이 외부 자기장 방향으로 배열하게 되면, 그때부터 외부에서 아무리 강한 자기장을 가해도, 더 이상 자성체 내의 자기장이 증가를 하지 않는 현상을 의미하는 것이다.Saturation magnetization refers to the intensity of magnetization in a state where the intensity of magnetization of a ferromagnetic material placed in a magnetic field increases with the increase of an external magnetic field and then becomes constant (magnetic saturation) above a certain magnetic field. Specifically, when the external magnetic field is gradually increased during magnetization of a ferromagnetic substance, the magnetic flux density also increases. When the magnetic domains in the magnetic substance are arranged in the direction of the external magnetic field, from then on, no matter how strong the external magnetic field is applied, the magnetic field in the magnetic substance no longer increases. It means the phenomenon of not doing.
카보닐 철의 높은 포화자화도와 관련하여 종래에는 카보닐 철 분말의 입자 크기와 형태, 입자 분포 등의 변화가 자성과 관련이 있음을 규명한 기술은 보고된 바 있으나, 현재까지 카보닐 철의 포화자화를 향상시키는 기술에 대해서는 보고된 바가 없다. 입자들 크기에 따른 입자간 상호작용에 의해 자성특성에 영향을 준다. Regarding the high saturation magnetization of carbonyl iron, a technique that has been reported to identify that the change in particle size, shape, particle distribution, etc. of carbonyl iron powder is related to magnetism has been reported, but to date the saturation of carbonyl iron There is no report on techniques for enhancing magnetization. The magnetic properties are influenced by the interaction between the particles according to their size.
즉, 산업적 응용 가능성이 높은 카보닐 철의 자성에 대해 수행한 체계적 연구가 현재까지 없기 때문에, 카보닐 철의 자성특성에 대한 이해가 부족한 상태이다. 특히, 카보닐 철에 금속 이온빔을 조사하는 기술 및 조사 이후에 카보닐 철의 자성에 미치는 영향에 대한 연구는 수행된 바 없다.That is, since there is no systematic study conducted on the magnetism of carbonyl iron, which has high industrial application potential, there is a lack of understanding of the magnetic properties of carbonyl iron. In particular, no research has been conducted on the technique of irradiating carbonyl iron with a metal ion beam and the effect on the magnetism of carbonyl iron after irradiation.
본 발명은 상술한 문제를 해결하고 카보닐 철의 자성 특성에 대한 이해를 높여 산업적 활용도를 높이기 위한 것으로서, 카보닐 철 함유 분말에 금속 이온빔을 조사하는 단계를 포함하는 카보닐 철의 포화자화 향상 방법으로서, 상기 카보닐 철 함유 분말은 적어도 일부의 표면에 α-Fe2O3를 포함하고, 그 포화자화값은 온도 증가에 따라 상승되며, 상기 금속 이온빔이 조사된 카보닐 철 함유 분말의 300K에서의 포화자화값은 400 내지 600 emu/g인, 카보닐 철의 포화자화 향상 방법을 제공한다. The present invention is to solve the above problems and increase the understanding of the magnetic properties of carbonyl iron to increase industrial utilization, and a method for improving saturation magnetization of carbonyl iron comprising the step of irradiating a carbonyl iron-containing powder with a metal ion beam. wherein the carbonyl iron-containing powder contains α-Fe 2 O 3 on at least a part of its surface, its saturation magnetization value increases with temperature, and at 300K the carbonyl iron-containing powder irradiated with the metal ion beam The saturation magnetization value of is 400 to 600 emu/g, and a method for improving the saturation magnetization of carbonyl iron is provided.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 카보닐 철 함유 분말에 금속 이온빔을 조사하는 단계를 포함하는 카보닐 철의 포화자화 향상 방법으로서, 상기 카보닐 철 함유 분말은 적어도 일부의 표면에 α-Fe2O3를 포함하고, 그 포화자화값은 온도 증가에 따라 상승되며, 상기 금속 이온빔이 조사된 카보닐 철 함유 분말의 300K에서의 포화자화값은 400 내지 600 emu/g인, 카보닐 철의 포화자화 향상 방법을 제공한다.According to one embodiment of the present invention, there is provided a method for improving saturation magnetization of carbonyl iron, comprising irradiating a metal ion beam to a carbonyl iron-containing powder, wherein the carbonyl iron-containing powder has α-Fe 2 on at least a part of its surface. It contains O 3 , its saturation magnetization value increases with increasing temperature, and the saturation magnetization value at 300K of the carbonyl iron-containing powder irradiated with the metal ion beam is 400 to 600 emu/g. A magnetization enhancement method is provided.
상기 금속 이온빔의 금속은 전이 금속을 포함하는 것일 수 있다.The metal of the metal ion beam may include a transition metal.
상기 전이 금속은 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.The transition metal may include at least one selected from the group consisting of Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, and Zn.
상기 금속 이온빔의 조사 에너지는 4.5x1016 내지 5.5x1016 ㎠ 면적당 120 내지 160 keV일 수 있다.An irradiation energy of the metal ion beam may be 120 to 160 keV per area of 4.5x10 16 to 5.5x10 16 cm 2 .
상기 금속 이온빔의 조사 전·후로 카보닐 철의 결정구조가 실질적으로 변화되지 않는 것일 수 있다.The crystal structure of carbonyl iron may not substantially change before and after irradiation with the metal ion beam.
상기 금속 이온빔의 조사 전·후로 카보닐 철 함유 분말의 입자 크기가 실질적으로 변화되지 않는 것일 수 있다.The particle size of the carbonyl iron-containing powder may not substantially change before and after irradiation with the metal ion beam.
상기 금속 이온빔의 조사에 의해, 상기 카보닐 철 함유 분말의 표면으로부터 25 내지 70 ㎚ 깊이에 상기 금속 이온빔 유래의 금속성(metallic) 원소가 주입되어 있는 것일 수 있다.A metallic element derived from the metal ion beam may be implanted at a depth of 25 to 70 nm from the surface of the carbonyl iron-containing powder by irradiation with the metal ion beam.
상기 금속 이온빔이 조사된 카보닐 철 함유 분말의 모린 전이 온도(Morin transition temperature)는 190 내지 210 K인 것일 수 있다.The Morin transition temperature of the carbonyl iron-containing powder irradiated with the metal ion beam may be 190 to 210 K.
본 발명의 금속 이온빔 조사에 의한 카보닐 철의 포화자화 향상 방법에 따르면, 카보닐 철의 표면에 분포하는 α-Fe2O3에 의해 스핀 재배열 전이가 유도되어 온도가 상승함에 따라 카보닐 철의 포화자화값이 상승되는 경향이 생기고, 상기 카보닐 철에 금속 이온빔을 조사함으로써 전자스핀의 생성으로 인해 카보닐 철의 자화 특성이 증가되는 효과가 있다. According to the method of improving the saturation magnetization of carbonyl iron by metal ion beam irradiation of the present invention, a spin rearrangement transition is induced by α-Fe 2 O 3 distributed on the surface of carbonyl iron, and as the temperature rises, carbonyl iron The saturation magnetization value tends to increase, and the magnetization characteristics of carbonyl iron increase due to the generation of electron spins by irradiating the carbonyl iron with a metal ion beam.
또한, 상기와 같은 니켈 이온빔의 조사에 따른 카보닐 철의 포화자화값 향상으로 인해, 고성능 자기유변 서스펜션 및 전자파 흡수 차폐소재로 활용이 가능하다.In addition, due to the improvement of the saturation magnetization value of carbonyl iron according to the irradiation of the nickel ion beam as described above, it can be used as a high-performance magnetorheological suspension and electromagnetic wave absorbing shielding material.
도 1a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 카보닐 철 시료에 대한 이온빔 조사 전·후의 XRD(X-ray Diffraction) 스펙트럼 및 이온빔 조사 전 카보닐 철 시료에 대한 SEM 이미지를 나타낸 도시이다.
도 1b 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시형태에 따른 카보닐 철 시료에 대한 이온빔 조사 전·후의 광전자 분광 스펙트럼(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)을 나타낸 도시이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시형태에 따른 카보닐 철 시료에 대한 이온빔 조사 전·후의 입자 크기 히스토그램을 나타낸 도시이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시형태에 따른 카보닐 철 시료에 대한 이온빔 조사 전·후의 자화곡선을 나타낸 도시이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시형태에 따른 카보닐 철 시료에 대한 이온빔 조사 전·후의 영자기장 및 자기장 하에서의 냉각 곡선을 나타낸 도시이다.1A is a diagram illustrating an X-ray Diffraction (XRD) spectrum of a carbonyl iron sample before and after ion beam irradiation and a SEM image of a carbonyl iron sample before ion beam irradiation according to an embodiment of the present invention.
1B to 1D are diagrams showing X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) of a carbonyl iron sample before and after ion beam irradiation according to an embodiment of the present invention.
2A to 2C are diagrams illustrating particle size histograms of carbonyl iron samples before and after ion beam irradiation according to an embodiment of the present invention.
3A to 3E are diagrams showing magnetization curves of carbonyl iron samples before and after ion beam irradiation according to an embodiment of the present invention.
4A to 4C are diagrams illustrating cooling curves under a zero magnetic field and a magnetic field before and after ion beam irradiation for a carbonyl iron sample according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명인 금속 이온빔 조사에 의한 카보닐 철의 포화자화 향상 방법에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention, a method for improving saturation magnetization of carbonyl iron by metal ion beam irradiation, will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
본 발명에 따른 금속 이온빔 조사에 의한 카보닐 철의 포화자화 향상 방법은 카보닐 철 함유 분말에 금속 이온빔을 조사하는 단계를 포함하는 카보닐 철의 포화자화 향상 방법으로서, 상기 카보닐 철 함유 분말은 적어도 일부의 표면에 α-Fe2O3를 포함하고, 그 포화자화값은 온도 증가에 따라 상승되며, 상기 금속 이온빔이 조사된 카보닐 철 함유 분말의 300K에서의 포화자화값은 400 내지 600 emu/g인, 카보닐 철의 포화자화 향상 방법을 제공한다.A method for improving saturation magnetization of carbonyl iron by metal ion beam irradiation according to the present invention is a method for improving saturation magnetization of carbonyl iron comprising irradiating a metal ion beam to a carbonyl iron-containing powder, wherein the carbonyl iron-containing powder is It contains α-Fe 2 O 3 on at least a part of its surface, its saturation magnetization value increases with temperature, and the saturation magnetization value at 300K of the carbonyl iron-containing powder irradiated with the metal ion beam is 400 to 600 emu. /g, a method for enhancing the saturation magnetization of carbonyl iron is provided.
카보닐 철은 (carbonyl iron)은 순도가 높은 iron pentacarbonyl (Fe(CO)5)의 화학적 분해로 제조된 고순도 철로서, Fe의 순도가 99% 이상의 연자성 소재일 수 있다. 또한, 카보닐 철은 일반적으로 1 내지 10㎛ 크기의 직경을 갖는 구형 미세입자의 형태로 회색 분말의 외관을 보일 수 있고, C, O, N과 같은 불순물을 일부 포함할 수 있다. Carbonyl iron is high-purity iron produced by chemical decomposition of high-purity iron pentacarbonyl (Fe(CO) 5 ), and can be a soft magnetic material with a purity of Fe of 99% or more. In addition, carbonyl iron may generally show the appearance of a gray powder in the form of spherical microparticles having a diameter of 1 to 10 μm, and may include some impurities such as C, O, and N.
카보닐 철은 포화자속밀도가 높기 때문에 최대 인가 자기장 하에서 높은 항복응력, 높은 점탄성을 가질 수 있다. 또한, 카보닐 철의 특성 중 하나인 화학적 안정성 덕분에 공기 중에서 산화에 강하여 제조과정에서 부식이 되지 않아 재료의 관리 등이 용이하고, 부식으로 인한 자기특성 저하를 막을 수 있다. 또한, 카보닐 철은 입형이 구형이기 때문에 분말의 입형 변화에 따른 자기특성 편차가 적어 고른 유변 특성을 나타낼 수 있다. Since carbonyl iron has a high saturation magnetic flux density, it can have a high yield stress and high viscoelasticity under a maximum applied magnetic field. In addition, thanks to the chemical stability, which is one of the characteristics of carbonyl iron, it is resistant to oxidation in the air and does not corrode during the manufacturing process, making it easy to manage materials and preventing deterioration of magnetic properties due to corrosion. In addition, since carbonyl iron has a spherical particle shape, it can exhibit even rheological properties with little variation in magnetic properties due to changes in the particle shape of the powder.
본 발명의 일 실시형태에 따른 카보닐 철 함유 분말은 스핀 유리 거동 특성을 가질 수 있다. 스핀 유리는 비결정질 고체 안에 불규칙적으로 정열된 입자들을 구성하는 원자핵 및 전자의 스핀들이 불규칙적으로 정열해 있는 모든 상태를 의미할 수 있다. 또한, 스핀 유리 상태는, 입자의 스핀이 저밀도로 듬성듬성 위치해 있는 경우만이 아니라, 스핀이 고밀도로 조밀한 물질들에서도 비결정질 스핀 상태를 보이는 경우들을 포함할 수 있다. The carbonyl iron-containing powder according to an embodiment of the present invention may have spin glass behavior. Spin glass may refer to any state in which atomic nuclei and electron spins constituting irregularly arranged particles in an amorphous solid are irregularly arranged. In addition, the spin glass state may include cases in which an amorphous spin state is exhibited not only in a case where spins of particles are sparsely located at a low density, but also in materials having a high density of spins.
본 발명의 일 실시형태에 따른 카보닐 철 함유 분말의 표면에는 α- Fe2O3가 분포할 수 있다.α-Fe 2 O 3 may be distributed on the surface of the carbonyl iron-containing powder according to an embodiment of the present invention.
α-Fe2O3는 적철석(hematite)으로, Fe3O4와 함께 자연계에 존재하는 철 산화물의 대부분을 차지하는 형태 중 하나 일 수 있다. Fe3O4(magnenite)는 자성을 띄는 것인 반면, α-Fe2O3는 비자성 특성을 띄는 것일 수 있고 구체적으로 반강자성(antiferromagnetism)일 수 있다.α-Fe 2 O 3 is hematite, which, together with Fe 3 O 4 , may be one of the most common forms of iron oxides in nature. While Fe 3 O 4 (magnenite) is magnetic, α-Fe 2 O 3 may be non-magnetic and specifically antiferromagnetism.
α-Fe2O3는 약 250K에서 모린 전이(morin transition) 혹은 스핀 플랍(spin flop)이라 일컬어지는 자기 상전이를 가질 수 있다. 모린 전이 온도(TM) 이하에서 스핀은 능면체 격자의 삼각형 또는 c 축을 따라 놓여 있으며 이는 어느 방향에서든 동일할 수 있다. 이 반강자성 구조는 가열 시 모린 전이 온도를 통과하면서 약한 강자성으로 변하는데, 스핀이 기저 c 평면으로 90도 플롭할 때, 그것들은 일정 비율만큼 정확히 반평행성에서 기울어질 수 있다.α-Fe 2 O 3 may have a magnetic phase transition called a Morin transition or a spin flop at about 250 K. Below the Morin transition temperature (T M ), the spin lies along the triangular or c-axis of the rhombohedral lattice, which can be the same in either direction. These antiferromagnetic structures become weakly ferromagnetic as they pass the Morin transition temperature upon heating, and when the spins flop 90 degrees into the ground c-plane, they can tilt from exactly antiparallel by a certain fraction.
스핀 플랍은 쌍극자 이방성과 단일 이온 이방성 간의 경쟁에서 발생할 수 있다. 단일 이온은 저온에서 우세하고 스핀은 능면체 격자의 삼각형을 따라 위치할 수 있다. 온도가 상승함에 따라 단일 이온 이방성은 쌍극자 이방성보다 더 빠르게 하강하여 기저면 스핀 정렬을 선호하고 모린 전이 온도에서 스핀 플랍 전이가 발생할 수 있다.Spin flop can arise from a competition between dipole anisotropy and single ion anisotropy. Single ions dominate at low temperatures and spins can be located along the triangles of the rhombohedral lattice. As the temperature rises, the single-ionic anisotropy falls more rapidly than the dipole anisotropy, favoring basal plane spin ordering, and a spin-flop transition may occur at the Morin transition temperature.
α-Fe2O3는 카보닐 철 함유 분말의 스핀 재배열을 유도하여 스핀 전이 현상을 나타낼 수 있다. α-Fe2O3를 포함하지 않는 카보닐 철 함유 분말의 경우에는 열적 에너지를 가해주었을 때, 도 3a에 나타낸 바와 같이 카보닐 철 함유 분말의 포화자화값이 자기모멘트의 운동성의 증가로 감소할 수 있다. 그러나 카보닐 철 함유 분말에 분포하는 α- Fe2O3는 카보닐 철 함유 분말의 자성특성에 영향을 줄 수 있고, 이에 따라 도 3b 및 도 3c에 나타낸 바와 같이 고온에서의 포화자화값이 저온에서의 포화자화값보다 더 크게 나타나는 경향, 즉 카보닐 철 함유 분말의 포화자화값이 온도 증가에 따라 상승되는 경향을 가질 수 있다.α-Fe 2 O 3 may induce spin rearrangement of the carbonyl iron-containing powder to exhibit a spin transition phenomenon. In the case of the carbonyl iron-containing powder that does not contain α-Fe 2 O 3 , when thermal energy is applied, the saturation magnetization value of the carbonyl iron-containing powder decreases due to the increase in the mobility of the magnetic moment, as shown in FIG. 3a. can However, α-Fe 2 O 3 distributed in the carbonyl iron-containing powder may affect the magnetic properties of the carbonyl iron-containing powder, and accordingly, as shown in FIGS. 3B and 3C, the saturation magnetization value at high temperature is low. It may have a tendency to appear larger than the saturation magnetization value in , that is, the saturation magnetization value of the carbonyl iron-containing powder tends to increase with increasing temperature.
상기 카보닐 철 함유 분말에 조사되는 금속 이온빔의 금속은 전이금속을 포함하는 것일 수 있다. 상기 전이 금속은 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있고, 바람직하게는 니켈(Ni) 일 수 있다.The metal of the metal ion beam irradiated to the carbonyl iron-containing powder may include a transition metal. The transition metal may include at least one selected from the group consisting of Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, and Zn, and preferably may be nickel (Ni).
상기 금속 이온빔의 조사에 의해, 상기 카보닐 철 함유 분말의 표면으로부터 25 내지 70㎚, 바람직하게는 30 내지 60㎚, 더 바람직하게는 40 내지 50㎚ 깊이에 상기 금속 이온빔 유래의 금속성(metallic) 원소가 주입되는 것일 수 있다. 상기 카보닐 철 함유 분말의 표면으로부터 금속 이온빔 유래의 금속성 원소가 주입되는 깊이가 상기 수치범위 내의 값을 가지는 경우, 불순물이 포함되지 않은 순수한 금속 이온이 카보닐 철 표면에 물리적으로 도입됨에 따라 카보닐 철 함유 분말의 표면에 전자 스핀을 제공하는 것일 수 있는 반면, 상기 수치범위의 상한치를 초과하는 경우, 카보닐 철 함유 분말의 표면이 아닌 입자 내부에 금속성 원소가 주입됨에 따라 카보닐 철 함유 분말의 표면에 전자 스핀을 제공하지 못할 수 있다.By irradiation with the metal ion beam, a metallic element derived from the metal ion beam is deposited at a depth of 25 to 70 nm, preferably 30 to 60 nm, more preferably 40 to 50 nm from the surface of the carbonyl iron-containing powder. may be injected. When the depth at which the metallic element derived from the metal ion beam is implanted from the surface of the carbonyl iron-containing powder has a value within the above numerical range, pure metal ions containing no impurities are physically introduced to the carbonyl iron surface, and thus carbonyl iron is introduced into the carbonyl iron surface. While it may be to provide electron spin to the surface of the iron-containing powder, when the upper limit of the above numerical range is exceeded, as the metallic element is injected into the inside of the particle rather than the surface of the carbonyl iron-containing powder, the carbonyl iron-containing powder It may not be able to provide electron spin to the surface.
상기 금속 이온빔이 조사된 카보닐 철 함유 분말의 300K에서의 포화자화값은 400 내지 600 emu/g, 바람직하게는 450 내지 550 emu/g일 수 있다. 이는 금속 이온빔을 조사하지 않은 카보닐 철 함유 분말의 300K에서의 포화자화값 대비 2배 이상 상승된 것일 수 있다. 상기와 같은 금속 이온빔의 조사로 인한 카보닐 철 함유 분말의 포화자화값의 증대는, 금속 이온빔 조사로 인해 카보닐 철 함유 분말의 표면에 제공된 전자스핀에 의한 것일 수 있다.A saturation magnetization value at 300 K of the carbonyl iron-containing powder irradiated with the metal ion beam may be 400 to 600 emu/g, preferably 450 to 550 emu/g. This may be more than two times higher than the saturation magnetization value at 300 K of the carbonyl iron-containing powder not irradiated with the metal ion beam. The increase in the saturation magnetization value of the carbonyl iron-containing powder due to the irradiation with the metal ion beam may be due to electron spin provided to the surface of the carbonyl iron-containing powder due to the metal ion beam irradiation.
상기 금속 이온빔의 조사 에너지는 4.5x1016 내지 5.5x1016 ㎠ 면적당 120 내지 160 keV, 바람직하게는 130 내지 150 KeV일 수 있다. 상기 금속 이온빔의 조사 에너지가 상기 수치범위의 상한치를 초과하는 경우 카보닐 철의 결정구조를 크게 변화시키는 결과, 카보닐 철 함유 분말의 물질 특성이 크게 변화되어 예상치 못한 열위한 효과가 유도될 수 있고, 상기 수치범위의 하한치 미만인 경우 전이금속 도핑 효과가 미미하여 카보닐 철 함유 분말의 포화자화값이 증대되지 못할 수 있다.The irradiation energy of the metal ion beam may be 120 to 160 keV, preferably 130 to 150 KeV per area of 4.5x10 16 to 5.5x10 16 cm 2 . When the irradiation energy of the metal ion beam exceeds the upper limit of the numerical range, as a result of greatly changing the crystal structure of carbonyl iron, the material properties of the carbonyl iron-containing powder are greatly changed, leading to an unexpected thermal deterioration effect. , If it is less than the lower limit of the above numerical range, the transition metal doping effect is insignificant and the saturation magnetization value of the carbonyl iron-containing powder may not be increased.
상기 금속 이온빔의 조사 전·후로 카보닐 철의 결정구조가 실질적으로 변화되지 않는 것일 수 있다. 여기서 결정 구조가 실질적으로 변화하지 않는 것이란, 금속 이온빔 조사 전·후로 카보닐 철의 X선 회절(XRD) 실험 결과 나타나는 피크에 변화가 없는 것을 의미한다. 도 1a에 나타낸 바와 같이 금속 이온빔 조사 전·후로 XRD 피크에 변화가 없는 것으로 보아, 금속 이온빔의 조사에 의해 카보닐 철의 결정구조상에 변화가 없음을 확인할 수 있다. The crystal structure of carbonyl iron may not substantially change before and after irradiation with the metal ion beam. Here, the fact that the crystal structure does not substantially change means that there is no change in peaks appearing as a result of an X-ray diffraction (XRD) experiment of carbonyl iron before and after metal ion beam irradiation. As shown in FIG. 1A, since there is no change in the XRD peak before and after the metal ion beam irradiation, it can be confirmed that there is no change in the crystal structure of carbonyl iron by the metal ion beam irradiation.
상기 금속 이온빔의 조사 전·후로 카보닐 철의 입자 크기가 실질적으로 변화되지 않는 것일 수 있다. 여기서 입자 크기가 실질적으로 변화하지 않는 것이란, 금속 이온빔 조사 전·후로 카보닐 철의 평균 입자 직경의 변화가 110㎚ 이하인 것을 의미한다.The carbonyl iron particle size may not substantially change before and after irradiation with the metal ion beam. Here, the fact that the particle size does not substantially change means that the change in average particle diameter of carbonyl iron before and after metal ion beam irradiation is 110 nm or less.
카보닐 철의 입자 크기는 동적광산란 광도계(DLS) 입도 분석을 통해 분석할 수 있고, 카보닐 철의 입자 분포는 대수-정규 분포함수를 통해 분석할 수 있다. 대수-정규 분포함수에 대한 분포식은 다음과 같다.The particle size of carbonyl iron can be analyzed through dynamic light scattering photometry (DLS) particle size analysis, and the particle distribution of carbonyl iron can be analyzed through a log-normal distribution function. The distribution equation for the log-normal distribution function is:
여기서 <D>와 σD는 카보닐 철의 평균 입자 직경 및 분포 폭을 의미한다. 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, 금속 이온빔 조사 전·후로 카보닐 철의 평균 입자 크기 및 입자 분포가 거의 유사함을 확인할 수 있다.Here <D> and σ D mean the average particle diameter and distribution width of carbonyl iron. As shown in FIGS. 2A and 2B , it can be confirmed that the average particle size and particle distribution of carbonyl iron before and after metal ion beam irradiation are almost similar.
상기 금속 이온빔이 조사된 카보닐 철 함유 분말의 모린 전이 온도(Morin transition temperature)는 190 내지 210 K, 바람직하게는 195 내지 205 K일 수 있다. 도 4에서 볼 수 있듯이, 표면에 α-Fe2O3가 분포하는 카보닐 철 함유 분말은 α-Fe2O3으로 인한 스핀 재배열에 의해 자화곡선이 선형적 거동에서 벗어나는 구간(모린 전이)이 생길 수 있는데, 상기 α-Fe2O3가 분포하는 카보닐 철 함유 분말에 금속 이온빔을 조사함으로써 모린 전이가 발생하는 온도, 즉 모린 전이 온도가 금속 이온빔을 조사하지 않은 경우 대비 50 내지 70 K 정도 낮아질 수 있다.The Morin transition temperature of the carbonyl iron-containing powder irradiated with the metal ion beam may be 190 to 210 K, preferably 195 to 205 K. As can be seen in FIG. 4, the carbonyl iron-containing powder in which α-Fe 2 O 3 is distributed on the surface has a section where the magnetization curve deviate from the linear behavior (Morin transition) due to spin rearrangement due to α-Fe 2 O 3 The temperature at which the Morin transition occurs by irradiating the carbonyl iron-containing powder in which the α-Fe 2 O 3 is distributed with a metal ion beam, that is, the Morin transition temperature, is about 50 to 70 K compared to the case where the metal ion beam is not irradiated. can be lowered
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, these examples are only for helping the understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these examples in any sense.
<실시예 1> 금속 이온빔 조사 전·후에 대한 카보닐 철의 결정구조 변화 관찰<Example 1> Observation of crystal structure change of carbonyl iron before and after metal ion beam irradiation
금속 이온빔 조사에 의해 카보닐 철의 결정구조가 변화하는지 관찰하기 위해 먼저, 카보닐 철 함유 분말 시료(BASF, grade EW, 입자지름 0.4 내지 3.3㎛)를 2-부톡시에틸 아세테이트 용매를 이용하여 분산시킨 후 도막형태의 시료로 제작하였다. 100℃에서 2시간 동안 열처리하여 상기 시료에 남아있는 용매를 제거하였다. 이후, 카보닐 철 시료에 니켈 이온빔을 140 keV / 5Х1016 cm2의 에너지로 조사하였다. 또한, 니켈 이온빔과 대비되는 비금속 이온빔의 효과에 대해 분석하기 위해 카보닐 철 시료에 수소 이온빔을 200 keV / 5Х1016 cm2의 에너지로 조사하였다.In order to observe whether the crystal structure of carbonyl iron is changed by metal ion beam irradiation, first, a carbonyl iron-containing powder sample (BASF, grade EW, particle diameter 0.4 to 3.3㎛) is dispersed using 2-butoxyethyl acetate solvent. After that, it was produced as a sample in the form of a coating film. The solvent remaining in the sample was removed by heat treatment at 100° C. for 2 hours. Thereafter, the carbonyl iron sample was irradiated with a nickel ion beam at an energy of 140 keV / 5Х10 16 cm 2 . In addition, in order to analyze the effect of the non-metallic ion beam compared to the nickel ion beam, the carbonyl iron sample was irradiated with a hydrogen ion beam at an energy of 200 keV / 5Х10 16 cm 2 .
도 1a는 이온빔을 조사하지 않은 카보닐 철 시료, 니켈 이온빔을 조사한 카보닐 철 시료 및 수소 이온빔을 조사한 카보닐 철 시료에 대한 X-선 회절(XRD) 데이터를 나타낸다. 각각의 피크는 단순입방 격자 구조를 의미하며, 조사 전·후 변화가 없는 것으로 볼 때 니켈 및 수소 이온빔의 조사에 의해 카보닐 철의 결정구조 변화가 생기지 않았음을 확인할 수 있다. 이에 따라 이온빔 조사는 그 종류에 관계없이 카보닐 철의 결정구조에 영향을 주지 않음을 알 수 있다. 1A shows X-ray diffraction (XRD) data of a carbonyl iron sample not irradiated with an ion beam, a carbonyl iron sample irradiated with a nickel ion beam, and a carbonyl iron sample irradiated with a hydrogen ion beam. Each peak means a simple cubic lattice structure, and considering that there is no change before and after irradiation, it can be confirmed that there is no change in the crystal structure of carbonyl iron by irradiation with nickel and hydrogen ion beams. Accordingly, it can be seen that ion beam irradiation does not affect the crystal structure of carbonyl iron regardless of its type.
도 1a의 삽화는 이온빔 조사되지 않은 카보닐 철 시료의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 보여주며, 둥근 형태의 모양을 가짐을 알 수 있다.The inset of FIG. 1A shows a scanning electron microscope (SEM) image of a carbonyl iron sample not irradiated with an ion beam, and it can be seen that it has a round shape.
도 1b 내지 도 1d는 카보닐 철 시료 중 철(Fe)의 2p 오비탈에 대한 x선 광전자분광 스펙트럼(XPS)을 보여주며, 이온빔 조사 전·후의 카보닐 철 표면에 존재하는 일부 Fe 원소가 Fe2O3로 산화되어 존재함을 알 수 있다. α-Fe2O3, β-Fe2O3 γ-Fe2O3 형태 중 α-Fe2O3는 모린 전이를 유일하게 보이는 물질인 점 및 아래 실시예 4에서 확인할 수 있는 모린 전이 특성에 비추어, 본 실시예 1에 적용된 카보닐 철 시료 표면에 존재하는 Fe2O3는α-Fe2O3의 형태로 분포하는 것으로 해석된다.1b to 1d show x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectra for 2p orbitals of iron (Fe) in carbonyl iron samples, and some Fe elements present on the surface of carbonyl iron before and after ion beam irradiation are Fe 2 It can be seen that it is oxidized to O 3 and exists. Among the forms of α-Fe 2 O 3 and β-Fe 2 O 3 γ-Fe 2 O 3 , α-Fe 2 O 3 is the only material that shows the Morin transition and the Morin transition characteristics that can be seen in Example 4 below. In light of this, it is interpreted that Fe 2 O 3 present on the surface of the carbonyl iron sample applied in Example 1 is distributed in the form of α-Fe 2 O 3 .
실제 이온빔 조사 조건과 동일한 조건 즉, 밀도 7.874 g/㎤ 밀도의 카보닐 철 시료에 니켈 이온빔 140 keV / 5Х1016 cm2, 수소 이온빔을 200 keV / 5Х1016 cm2의 에너지로 조사하는 조건으로 SRIM2008 시뮬레이션을 수행하였다. 이를 통해서 니켈 이온 및 수소 이온이 카보닐 철 표면으로부터 46±21 nm 및 860±98 nm 깊이까지 주입될 수 있음을 확인할 수 있었다.Under the same conditions as the actual ion beam irradiation conditions, that is, nickel ion beam 140 keV / 5Х10 16 cm 2 on a carbonyl iron sample with a density of 7.874 g/
유도결합 플라즈마 질량분석법(ICP-MS)를 이용하여 금속 이온빔 조사 전후로 카보닐 철 함유 분말상에 니켈의 존재 유무를 확인하였다. 먼저, 철과 니켈을 함유하는 ICP-MS 표준 용액과 2% 질산용액을 이용하여 1.5625 ppb, 3.125 ppb, 6.25 ppb, 12.5 ppb, 25 ppb, 50 ppb의 농도를 가진 표준용액을 제조하였다. 이후 최종적으로 제조된 각 농도의 표준용액을 ICP-MS(모델명: NexION 350D ICP-MS, 제조사: Perkin Elmer) 측정을 통해 교정(calibration) 하였다.The presence or absence of nickel on the carbonyl iron-containing powder was confirmed before and after metal ion beam irradiation using inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). First, standard solutions having concentrations of 1.5625 ppb, 3.125 ppb, 6.25 ppb, 12.5 ppb, 25 ppb, and 50 ppb were prepared using ICP-MS standard solutions containing iron and nickel and 2% nitric acid solution. Thereafter, the standard solution of each concentration finally prepared was calibrated through ICP-MS (model name: NexION 350D ICP-MS, manufacturer: Perkin Elmer) measurement.
교정(calibration)한 표준 용액을 기반으로 금속 이온빔 조사 전후로 카보닐 철에서의 Ni의 존재 유무를 확인하였다. 니켈 이온빔이 조사되기 전의 카보닐 철 분말 시료와 카보닐 철 분말에 니켈 이온빔이 조사된 시료를 순도 높은 99.999% 질산으로 파우더를 용해시키고, 철 이온에 대해 무게 대비 농도인 3 ppm 농도로 제조하여 ICP-MS를 측정하였다.Based on the calibrated standard solution, the presence or absence of Ni in carbonyl iron was confirmed before and after metal ion beam irradiation. The carbonyl iron powder sample before nickel ion beam irradiation and the carbonyl iron powder sample irradiated with nickel ion beam were dissolved in 99.999% nitric acid with high purity, and the powder was prepared at a concentration of 3 ppm, a weight-to-weight ratio for iron ions, to obtain ICP. -MS was measured.
니켈 이온빔 조사 후에 카보닐 철 시료에서 58Ni이 3.8 ppb만큼 검출되었으며, 니켈 이온빔 조사 전의 카보닐 철 분말에서는 니켈이 검출 한계 이하로서 검출되지 않았다.3.8 ppb of 58 Ni was detected in the carbonyl iron sample after nickel ion beam irradiation, and nickel was not detected below the detection limit in the carbonyl iron powder before nickel ion beam irradiation.
<실시예 2> 금속 이온빔 조사 전·후에 대한 카보닐 철의 입자크기 변화 관찰<Example 2> Observation of particle size change of carbonyl iron before and after metal ion beam irradiation
금속 이온빔 조사에 의해 카보닐 철의 입자크기 및 입자 분포가 변화하는지 관찰하기 위해 실시예 1과 같은 조건으로 카보닐 철 시료에 니켈 이온빔 및 수소 이온빔을 조사하였다. In order to observe whether the particle size and particle distribution of carbonyl iron are changed by the metal ion beam irradiation, the carbonyl iron sample was irradiated with nickel ion beam and hydrogen ion beam under the same conditions as in Example 1.
도 2a 내지 2c는 이온빔 조사 전, 후의 입자크기 및 입자 분포 측정결과를 나타낸다. 동적광산란 광도계(DLS)는 입자의 브라운 운동에 대한 조사된 광원의 위상 차이를 검출하여 나노 영역의 미세한 입자 분포의 측정이 가능한데, 이를 이용한 입도 분석을 통해 데이터를 산출하였다. 모델명 Nanotrac wave의 동적광산란 광도계를 이용하였고, 입자크기 분석범위는 0.5~6,500 nm였다.2a to 2c show the measurement results of particle size and particle distribution before and after ion beam irradiation. The dynamic light scattering photometer (DLS) detects the phase difference of the irradiated light source for the Brownian motion of the particles and can measure the fine particle distribution in the nano area, and the data was calculated through particle size analysis using this. A dynamic light scattering photometer of the model name Nanotrac wave was used, and the particle size analysis range was 0.5 to 6,500 nm.
카보닐 철의 입자 분포는 대수-정규 분포함수를 통해 분석할 수 있다. 대수-정규 분포함수에 대한 분포식은 다음과 같다.The particle distribution of carbonyl iron can be analyzed through a log-normal distribution function. The distribution equation for the log-normal distribution function is:
여기서 <D>와 σD는 카보닐 철의 평균 입자 직경 및 분포 폭을 의미한다. 도 2a는 내지 도 2c에 나타낸 바와 같이, 금속 이온빔 및 수소 이온빔의 조사 전, 후로 카보닐 철의 평균 입자 크기 및 입자 분포가 유사함을 확인할 수 있다. 구체적으로, 이온빔 조사 전 카보닐 철 시료에 대한 평균 입자 직경은 1632±3 ㎚, 니켈 이온빔 조사 후 카보닐 철 시료에 대한 평균 입자 직경은 1531±2 ㎚, 수소 이온빔 조사 후 카보닐 철 시료에 대한 평균 입자 직경은 1398±17 ㎚을 나타냈다. 이는 이온빔 조사는 사용된 이온의 종류에 관계없이 카보닐 철의 입자 크기 및 분포에 영향을 주지 않는 변수임을 의미하는 것이다.Here <D> and σ D mean the average particle diameter and distribution width of carbonyl iron. As shown in FIGS. 2A to 2C , it can be confirmed that the average particle size and particle distribution of carbonyl iron before and after irradiation with the metal ion beam and the hydrogen ion beam are similar. Specifically, the average particle diameter of the carbonyl iron sample before ion beam irradiation was 1632 ± 3 nm, the average particle diameter of the carbonyl iron sample after nickel ion beam irradiation was 1531 ± 2 nm, and the carbonyl iron sample after hydrogen ion beam irradiation The average particle diameter was 1398±17 nm. This means that ion beam irradiation is a variable that does not affect the particle size and distribution of carbonyl iron regardless of the type of ion used.
<실시예 3> 금속 이온빔 조사에 따른 카보닐 철의 포화자화값 향상 관찰<Example 3> Observation of improvement in saturation magnetization value of carbonyl iron according to metal ion beam irradiation
금속 이온빔의 조사가 카보닐 철의 포화자화값에 어떠한 영향을 미치는지 구체적으로 살펴보기 위해 금속 이온빔으로서 니켈 이온빔을 사용하여 카보닐 철에 조사하였고, 니켈 이온빔 조사 전·후로 외부 자기장에 따른 카보닐 철의 자성변화를 관찰하였다. In order to examine in detail how the irradiation of the metal ion beam affects the saturation magnetization value of carbonyl iron, a nickel ion beam was used as a metal ion beam to irradiate carbonyl iron, and carbonyl iron according to an external magnetic field before and after nickel ion beam irradiation. The magnetic change of was observed.
또한, 비금속 이온빔과 대비한 니켈 이온빔의 효과에 대한 영향을 살피기 위해 카보닐 철에 수소 이온빔을 조사한 전·후로 외부 자기장에 대한 카보닐 철의 자성변화를 관찰하였다.In addition, in order to examine the effect of the nickel ion beam compared to the non-metal ion beam, the magnetic change of carbonyl iron to an external magnetic field was observed before and after irradiation of the hydrogen ion beam on carbonyl iron.
니켈 및 수소 이온빔의 조사 조건은 실시예 1과 동일하였다.The irradiation conditions of the nickel and hydrogen ion beams were the same as in Example 1.
먼저 도 3a는 표면에 α-Fe2O3를 포함하지 않는 카보닐 철의 자화곡선 그래프를 나타낸다(참고 문헌 1, Jounal of Magnetism and Magnetic Materials, Klygach et al., 490, 1-6, 2019). α-Fe2O3를 포함하지 않음에 따라 카보닐 철에 유도되는 스핀 재배열의 효과가 없으므로, 온도 증가에 따라 카보닐 철의 포화자화값은 감소한다. 구체적으로, 온도가 4.2K에서 300K으로 증가함에 따라 포화자화값이 167.7 emu/g에서 152.6 emu/g으로 감소함을 확인할 수 있다.First, FIG. 3a shows a magnetization curve graph of carbonyl iron that does not contain α-Fe 2 O 3 on the surface (
도 3b는 이온빔을 조사하기 전, 5 K과 300 K에서 측정한 표면에 α-Fe2O3이 분포된 카보닐 철 시료의 자화곡선을 보여주고 있다. α-Fe2O3이 카보닐 철의 스핀 재배열을 유도하는 효과가 있으므로, 온도 증가에 따라 포화자화값이 증가되는 경향을 나타낸다. 즉, 고온에서의 자화값이 저온에서보다 더 크게 나타난다.3b shows magnetization curves of a carbonyl iron sample having α-Fe 2 O 3 distributed on the surface measured at 5 K and 300 K before irradiation with an ion beam. Since α-Fe 2 O 3 has an effect of inducing spin rearrangement of carbonyl iron, the saturation magnetization value tends to increase with increasing temperature. That is, the magnetization value at high temperature appears larger than at low temperature.
도 3c는 니켈 이온빔을 조사한 이후에 표면에 α-Fe2O3이 분포된 카보닐 철 시료의 포화자화값 변화를 나타내는데, 도 3b와 같이 온도 증가에 따라 포화자화값이 상승하고 있을 뿐만 아니라, 5 K에서는 약 400 emu/g, 300 K에서는 약 550 emu/g으로, 포화자화값이 두 배 정도 증가하는 것을 관찰하였다. 이를 통해 니켈 이온이 카보닐 철 표면에 전자 스핀을 제공하는 역할을 함으로써 카보닐 철의 포화자화값을 상승시키는 역할을 하는 것으로 볼 수 있다.Figure 3c shows the change in the saturation magnetization value of the carbonyl iron sample having α-Fe 2 O 3 distributed on the surface after being irradiated with a nickel ion beam. It was observed that the saturation magnetization value doubled to about 400 emu/g at 5 K and about 550 emu/g at 300 K. Through this, it can be seen that the nickel ion serves to increase the saturation magnetization value of carbonyl iron by providing electron spins to the surface of carbonyl iron.
도 3d는 수소 이온빔을 조사한 이후의 카보닐 철 시료의 자성변화를 나타내는데, 특이하게도 수소 이온빔 조사 후에는 비변칙적인 자성특성, 도 3a와 같이 온도 증가에 따라 포화자화값이 감소하는 경향으로 돌아온다.Figure 3d shows the magnetic change of the carbonyl iron sample after irradiation with the hydrogen ion beam. Specifically, after the hydrogen ion beam irradiation, the saturation magnetization value decreases with increasing temperature as shown in FIG. 3a, which is a non-anomalous magnetic property.
도 3e에는 본 발명에 따른 카보닐 철 시료에 대한 이온빔 조사 전·후의 300K에서 측정한 자화곡선을 비교하여 나타낸 것이다. 3E shows a comparison of magnetization curves measured at 300 K before and after ion beam irradiation for a carbonyl iron sample according to the present invention.
<실시예 4> 금속 이온빔 조사에 따른 카보닐 철의 모린 전이 온도 변화 관찰<Example 4> Observation of change in Morin transition temperature of carbonyl iron according to metal ion beam irradiation
도 4는 이온빔 조사 전·후의 온도에 대한 영자기장 하에서 냉각 (zero-field cooling, ZFC) 곡선 및 자기장 하에서의 냉각 (field cooling, FC) 곡선을 나타낸다.4 shows a zero-field cooling (ZFC) curve and a field cooling (FC) curve under a magnetic field for temperatures before and after ion beam irradiation.
니켈 및 수소 이온빔의 조사 조건은 실시예 1과 동일하였다.The irradiation conditions of the nickel and hydrogen ion beams were the same as in Example 1.
도 4a와 4b에서 보이는 바와 같이, 자화곡선이 선형적 거동에서 벗어나는 구간이 생겨나고, 이것은 카보닐 철 시료 표면에 분포하는 α-Fe2O3 상의 형성에 의한 스핀 재배열로 인한 모린 전이(Morin transition)이다. 또한, 도 4b에서와 같이, 모린 전이온도(TM)가 니켈 이온빔 조사 후에 260 K에서 200 K로 낮아지는 것을 관찰하였다. As shown in FIGS. 4a and 4b, a section in which the magnetization curve deviates from the linear behavior is generated, which is a Morin transition (Morin transition) due to spin rearrangement due to the formation of the α-Fe 2 O 3 phase distributed on the surface of the carbonyl iron sample. transition). In addition, as shown in FIG. 4b, it was observed that the Morin transition temperature (T M ) was lowered from 260 K to 200 K after nickel ion beam irradiation.
결론적으로 본 발명에 따른 카보닐 철은 α-Fe2O3에 의해 모린 전이라는 변칙적 자성특성을 가지고, 상기 카보닐 철에 니켈 이온빔을 조사함에 따라 카보닐 철 표면에 전자스핀을 제공함으로써 카보닐 철의 포화자화값이 증가하게 되는 것으로 볼 수 있다. 또한, 실시예 2에서 살펴본 바와 같이 니켈 이온빔 조사 전·후 카보닐 철의 입자 크기 변화는 무시할 수 있으므로, 입자 크기에 의한 자성변화가 아닌 이온빔 조사로 니켈 이온이 도입됨에 따른 효과임을 알 수 있다.In conclusion, the carbonyl iron according to the present invention has an anomalous magnetic property called Morrin transition by α-Fe 2 O 3 , and when the carbonyl iron is irradiated with a nickel ion beam, electron spin is provided to the surface of the carbonyl iron, thereby providing carbonyl iron. It can be seen that the saturation magnetization value of iron increases. In addition, as reviewed in Example 2, since the particle size change of carbonyl iron before and after nickel ion beam irradiation is negligible, it can be seen that the effect is due to the introduction of nickel ions by ion beam irradiation, not the magnetic change due to the particle size.
한편, 도 4c에서 관측되는 바와 같이 수소 이온빔 조사 후에는 온도 증가에 따라 자화곡선이 선형적 거동을 따르므로 모린 전이는 관찰되지 않았다. 이는 수소 이온빔을 조사함으로써 수소 이온이 카보닐 철의 전자 스핀을 크게 감소시켜 카보닐 철의 포화자화값을 크게 억제한 것으로 볼 수 있다.On the other hand, as observed in FIG. 4C, after the hydrogen ion beam irradiation, the Morin transition was not observed because the magnetization curve followed a linear behavior as the temperature increased. This can be seen as the fact that hydrogen ions greatly reduced the electron spin of carbonyl iron by irradiating the hydrogen ion beam, thereby greatly suppressing the saturation magnetization value of carbonyl iron.
Claims (8)
상기 카보닐 철 함유 분말은 적어도 일부의 표면에 α-Fe2O3를 포함하고, 그 포화자화값은 온도 증가에 따라 상승되며,
상기 금속 이온빔이 조사된 카보닐 철 함유 분말의 300K에서의 포화자화값은 400 내지 600 emu/g인, 카보닐 철의 포화자화 향상 방법.A method for enhancing saturation magnetization of carbonyl iron comprising irradiating a metal ion beam to a carbonyl iron-containing powder, comprising:
The carbonyl iron-containing powder contains α-Fe 2 O 3 on at least a part of its surface, and its saturation magnetization value increases with increasing temperature;
The saturation magnetization value at 300K of the carbonyl iron-containing powder irradiated with the metal ion beam is 400 to 600 emu / g, the saturation magnetization enhancement method of carbonyl iron.
상기 금속 이온빔의 금속은 전이 금속을 포함하는 것인 카보닐 철의 포화자화 향상 방법.The method of claim 1,
The method of enhancing saturation magnetization of carbonyl iron, wherein the metal of the metal ion beam includes a transition metal.
상기 전이 금속은 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것인 카보닐 철의 포화자화 향상 방법.The method of claim 2,
Wherein the transition metal includes at least one selected from the group consisting of Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, and Zn.
상기 금속 이온빔의 조사 에너지는 4.5x1016 내지 5.5x1016 ㎠ 면적당 120 내지 160 keV인 카보닐 철의 포화자화 향상 방법.The method of claim 1,
The irradiation energy of the metal ion beam is 120 to 160 keV per area of 4.5x10 16 to 5.5x10 16 cm 2 .
상기 금속 이온빔의 조사 전·후로 카보닐 철의 결정구조가 실질적으로 변화되지 않는 것인 카보닐 철의 포화자화 향상 방법.The method of claim 1,
A method for improving saturation magnetization of carbonyl iron, wherein the crystal structure of carbonyl iron is not substantially changed before and after irradiation with the metal ion beam.
상기 금속 이온빔의 조사 전·후로 카보닐 철 함유 분말의 입자 크기가 실질적으로 변화되지 않는 것인 카보닐 철의 포화자화 향상 방법.The method of claim 1,
The method of improving saturation magnetization of carbonyl iron, wherein the particle size of the carbonyl iron-containing powder is not substantially changed before and after irradiation with the metal ion beam.
상기 금속 이온빔의 조사에 의해, 상기 카보닐 철 함유 분말의 표면으로부터 25 내지 70 ㎚ 깊이에 상기 금속 이온빔 유래의 금속성(metallic) 원소가 주입되어 있는 것인 카보닐 철의 포화자화 향상 방법.The method of claim 1,
A method of improving saturation magnetization of carbonyl iron, wherein a metallic element derived from the metal ion beam is implanted at a depth of 25 to 70 nm from the surface of the carbonyl iron-containing powder by irradiation with the metal ion beam.
상기 금속 이온빔이 조사된 카보닐 철 함유 분말의 모린 전이 온도(Morin transition temperature)는 190 내지 210 K인 것인 카보닐 철의 포화자화 향상 방법.
The method of claim 1,
The Morin transition temperature of the carbonyl iron-containing powder irradiated with the metal ion beam is 190 to 210 K.
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