JP5229526B2 - Magnetic ultrafine particles and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、磁性鉄超微粒子及びその製造方法、並びに磁性鉄超微粒子を利用した複合材料、磁気記録体、電磁波吸収体及び生体物質抽出用担体に関する。 The present invention relates to magnetic iron ultrafine particles, a method for producing the same, and a composite material, magnetic recording material, electromagnetic wave absorber, and biological material extraction carrier using magnetic iron ultrafine particles.
磁性金属粒子からなる金属磁性粉末は、磁気記録用磁性粉末や、ノイズの原因等となる電磁波を吸収するための電磁波吸収体用粉末、また、核酸、蛋白質成分、細胞などの生体物質を抽出する担体等として利用されている。磁性金属粒子と他の材料を組み合わせた複合材料は、電磁波吸収体材料として利用されている。磁気記録用磁性粉末、電磁波吸収体材料、担体の3つに分けて説明する。 Metallic magnetic powder made of magnetic metal particles extracts magnetic powder for magnetic recording, electromagnetic wave absorber powder for absorbing electromagnetic waves that cause noise, and biological materials such as nucleic acids, protein components, and cells. It is used as a carrier. Composite materials combining magnetic metal particles and other materials are used as electromagnetic wave absorber materials. The description will be divided into three parts: magnetic powder for magnetic recording, electromagnetic wave absorber material, and carrier.
まず、磁気記録用磁性粉末は、オーディオ装置やビデオ装置、コンピュータ装置などで用いられる記録媒体に利用されている。記録媒体としては、磁性粉末、結合剤および各種添加剤を有機溶剤に分散、混練することによって調整される磁性塗料を非磁性支持体上に塗布、乾燥して磁性層を形成した、いわゆる塗布型の磁気記録媒体が、生産性、汎用性に優れることから主流を占めている。上記した各種の磁気記録再生装置においては、近年、小型および軽量化、高画質化、長時間化が進められ、これに伴って、上記塗布型の磁気記録媒体に対しても高密度記録化が要望されるようになっている。 First, magnetic powder for magnetic recording is used in recording media used in audio devices, video devices, computer devices, and the like. As the recording medium, a magnetic coating prepared by dispersing and kneading magnetic powder, binders and various additives in an organic solvent and applying the coating onto a nonmagnetic support and drying to form a magnetic layer is a so-called coating type. Magnetic recording media are dominant because of their excellent productivity and versatility. In the various magnetic recording / reproducing apparatuses described above, in recent years, miniaturization and weight reduction, higher image quality, and longer time have been promoted, and accordingly, high-density recording has also been achieved for the coating type magnetic recording medium. It has come to be requested.
上記塗布型の磁気記録媒体の高密度記録領域での特性を改善するには、まず飽和磁化の大きな磁性粉末の選択が重要である。そこで、従来から用いられている酸化鉄系磁性粉末にかわって、鉄を主成分とする金属磁性粉末が、上記磁性層に含有させる磁性粉末として使用されるようになっている。 In order to improve the characteristics in the high-density recording region of the coating type magnetic recording medium, it is important to first select a magnetic powder having a large saturation magnetization. Therefore, instead of the conventionally used iron oxide magnetic powder, a metal magnetic powder containing iron as a main component is used as a magnetic powder to be contained in the magnetic layer.
しかし、鉄を主成分とする微細な金属磁性粉末は、空気中の酸素と触れれば特性劣化を招くばかりでなく燃えてしまい大事故になる恐れさえある。いわゆるナノ粒子ではかかる恐れが顕著であり、最も磁気特性に優れた、平均粒径が20nm以上100nm以下の粒子で構成される金属磁性粉末でも同様である。 However, the fine metal magnetic powder containing iron as a main component may not only deteriorate characteristics but also cause a serious accident if it comes into contact with oxygen in the air. In so-called nanoparticles, such a risk is remarkable, and the same applies to metal magnetic powders composed of particles having the most excellent magnetic properties and an average particle diameter of 20 nm to 100 nm.
そこで、金属磁性粉末を低酸素濃度のガスで徐酸化させることにより表面層に酸化鉄層を設ける方法が提案され現在広く利用されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, a method of providing an iron oxide layer on the surface layer by gradually oxidizing metal magnetic powder with a gas having a low oxygen concentration has been proposed and widely used (for example, see Patent Document 1).
次に、電磁波吸収体用粉末や磁性金属粒子と他の材料を組み合わせた複合材料磁性金属粒子と他の材料を組み合わせた複合材料は、電磁波吸収体として利用されている。各種の電子機器において、外部からの電磁波の影響を防止したり、外部への電磁波の放射を抑制したりする目的で、さまざまな電磁波吸収体が実用化されている。その一つの有力なタイプは、鉄を主成分とする磁性金属粉末を樹脂中に分散させて、シートその他の形状に成形してなるものである。鉄を主成分とする磁性金属粉末としては、アトマイズすなわち金属溶湯を水またはガスで噴霧することによる約50μm程度のアトマイズ法による金属粉、金属塊を機械切削して得た数mm程度の金属粉が使用されている。 Next, powders for electromagnetic wave absorbers, composite materials in which magnetic metal particles are combined with other materials, and composite materials in which magnetic metal particles are combined with other materials are used as electromagnetic wave absorbers. In various electronic devices, various electromagnetic wave absorbers have been put into practical use for the purpose of preventing the influence of external electromagnetic waves or suppressing the emission of external electromagnetic waves. One of the most prominent types is one in which a magnetic metal powder mainly composed of iron is dispersed in a resin and formed into a sheet or other shape. The magnetic metal powder mainly composed of iron includes atomization, that is, metal powder obtained by atomizing a molten metal with water or gas by an atomization method of about 50 μm, and metal powder of about several millimeters obtained by mechanically cutting a metal lump. Is used.
近年、パソコン、携帯電話等の電子機器、情報機器が急速に普及、発展してきており、薄型、軽量、高性能が必要になり、GHz領域で使用可能な電磁波吸収体が要求されている。しかし、上記の数十μm以上の大きさの磁性鉄粒子や、数百nm以上で数十μm以下の大きさの、さらには最も磁気的特性の優れた平均粒径が20nm以上100nm以下の酸化鉄微粒子では、要求される電磁波吸収特性が達成できていない。 In recent years, electronic devices and information devices such as personal computers and mobile phones have been rapidly spread and developed, and thin, light and high performance are required, and an electromagnetic wave absorber that can be used in the GHz range is required. However, the above-mentioned magnetic iron particles having a size of several tens of μm or more, or an oxide having a size of several hundreds of nm to several tens of μm and an average particle size having the most excellent magnetic properties of 20 nm to 100 nm. Iron fine particles do not achieve the required electromagnetic wave absorption characteristics.
電磁波吸収特性は透磁率値によって支配され、さらに、透磁率値は飽和磁化によって支配される。耐酸化性が低いと飽和磁化ならびに透磁率は低くなる。そこで、耐酸化性を向上させる方法として珪素を含有した合金鉄微粒子が提案されている(例えば、特許文献2参照)。また、鉄微粒子核に鉄の窒化物層で被覆された微粒子が提案されている(例えば、特許文献3参照)。また、鉄微粒子に磁性スピネル型フェライト(鉄酸化物)で被覆された微粒子が提案されている(例えば、特許文献4参照)。 The electromagnetic wave absorption characteristics are governed by the permeability value, and the permeability value is governed by the saturation magnetization. When the oxidation resistance is low, the saturation magnetization and the magnetic permeability are lowered. Therefore, iron alloy fine particles containing silicon have been proposed as a method for improving oxidation resistance (see, for example, Patent Document 2). Further, fine particles in which iron fine particle nuclei are coated with an iron nitride layer have been proposed (see, for example, Patent Document 3). In addition, fine particles in which iron fine particles are coated with magnetic spinel ferrite (iron oxide) have been proposed (see, for example, Patent Document 4).
鉄を主成分とする粒子粉末を電磁波吸収体に応用することを可能にするには、使用する原料粉末の飽和磁化ならびに透磁率を高くすることと耐酸化性を向上させることのみでなく、電気絶縁性を維持した、粒子濃度が高い樹脂複合材料とすることも重要である。粒子濃度の高い電磁波吸収体は、電磁波吸収効果が高いからである。一方で、金属磁性粉末は一般的に比抵抗が小さいので、高粒子濃度になると粒子同士が接触してしまい、渦電流損失が大きくなり、電磁波吸収効果が低くなり、ノイズ抑制特性が劣化してしまう。加えて、金属磁性粉末を構成する粒子同士が接触しあうような樹脂複合材が電子回路上などに配置すると短絡などの不具合が発生してしまうために、電気絶縁性を維持していることも重要である。 In order to make it possible to apply iron-based particle powders to electromagnetic wave absorbers, not only increase the saturation magnetization and magnetic permeability of the raw material powder used but also improve oxidation resistance, It is also important to make a resin composite material having a high particle concentration while maintaining insulation. This is because an electromagnetic wave absorber having a high particle concentration has a high electromagnetic wave absorption effect. On the other hand, metal magnetic powder generally has a low specific resistance, so when the particle concentration becomes high, the particles come into contact with each other, the eddy current loss increases, the electromagnetic wave absorption effect decreases, and the noise suppression characteristics deteriorate. End up. In addition, if a resin composite material in which the particles constituting the metal magnetic powder come into contact with each other is placed on an electronic circuit or the like, a problem such as a short circuit occurs, so that electrical insulation is maintained. is important.
そこで比抵抗を高くするため金属磁性粉末の表面を磁性鉄酸化物であるフェライトで被覆させることが提案されている。これは耐酸化性の向上にもつながる(例えば、特許文献4参照)。また0.1μm〜10μmの大きさの鉄粉をあらかじめセラミックス粉と樹脂とを混ぜて、鉄粉を絶縁物で被覆した二次粒子とし、その後、前記粒子と樹脂を混ぜて成形して作成した樹脂との複合材であって、鉄を29〜52体積%含有するものを提案している(例えば、特許文献5参照)。樹脂中に高粒子濃度で前記粒子を分散させることで優れた磁気的特性を実現している。 In order to increase the specific resistance, it has been proposed to coat the surface of the metal magnetic powder with ferrite, which is a magnetic iron oxide. This also leads to an improvement in oxidation resistance (see, for example, Patent Document 4). Further, iron powder having a size of 0.1 μm to 10 μm was previously mixed with ceramic powder and resin to form secondary particles coated with an insulating material, and then the particles and resin were mixed and formed. It is a composite material with a resin, and a material containing 29 to 52% by volume of iron has been proposed (see, for example, Patent Document 5). Excellent magnetic properties are realized by dispersing the particles at a high particle concentration in the resin.
そして次に、核酸、蛋白質成分、細胞などの生体物質を抽出する担体は、生体物質を含有する材料から効率よく生体物質を単離等することに利用されている。例えば、核酸を含む検体、試料、材料から核酸を抽出して精製するためにあるいは核酸増幅物を精製するために使用される診断薬担体、細胞分離担体、核酸分離担体、固定化酵素担体として、磁性微粒子が使用されている。該磁性微粒子の表面に核酸、蛋白質成分、細胞などの生体物質を吸着させた上で、磁力を利用することで生体物質の回収および分散を行う。 Next, carriers for extracting biological substances such as nucleic acids, protein components, and cells are used to efficiently isolate biological substances from materials containing biological substances. For example, as a diagnostic agent carrier, cell separation carrier, nucleic acid separation carrier, immobilized enzyme carrier used for extracting and purifying nucleic acid from a specimen, sample, or material containing nucleic acid, or purifying a nucleic acid amplification product, Magnetic fine particles are used. A biological material such as a nucleic acid, a protein component, or a cell is adsorbed on the surface of the magnetic fine particle, and then the biological material is collected and dispersed by using a magnetic force.
生体物質抽出担体には、磁性微粒子として超常磁性金属酸化物を用いたもの(例えば、特許文献6参照)、より磁力の優れたカルボニル鉄を用いたもの(例えば、特許文献7参照)などが提案されている。また該磁性微粒子の表面に生体サンプル中の拡散を結合させるため、核酸が結合しうる素材で表面を覆う必要がある。この表面被覆材として珪素酸化物が好適で、その被覆方法として、シリコンのアルコキシドを用いて、比表面積が0.1m2/g以上100m2/g未満のシリカ粒子内に、多磁区からなる複数の金属または金属酸化物の芯微粒子を含有させる方法が提案されている(例えば、特許文献8参照)。また、有機溶媒中でシランカップリング剤を用いて表面改質することにより、磁性金属微粒子を前記磁性金属と珪素を含有する表面改質層を設け、前記表面改質層をシリコンのアルコキシドを用いて珪素酸化物で被覆する方法が提案されている(例えば、特許文献9参照)。 Proposals of biomaterial extraction carriers include those using superparamagnetic metal oxides as magnetic fine particles (see, for example, Patent Document 6), and those using carbonyl iron with higher magnetic force (for example, see Patent Document 7). Has been. Further, in order to bind diffusion in the biological sample to the surface of the magnetic fine particle, it is necessary to cover the surface with a material that can bind to nucleic acid. Silicon oxide is suitable as the surface coating material, and as the coating method, a silicon alkoxide is used, and a plurality of multi-domains are formed in silica particles having a specific surface area of 0.1 m 2 / g or more and less than 100 m 2 / g. A method of containing core fine particles of metal or metal oxide has been proposed (see, for example, Patent Document 8). In addition, a surface modification layer containing the magnetic metal and silicon is provided on the magnetic metal fine particles by surface modification using a silane coupling agent in an organic solvent, and the surface modification layer is formed using a silicon alkoxide. A method of coating with silicon oxide has been proposed (see, for example, Patent Document 9).
しかし、特許文献1に記載された酸化鉄で構成される酸化保護膜層では、ナノ粒子サイズである超微粒子を用いた場合、室温でも空気中の酸素と触れれば、酸化が進展して磁気特性が劣化してしまうという問題があった。また、特許文献2、3及び4で提案された方法でも、超微粒子を用いた場合、耐酸化性が十分ではなく、室温で空気中の酸素と触れれば、酸化が進展して磁気特性が劣化してしまうという問題があった。すなわち、特許文献1、2、3及び4に開示された耐酸化性を向上させる手法では、緻密な皮膜ではないため、室温で空気中の酸素と触れた時、磁気特性の劣化をきたさない耐酸化性を得るまでには至っていないのである。 However, in the oxidation protective film layer composed of iron oxide described in Patent Document 1, when ultrafine particles having a nanoparticle size are used, if the oxygen in the air is touched even at room temperature, the oxidation progresses and the magnetic field is increased. There was a problem that the characteristics deteriorated. Further, even in the methods proposed in Patent Documents 2, 3 and 4, when ultrafine particles are used, the oxidation resistance is not sufficient, and if the oxygen in the air is touched at room temperature, the oxidation progresses and the magnetic properties are improved. There was a problem of deterioration. In other words, the methods for improving oxidation resistance disclosed in Patent Documents 1, 2, 3, and 4 are not dense films, so that when they come into contact with oxygen in the air at room temperature, they do not cause deterioration of magnetic properties. It has not yet been achieved.
さらに、特許文献4、5で提案された方法は、高粒子濃度の磁性鉄超微粒子と樹脂との複合材料を提供するものではない。また、サブミクロンサイズの微粒子よりさらに粒子径が小さい超微粒子になると、概ね5体積%を超えると粒子間引力が極めて大きくなるため、非常に凝集しやすくなるので、凝集・分散挙動の制御が難しく、樹脂中に高粒子濃度で微粒子を均一に分散・配置させることは極めて困難であるという問題があった。表面が親水性で構成された酸化鉄などの酸化物では、有機高分子を吸着させて表面改質させることで、超微粒子においても、均一に分散・配置させることが近年ではある程度可能となっているが、純鉄などメタルの超微粒子の表面は疎水性であるため、前記の手法では効果が低く、依然として均一に分散・配置させる手法は見出されていない。 Furthermore, the methods proposed in Patent Documents 4 and 5 do not provide a composite material of magnetic iron ultrafine particles having a high particle concentration and a resin. In addition, ultrafine particles with a particle size smaller than that of submicron-sized particles, when the amount exceeds approximately 5% by volume, the interparticle attractive force becomes extremely large, which makes it very easy to agglomerate, making it difficult to control the aggregation / dispersion behavior. However, there is a problem that it is very difficult to uniformly disperse and dispose the fine particles at a high particle concentration in the resin. With oxides such as iron oxide having a hydrophilic surface, it is possible to disperse and arrange even ultrafine particles even to some extent in recent years by adsorbing organic polymers and modifying the surface. However, since the surface of ultrafine particles of metal such as pure iron is hydrophobic, the above method is not effective, and no method for uniformly dispersing and arranging it has been found.
特許文献8で提案された方法では、純金属微粒子を芯微粒子にした場合、純金属微粒子の表面が疎水性であるために親水性である珪素酸化物を吸着せず、したがって純金属微粒子に珪素酸化物をコントロールして被覆することは極めて困難である。発明者らが超微粒子を用いて行った研究の範囲では、純金属超微粒子においては、シリコンのアルコキシドを用いても、何ら表面改質しない状態では、純金属超微粒子を芯微粒子として珪素酸化物被覆を制御して設けたシリカ粒子を得ることはできなかった。親水性表面を有する磁性金属酸化物微粒子ではこの提案された手法で珪素酸化物被覆を厚みや均一性を制御して施すことが可能であるが、磁性金属超微粒子と比べて磁気特性が劣るという問題があった。 In the method proposed in Patent Document 8, when pure metal fine particles are used as core fine particles, the surface of the pure metal fine particles is hydrophobic and therefore does not adsorb hydrophilic silicon oxide. It is extremely difficult to control and coat the oxide. In the scope of research conducted by the inventors using ultrafine particles, in pure metal ultrafine particles, even if silicon alkoxide is used, in the state where no surface modification is performed, pure metal ultrafine particles are used as core fine particles to form silicon oxide. Silica particles provided with a controlled coating could not be obtained. With magnetic metal oxide fine particles having a hydrophilic surface, it is possible to apply a silicon oxide coating with controlled thickness and uniformity by this proposed method, but the magnetic properties are inferior to magnetic metal ultrafine particles. There was a problem.
また、超微粒子では、特許文献9で提案された手法では、金属微粒子核の疎水性で構成された表面に、その金属とSiを含有する層を有し、その上に珪素酸化物層が設けられているが、珪素酸化物層を制御して設置することが容易ではないという問題があった。100nm以下の大きさのいわゆるナノ粒子レベルの超微粒子と、数μmの大きさの微粒子では、全く表面特性が異なることは知られている。もちろんプロセス上の取り扱いの困難さなども異なってくる。疎水性の表面にはシランカップリング剤は十分に吸着しないため、特にナノ粒子レベルの大きさでは、シランカップリング剤で表面改質しても、その後で、シリコンのアルコキシドで、厚みや均一性など制御して、空気中の酸素と触れても全く磁気特性の劣化のない珪素酸化物を被覆することは困難であることが、発明者らの研究で分かった。このように従来提案されている技術では、最も磁気特性の優れた、鉄を主成分とする金属超微粒子に、緻密で、厚みや均一性などを制御した、耐酸化特性に優れた珪素酸化物を被覆させることに成功していない。 In the ultrafine particles, the technique proposed in Patent Document 9 has a layer containing the metal and Si on the surface constituted by the hydrophobicity of the metal fine particle nucleus, and a silicon oxide layer is provided thereon. However, there is a problem that it is not easy to control and install the silicon oxide layer. It is known that the so-called nano-particle level ultrafine particles having a size of 100 nm or less and the microparticles having a size of several μm have completely different surface characteristics. Of course, the difficulty of handling in the process also differs. Since the silane coupling agent does not sufficiently adsorb on the hydrophobic surface, even when the surface is modified with the silane coupling agent, especially at the nanoparticle level, the thickness and uniformity of the silicon alkoxide are subsequently increased. It has been found by the inventors' research that it is difficult to coat silicon oxide with no deterioration in magnetic properties even when it is in contact with oxygen in the air. As described above, in the conventionally proposed technology, the silicon oxide having excellent oxidation characteristics and the finest ultrafine metal particles mainly composed of iron, which is excellent in magnetic characteristics, and which is dense and controlled in thickness and uniformity. Has not been successfully coated.
電磁波吸収体としては、高い比抵抗を維持し、したがって高い電気絶縁性を維持しつつ、かつ高い粒子濃度で樹脂中に磁性金属微粒子が均一に分散していることが必要条件で、亀裂がなく、ポアーもないことが望まれるが、従来の有機溶媒中に磁性金属微粒子を分散させた塗料を塗布する方法や特許文献5で開示の方法では、高い粒子濃度では、電気絶縁性を維持しつつ、樹脂中に粒子が均一に分散した複合材料を得ることはできない。また、亀裂やポアーが発生しやすくなる。 As an electromagnetic wave absorber, it is necessary to maintain a high specific resistance, thus maintaining high electrical insulation, and to disperse magnetic metal fine particles uniformly in the resin at a high particle concentration, and there is no crack. However, in the conventional method of applying a paint in which magnetic metal fine particles are dispersed in an organic solvent or the method disclosed in Patent Document 5, the electrical insulation is maintained at a high particle concentration. A composite material in which particles are uniformly dispersed in a resin cannot be obtained. In addition, cracks and pores are likely to occur.
本発明は、このような従来の問題点を鑑みてなされたものである。本発明の第1の目的は、飽和磁化が高く、耐酸化性が高い磁性鉄超微粒子を提供することにある。また、本発明の第2の目的は、高い耐酸化性を有し且つ高い磁気特性を兼ね備えた鉄を主成分とした超微粒子を製造できる磁性鉄超微粒子製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such conventional problems. A first object of the present invention is to provide magnetic iron ultrafine particles having high saturation magnetization and high oxidation resistance. A second object of the present invention is to provide a method for producing magnetic iron ultrafine particles capable of producing ultrafine particles mainly composed of iron having high oxidation resistance and high magnetic properties.
本発明の第3の目的は、磁性鉄超微粒子と樹脂との複合材料において、電気絶縁性を維持し、磁気的特性に優れ、また電磁波吸収効果が高い複合材料を提供することにある。本発明の第4の目的は、電気絶縁性を維持し、磁気的特性に優れ、また電磁波吸収効果が高い複合材料を製造できる、複合材料製造方法を提供することにある。 A third object of the present invention is to provide a composite material of magnetic iron ultrafine particles and a resin that maintains electrical insulation, has excellent magnetic properties, and has a high electromagnetic wave absorption effect. A fourth object of the present invention is to provide a composite material manufacturing method capable of manufacturing a composite material that maintains electrical insulation, is excellent in magnetic characteristics, and has a high electromagnetic wave absorption effect.
また、本発明の第5の目的は、磁気的特性に優れ高密度記録化を可能とする磁気記録体を提供することにある。本発明の第6の目的は、電磁波吸収効果が高くGHz領域での使用を可能とする電磁波吸収体を提供することにある。本発明の第7の目的は、磁気特性に優れ核酸磁気分離操作を短時間で行うことを可能とする生体物質抽出用担体を提供することにある。 A fifth object of the present invention is to provide a magnetic recording body that has excellent magnetic characteristics and enables high density recording. A sixth object of the present invention is to provide an electromagnetic wave absorber that has a high electromagnetic wave absorption effect and can be used in the GHz range. A seventh object of the present invention is to provide a biological substance extraction carrier that has excellent magnetic properties and can perform a nucleic acid magnetic separation operation in a short time.
本発明の第1の態様は、上記第1の目的を達成するため、鉄を主成分とする超微粒子核と、前記超微粒子核の表面に形成された鉄酸化物層と、シリコンのアルコキシドの加水分解反応で化学的に析出させた珪素酸化物で形成し前記鉄酸化物層を被覆する珪素酸化物層とからなる磁性鉄超微粒子を、水素ガスを含む雰囲気中で、400℃以上600℃以下で熱処理して得られる磁性鉄超微粒子であって、鉄を主成分とする超微粒子核と、前記超微粒子核を被覆する珪素酸化物層からなり、前記超微粒子核が、長軸が100nm以上500nm以下で短軸が20nm以上50nm以下である針状粒子であるか、又は、前記超微粒子核が、針状以外の粒子であって、平均粒子径が20nm以上100nm以下であり、前記珪素酸化物層の厚みが1nm以上10nm以下であることを特徴とする磁性鉄超微粒子を提供する。本願において、超微粒子とは、針状粒子の場合は短軸の長さがナノサイズ(1nm以上100nm以下)である粒子をいい、針状粒子以外の場合は、平均粒子径がナノサイズ(1nm以上100nm以下)である粒子をいう。 In order to achieve the first object, the first aspect of the present invention comprises an ultrafine particle nucleus mainly composed of iron, an iron oxide layer formed on the surface of the ultrafine particle nucleus, and an alkoxide of silicon. Magnetic iron ultrafine particles formed of silicon oxide chemically deposited by hydrolysis reaction and comprising a silicon oxide layer covering the iron oxide layer are heated at 400 ° C. to 600 ° C. in an atmosphere containing hydrogen gas. Magnetic iron ultrafine particles obtained by heat treatment below, comprising ultrafine particle nuclei mainly composed of iron and a silicon oxide layer covering the ultrafine particle nuclei, wherein the ultrafine particle nuclei have a major axis of 100 nm. The acicular particles having a short axis of 20 nm or more and 50 nm or less and a short axis of 500 nm or less, or the ultrafine particle nuclei are particles other than acicular particles, and the average particle diameter is 20 nm or more and 100 nm or less, and the silicon The thickness of the oxide layer is 1n Providing magnetic iron ultrafine particles, characterized in der Rukoto than 10nm or less. In the present application, ultrafine particles refer to particles having a minor axis length of nano-size (1 nm or more and 100 nm or less) in the case of acicular particles, and in the case of other than acicular particles, the average particle diameter is nano-size (1 nm). Or more than 100 nm).
前記超微粒子核が、長軸が100nm以上500nm以下で短軸が20nm以上50nm以下である針状粒子であるか、又は前記超微粒子核が、針状以外の粒子であって、平均粒子径が20nm以上100nm以下であると、高い飽和磁化および透磁率を示す。平均粒子径が20nmより小さいと超常磁性になり磁気特性が消失するため好ましくない。平均粒子径が100nmより大きいと磁気特性が十分ではない。磁気記録材料や電磁波吸収体や生物分離用担体として用いる磁性粉末は、球状ナノ粒子、あるいは磁気異方性を示す針状ナノ粒子が適する。なかでも磁気記録材用の磁性粉には、平均粒子径が20nm以上100nm以下の球状粒子で、鉄を主成分とする金属超微粒子が最適であると考えられる。 The nanoparticle nuclei, or minor axis in the long axis is 100nm or 500nm or less is acicular particles is 20nm or more 50nm or less, or the nanoparticle nuclei, a grain other than acicular, average particle diameter If it is 20nm or 100nm or less, it shows a high saturation magnetization and magnetic permeability. An average particle size of less than 20 nm is not preferable because it becomes superparamagnetic and loses magnetic properties. If the average particle size is larger than 100 nm, the magnetic properties are not sufficient. Spherical nanoparticles or acicular nanoparticles exhibiting magnetic anisotropy are suitable as magnetic powders used as magnetic recording materials, electromagnetic wave absorbers, and biological separation carriers. In particular, it is considered that the magnetic powder for magnetic recording material is most preferably spherical ultrafine particles having an average particle diameter of 20 nm or more and 100 nm or less and containing iron as a main component.
本発明の第1の態様によれば、飽和磁化が高く、耐酸化性が高い。したがって、本発明の第1の態様は、磁気記録用磁性粉末として好適である。また、ノイズの原因等となる電磁波を吸収するための電磁波吸収体用粉末として好適である。また、核酸、蛋白質成分、細胞などの生体物質を抽出する担体等として好適である。 According to the first aspect of the present invention, the saturation magnetization is high and the oxidation resistance is high. Therefore, the first aspect of the present invention is suitable as a magnetic powder for magnetic recording. Moreover, it is suitable as an electromagnetic wave absorber powder for absorbing electromagnetic waves that cause noise and the like. Moreover, it is suitable as a carrier for extracting biological substances such as nucleic acids, protein components and cells.
また、本発明の第2の態様は、上記第2の目的を達成するため、上記した本発明の第1の態様の磁性鉄超微粒子の製造方法であって、鉄を主成分とする超微粒子核を徐酸化して前記超微粒子核の表面に鉄酸化物層を形成するステップ、有機溶媒中に分散させるステップ、シリコンのアルコキシドの加水分解反応で化学的に析出させた珪素酸化物で形成した珪素酸化物層で前記鉄酸化物層を被覆するステップ、水素ガスを含む雰囲気中で、400℃以上600℃以下で熱処理して前記鉄酸化物層を還元するステップを有することを特徴とする磁性鉄超微粒子製造方法を提供する。本発明の第2の態様によれば、高い耐酸化性を有し、かつ高い磁気特性を兼ね備えた鉄を主成分とした超微粒子を製造できる。また、急激な酸化反応を防止し安全に磁性鉄超微粒子を製造できる。 The second aspect of the present invention is the method for producing magnetic iron ultrafine particles according to the first aspect of the present invention described above, in order to achieve the second object, wherein the ultrafine particles are mainly composed of iron. Slow oxidation of the nuclei to form an iron oxide layer on the surface of the ultrafine particle nuclei, a step of dispersing in an organic solvent, and a silicon oxide chemically deposited by a hydrolysis reaction of silicon alkoxide step of the covering of the iron oxide layer of a silicon oxide layer, in an atmosphere containing hydrogen gas, characterized by the step of reducing the iron oxide layer was heat-treated at 400 ° C. or higher 600 ° C. or less A method for producing magnetic iron ultrafine particles is provided . According to the second aspect of the present invention, it is possible to produce ultrafine particles mainly composed of iron having high oxidation resistance and high magnetic properties. Also, magnetic iron ultrafine particles can be produced safely by preventing rapid oxidation reaction.
また、本発明の第3の態様は、上記第3の目的を達成するため、磁性鉄超微粒子と樹脂との複合材料であって、上記した本発明の第1の態様の磁性鉄超微粒子の表面に樹脂のモノマーを吸着させ、さらにグラフト重合して樹脂を被覆させた粒子であることを特徴とする複合材料を提供する。さらに、この複合材料を加圧中で加熱して成形したものであることが好ましい。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a composite material of magnetic iron ultrafine particles and a resin for achieving the third object, wherein the magnetic iron ultrafine particles of the first aspect of the present invention described above are combined. Provided is a composite material characterized in that it is a particle in which a resin monomer is adsorbed on the surface and further graft-polymerized to coat the resin. Furthermore, the composite material is preferably molded by heating in pressure.
また、本発明の第4の態様は、上記第4の目的を達成するため、磁性鉄超微粒子と樹脂との複合材料の製造方法であって、上記した本発明の第1の態様の磁性鉄超微粒子の表面に樹脂のモノマーを吸着させ、さらにグラフト重合して樹脂を被覆させた粒子である磁性鉄超微粒子をシランカップリング剤で疎水化処理するステップ、前記磁性鉄超微粒子の表面に樹脂のモノマーを吸着させ、さらにグラフト重合して樹脂被覆を行うステップを有することを特徴とする複合材料製造方法を提供する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a composite material of magnetic iron ultrafine particles and a resin in order to achieve the fourth object, wherein the magnetic iron according to the first aspect of the present invention described above. A step of hydrophobizing magnetic iron ultrafine particles, which are particles obtained by adsorbing resin monomers on the surface of the ultrafine particles and further graft-polymerizing and coating the resin with a silane coupling agent, and resin on the surface of the magnetic iron ultrafine particles A method for producing a composite material, comprising the steps of adsorbing the monomer and further carrying out a resin coating by graft polymerization.
上記した複合材料製造方法は、樹脂を被覆させた後、さらに、加圧中で加熱して成形するステップを有することが好ましい。かかる方法によれば、高い比抵抗を維持したまま、高粒子濃度で樹脂中に磁気的特性の高い磁性金属微粒子を亀裂・ポアーなく分散させることができる。 It is preferable that the above-described composite material manufacturing method further includes a step of heating and molding in pressurization after coating the resin. According to such a method, it is possible to disperse magnetic metal fine particles having high magnetic properties in a resin at a high particle concentration without cracks and pores while maintaining a high specific resistance.
また、本発明の第5の態様は、上記第5の目的を達成するため、上記した本発明の第1の態様の磁性鉄超微粒子を含む磁性塗料を塗布して形成した磁性層を含有することを特徴とする磁気記録体を提供する。本発明の第5の態様によれば、極めて有効な絶縁性を有する。 In addition, the fifth aspect of the present invention includes a magnetic layer formed by applying the magnetic paint containing the magnetic iron ultrafine particles of the first aspect of the present invention described above in order to achieve the fifth object. There is provided a magnetic recording medium characterized by the above. According to the fifth aspect of the present invention, it has extremely effective insulation.
また、本発明の第6の態様は、上記第6の目的を達成するため、上記した本発明の第1の態様の磁性鉄超微粒子又は上記した本発明の第3の態様の粒子の複合材料を絶縁性の基材中に分散含有させたことを特徴とする電磁波吸収体を提供する。上記した本発明の第3の態様の成形した複合材料からなるものでもよい。 In order to achieve the sixth object, the sixth aspect of the present invention is a composite material of the magnetic iron ultrafine particles of the first aspect of the present invention described above or the particles of the third aspect of the present invention described above. An electromagnetic wave absorber characterized in that is dispersed in an insulating substrate. It may be composed of the molded composite material of the third aspect of the present invention described above.
また、本発明の第7の態様は、上記第7の目的を達成するため、上記した本発明の第1の態様の磁性鉄超微粒子を含有し、核酸を抽出するものであることを特徴とする生体物質抽出用担体を提供する。 Further, a seventh aspect of the present invention is characterized in that, in order to achieve the seventh object, the magnetic iron ultrafine particles of the first aspect of the present invention described above are contained and nucleic acid is extracted. A biological substance extraction carrier is provided.
本発明の磁性鉄超微粒子によれば、飽和磁化が高く、耐酸化性が高い。また、本発明の磁性鉄超微粒子製造方法によれば、高い耐酸化性を有し且つ高い磁気特性を兼ね備えた鉄を主成分とした超微粒子を製造できる。 According to the magnetic iron ultrafine particles of the present invention, the saturation magnetization is high and the oxidation resistance is high. Further, according to the method for producing magnetic iron ultrafine particles of the present invention, ultrafine particles mainly composed of iron having high oxidation resistance and high magnetic properties can be produced.
本発明の複合材料によれば、電気絶縁性を維持し、磁気的特性に優れ、また電磁波吸収効果が高い。また、本発明の複合材料製造方法によれば、電気絶縁性を維持し、磁気的特性に優れ、また電磁波吸収効果が高い複合材料を製造できる。 According to the composite material of the present invention, the electrical insulation is maintained, the magnetic characteristics are excellent, and the electromagnetic wave absorption effect is high. Moreover, according to the composite material manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture a composite material that maintains electrical insulation, is excellent in magnetic characteristics, and has a high electromagnetic wave absorption effect.
また、本発明の磁気記録体によれば、磁気的特性に優れ高密度記録化を可能とする。また、本発明の電磁波吸収体によれば、電磁波吸収効果が高くGHz領域での使用を可能とする。また、本発明の生体物質抽出用担体によれば、磁気特性に優れ核酸磁気分離操作を短時間で行うことを可能とする。 Also, the magnetic recording material of the present invention has excellent magnetic characteristics and enables high density recording. Moreover, according to the electromagnetic wave absorber of the present invention, the electromagnetic wave absorption effect is high, and the use in the GHz region is possible. Moreover, according to the biological substance extraction carrier of the present invention, it is excellent in magnetic properties and enables nucleic acid magnetic separation operation to be performed in a short time.
<磁性鉄超微粒子>
図1は、本発明の磁性鉄超微粒子の第1の実施形態を示す模式図である。図1に示した磁性鉄超微粒子は、鉄を主成分とした超微粒子核1とこれを被覆する鉄酸化物層2と、さらにこれを被覆する珪素酸化物層3からなる。図2は、本発明の磁性鉄超微粒子の第2の実施形態を示す模式図である。図2に示した磁性鉄超微粒子は、鉄を主成分とした超微粒子核1とこれを被覆する珪素酸化物層3からなる。本発明の磁性鉄超微粒子の第2の実施形態は、第1の実施形態よりもさらに磁気特性ならびに耐酸化特性が向上する。
<Magnetic iron ultrafine particles>
FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of magnetic iron ultrafine particles of the present invention. The magnetic iron ultrafine particles shown in FIG. 1 are composed of an ultrafine particle nucleus 1 containing iron as a main component, an iron oxide layer 2 covering the core, and a silicon oxide layer 3 covering the core. FIG. 2 is a schematic view showing a second embodiment of the magnetic iron ultrafine particles of the present invention. The magnetic iron ultrafine particles shown in FIG. 2 are composed of an ultrafine particle nucleus 1 mainly composed of iron and a silicon oxide layer 3 covering the ultrafine particle nucleus 1. In the second embodiment of the magnetic iron ultrafine particles of the present invention, the magnetic properties and oxidation resistance properties are further improved as compared to the first embodiment.
本発明の第1の実施形態の磁性鉄超微粒子は、鉄を主成分とする金属超微粒子核、その表面に形成された鉄酸化物皮膜層ならびに前記鉄酸化物皮膜層を被覆した珪素酸化物層で構成されている。あるいは前記磁性鉄超微粒子を、水素ガスを含む雰囲気中で還元熱処理により鉄を主成分とする金属超微粒子核、その表面を緻密に被覆した珪素酸化物層で構成されている。鉄を主成分とする金属超微粒子核には、コバルト(Co)やニッケル(Ni)などが含まれていても構わない。特にCoを含む鉄合金は高い飽和磁化を示すためより好ましい。高い飽和磁化は磁気記録材料および生体物質を抽出する担体用磁性粉末として有効であり、高い飽和磁化及び透磁率は電磁波吸収体用磁性粉末として有効である。 The magnetic iron ultrafine particles of the first embodiment of the present invention include metal ultrafine particle nuclei mainly composed of iron, an iron oxide film layer formed on the surface thereof, and a silicon oxide covering the iron oxide film layer. Consists of layers. Alternatively, the magnetic iron ultrafine particles are composed of metal ultrafine particle nuclei containing iron as a main component by a reduction heat treatment in an atmosphere containing hydrogen gas, and a silicon oxide layer whose surface is densely coated. The ultrafine metal particle core containing iron as a main component may contain cobalt (Co), nickel (Ni), or the like. In particular, an iron alloy containing Co is more preferable because it exhibits high saturation magnetization. High saturation magnetization is effective as a magnetic powder for carriers that extract magnetic recording materials and biological substances, and high saturation magnetization and magnetic permeability are effective as magnetic powder for electromagnetic wave absorbers.
電磁波吸収体は、吸収体内に電磁エネルギーを取り込み、これを熱エネルギーに変換して消費することができるものである。電子機器における基板近傍で高い吸収効果を得るには、高周波において複素透磁率損失の高いものが適している。数GHzに及ぶ高周波磁界対しては、磁化回転が透磁率の値を支配すると言われており、かかる仮定によれば、飽和磁化が高いものは透磁率が高くなる。飽和磁化は、フェライトなどの鉄酸化物系の材料に比較して、鉄、コバルト等のメタルが大きい。特に鉄では飽和磁化が高いことが知られている。ところが、メタルの場合、電気抵抗が低いために、高周波磁界に対しては渦電流による表皮効果のために、大部分が磁性体として有効に機能しないことから、透磁率の値は、一般にメタルの粒子より酸化物の粒子の方が大きかった。そこで、メタルの粒子は電磁波吸収体の材料としては不向きとされてきた。そこで、鉄粒子間の電気的絶縁状態を得るために、樹脂中に均一に分散させる構造体が提案されてきた。しかし、本発明の第1の実施形態の磁性鉄超微粒子では、磁性鉄超微粒子の表面に珪素酸化物が被覆されているので、高周波磁界でも渦電流が発生せず、よって、飽和磁化が高いものでは透磁率が高くなるという理論に適合する。本発明の第1の実施形態の磁性鉄超微粒子は、飽和磁化の値が高いので、透磁率も高い。 The electromagnetic wave absorber can take in electromagnetic energy into the absorber and convert it into heat energy for consumption. In order to obtain a high absorption effect in the vicinity of a substrate in an electronic device, one having a high complex permeability loss at a high frequency is suitable. For high-frequency magnetic fields extending to several GHz, it is said that the magnetization rotation dominates the value of magnetic permeability, and according to this assumption, those with high saturation magnetization have high magnetic permeability. The saturation magnetization is larger for metals such as iron and cobalt compared to iron oxide-based materials such as ferrite. In particular, iron is known to have high saturation magnetization. However, in the case of metal, since the electrical resistance is low, most of the high-frequency magnetic field does not function effectively as a magnetic material due to the skin effect caused by eddy currents. The oxide particles were larger than the particles. Therefore, metal particles have been considered unsuitable as an electromagnetic wave absorber material. Therefore, in order to obtain an electrical insulation state between iron particles, a structure that is uniformly dispersed in a resin has been proposed. However, in the magnetic iron ultrafine particles of the first embodiment of the present invention, since the surface of the magnetic iron ultrafine particles is coated with silicon oxide, no eddy current is generated even in a high-frequency magnetic field, and thus the saturation magnetization is high. The thing fits the theory that the permeability increases. Since the magnetic iron ultrafine particles of the first embodiment of the present invention have a high saturation magnetization value, the magnetic permeability is also high.
鉄を主成分とする金属超微粒子核としては、カルボニル鉄や酸化鉄を高温度で還元させる気相合成など得ることができる。もちろん市販品でも構わない。上記鉄を主成分とする超微粒子のサイズは、粒子の形態が針状の場合、長軸が100nm以上500nm以下の範囲で、短軸が20nm以上50nm以下の範囲の、粒子の形態が針状以外の場合、平均粒子径が20nm以上100nm以下の範囲であることが好ましい。より高い飽和磁化および透磁率を示すため超微粒子のサイズを上記範囲とする。超微粒子の形態は、針状であっても球状であっても良い。記録材としては、磁気異方性を示す針状がより好ましく、電磁波吸収体や生物分離用担体としては球状粒子がより好ましい。 As the metal ultrafine particle nucleus mainly composed of iron, vapor phase synthesis in which carbonyl iron or iron oxide is reduced at a high temperature can be obtained. Of course, it may be a commercial product. The size of ultrafine particles as a main component the above iron, if the form of particles of acicular, ranging the long axis is less than 5 nm or more 1 nm, a minor axis of 50nm or less in the range above 20 nm, the form of particles In the case other than the needle shape, the average particle diameter is preferably in the range of 20 nm to 100 nm. In order to show higher saturation magnetization and magnetic permeability, the size of the ultrafine particles is set in the above range. The form of the ultrafine particles may be acicular or spherical. The recording material is more preferably an acicular shape exhibiting magnetic anisotropy, and the electromagnetic wave absorber and the biological separation carrier are more preferably spherical particles.
本実施形態の表面改質層は、鉄を主成分とする金属超微粒子を徐酸化による方法で形成される。これによりプロセス上の取り扱いで急激な酸化反応により燃えるなどの危険を伴うことはなくなる。この表面改質層はシリコンのアルコキシドを用いて珪素酸化物を被覆する上で必要不可欠である。シリコンのアルコキシドの加水分解反応で形成される親水基が吸着できるのは鉄酸化物の親水性表面であるため、表面が疎水性の金属超微粒子には吸着できないためである。 The surface modified layer of this embodiment is formed by a method by slow oxidation of ultrafine metal particles containing iron as a main component. As a result, there is no danger of burning due to a rapid oxidation reaction during handling in the process. This surface modification layer is indispensable for coating silicon oxide with silicon alkoxide. The hydrophilic group formed by the hydrolysis reaction of silicon alkoxide can be adsorbed because it is a hydrophilic surface of iron oxide, and the surface cannot be adsorbed to ultrafine metal particles having hydrophobic properties.
徐酸化による鉄酸化物層は1nm以上10nm以下の範囲であることが好ましい。表面鉄酸化物層が1nmより小さいと、表面の親水性が十分とはいえず、珪素酸化物の安定した被覆が困難となり、結果として珪素酸化物被覆の厚みや均一性など制御することが困難となってしまう。表面改質層が10nmより大きいと、酸化鉄の比率が大きくなるため、飽和磁化や透磁率などの磁気特性が劣ってしまう。 The iron oxide layer formed by gradual oxidation is preferably in the range of 1 nm to 10 nm. If the surface iron oxide layer is smaller than 1 nm, the hydrophilicity of the surface cannot be said to be sufficient, and stable coating of silicon oxide becomes difficult, and as a result, it is difficult to control the thickness and uniformity of the silicon oxide coating. End up. If the surface modification layer is larger than 10 nm, the ratio of iron oxide is increased, so that magnetic properties such as saturation magnetization and permeability are inferior.
上記鉄酸化物層を被覆する珪素酸化物層は1nm以上10nm以下の範囲であることが好ましい。珪素酸化物被覆層が10nm以上となると、磁気特性が劣化してしまうので好ましくない。1nm以下では耐酸化性が十分とはいえないので好ましくない。 The silicon oxide layer covering the iron oxide layer is preferably in the range of 1 nm to 10 nm. If the silicon oxide coating layer has a thickness of 10 nm or more, the magnetic properties are deteriorated, which is not preferable. If it is 1 nm or less, the oxidation resistance is not sufficient, which is not preferable.
本発明の磁性鉄超微粒子の第1の実施形態は、鉄を主成分とする超微粒子核を徐酸化して前記超微粒子核の表面に鉄酸化物層を形成するステップ(徐酸化ステップ)、有機溶媒中に分散させるステップ(分散ステップ)、シリコンのアルコキシドの加水分解反応で前記表面鉄酸化物層を珪素酸化物層で被覆するステップ(珪素酸化物被覆ステップ)の各ステップを順次行うことにより製造することができる。 In the first embodiment of the magnetic iron ultrafine particles of the present invention, a step of gradually oxidizing an ultrafine particle nucleus mainly composed of iron to form an iron oxide layer on the surface of the ultrafine particle nucleus (gradual oxidation step), By sequentially performing each step of dispersing in an organic solvent (dispersing step) and covering the surface iron oxide layer with a silicon oxide layer by a hydrolysis reaction of silicon alkoxide (silicon oxide coating step) Can be manufactured.
また、上記した本発明の第1の実施形態の磁性鉄超微粒子を熱処理して得られる、超微粒子核と該超微粒子核を被覆する珪素酸化物層からなる本発明の磁性鉄超微粒子の第2の実施形態は、上記徐酸化ステップ、上記分散ステップ、上記珪素酸化物被覆ステップを順次行ったのち、水素ガスを含む雰囲気中で、400℃以上600℃以下で熱処理して前記鉄酸化物層を還元するステップ(還元ステップ)を行うことにより製造することができる。 The magnetic iron ultrafine particles of the present invention comprising the ultrafine particle nuclei and the silicon oxide layer covering the ultrafine particle nuclei obtained by heat-treating the magnetic iron ultrafine particles of the first embodiment of the present invention described above. In the second embodiment, the iron oxide layer is subjected to heat treatment at 400 ° C. or more and 600 ° C. or less in an atmosphere containing hydrogen gas after sequentially performing the gradual oxidation step, the dispersion step, and the silicon oxide coating step. Can be manufactured by performing a step of reducing (reduction step).
(徐酸化ステップ)
徐酸化は微量の酸素を含む中性ガスや還元ガスを用いて、室温で放置する方法により達成される。表面酸化層の厚みの制御は、放置時間を変えることで達成できる。所定の鉄酸化物層を形成した後は、速やかに真空中あるいは還元ガスあるいは中性ガス気流中にて保持、保管することが好ましい。空気中に放置すると、金属超微粒子はたとえ徐酸化により鉄酸化物層を付与しても、徐々に全てが酸化物になるまで酸化が進展してしまう。この表面に形成される鉄酸化物層は透過電子顕微鏡観察によるコントラストをもって鉄を主成分とする超微粒子核と識別される。
(Slow oxidation step)
Slow oxidation is achieved by a method of leaving at room temperature using a neutral gas or a reducing gas containing a small amount of oxygen. Control of the thickness of the surface oxide layer can be achieved by changing the standing time. After the predetermined iron oxide layer is formed, it is preferable to quickly hold and store in a vacuum, a reducing gas or a neutral gas stream. When left in the air, even if the ultrafine metal particles are provided with an iron oxide layer by gradual oxidation, the oxidation gradually proceeds until all of them become oxides. The iron oxide layer formed on this surface is distinguished from ultrafine particle nuclei containing iron as a main component with contrast by observation with a transmission electron microscope.
(分散ステップ)
徐酸化による鉄酸化物層が形成された鉄を主成分とした金属超微粒子は、凝集をほぐしてアルコールなどの有機溶媒中で分散させた後、珪素酸化物で被覆される。高度に分散させないと、粒子同士がくっついた状態で珪素酸化物被覆されるため、飽和磁化や透磁率などの磁気特性が劣化してしまうので、この分散プロセスは重要である。珪素酸化物被覆はシリコンのアルコキシドの加水分解反応で達成されるため、分散媒はアルコールであることが好ましい。アルコール溶液としては、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコールなどの低級アルコールが挙げられる。高度な分散状態は、分散剤としてオレイン酸やステアリン酸などの脂肪酸を、鉄超微粒子表面積あたり1.0mg/m2以上5.0mg/m2以下の量を添加して、振動数20KHz、1200Wの超音波を水冷中で30分以上照射する方法や周速8m/s以上のビーズ径50μmのビーズミル処理を1時間以上行うことで得ることができる。いずれの分散方法でも超微粒子の取り扱いは非酸化雰囲気中で行うことが必要である。
(Distributed step)
The ultrafine metal particles mainly composed of iron on which an iron oxide layer is formed by slow oxidation are loosened and dispersed in an organic solvent such as alcohol, and then coated with silicon oxide. This dispersion process is important because if it is not highly dispersed, the particles are adhered to each other and silicon oxide is coated in a state where the particles are adhered to each other, so that magnetic properties such as saturation magnetization and magnetic permeability are deteriorated. Since the silicon oxide coating is achieved by a hydrolysis reaction of silicon alkoxide, the dispersion medium is preferably an alcohol. Examples of the alcohol solution include lower alcohols such as ethanol, methanol, and isopropyl alcohol. In a highly dispersed state, a fatty acid such as oleic acid or stearic acid is added as a dispersing agent in an amount of 1.0 mg / m 2 or more and 5.0 mg / m 2 or less per iron ultrafine particle surface area, and a frequency of 20 KHz, 1200 W. Can be obtained by irradiating the above ultrasonic wave in water cooling for 30 minutes or more, or by performing a bead mill treatment with a bead diameter of 50 μm and a peripheral speed of 8 m / s or more for 1 hour or more. In any of the dispersion methods, it is necessary to handle ultrafine particles in a non-oxidizing atmosphere.
(珪素酸化物被覆ステップ)
アルコール中に高度に分散させた表面に鉄酸化物を形成させた、鉄を主成分とした超微粒子核はシリコンのアルコキシドを用いて加水分解反応により珪素酸化物被覆を達成できる。シリコンのアルコキシドの具体例は、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロキシシラン、テトラブトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、テトラプロポキシシラン、フェニルトリエトキシシランなどが適する。
(Silicon oxide coating step)
Ultrafine particle nuclei containing iron as a main component and having iron oxide formed on a surface highly dispersed in alcohol can be coated with silicon oxide by hydrolysis reaction using silicon alkoxide. Specific examples of silicon alkoxides include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetraproxysilane, tetrabutoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, tetrapropoxysilane, and phenyltriethoxy. Silane is suitable.
テトラエトキシシランを採用する場合を例に、珪素酸化物被覆層を形成する方法を説明する。上述のアルコール中、例えばエタノール中に高度に分散させた、徐酸化により表面に鉄酸化物層を形成させた鉄を主成分とした超微粒子に、テトラエトキシシランおよびアンモニアおよび水を添加することにより珪素酸化物被覆層が形成可能となる。鉄超微粒子はエタノール1リットルあたり総表面積が15から30m2量が適する。30m2以上の総表面積を有する超微粒子を添加すると、鉄超微粒子が凝集したまま珪素酸化物被覆層が形成されてしまう。15m2量以下ではいずれでも構わないが効率が悪くなるので好ましくない。テトラエトキシシランの添加量は超微粒子の表面層に1nm以上10nm以下の珪素酸化物被覆層を形成するのに必要な量を添加する。水の添加量については、テトラエトキシシラン添加量が1molに対し、水添加量を2mol以上とすることが好ましい。アンモニア添加量については、例えばアンモニア水の濃度が28%の場合、テトラエトキシシラン100重量部に対し、10から100重量部が好ましい。10重量部以下では触媒としての効果が十分に発揮されず、100重量部以上では、珪素酸化物の単離した球状粒子が形成されてしまうため前記範囲が好ましい。加水分解反応は例えば300rpmから500rpmの回転ばねを用いて、24時間撹拌をすることにより得られる。珪素酸化物層の厚みは、透過型電子顕微鏡観察によるコントラストで判別できる。ただしコントラストで判別された層は、珪素酸化物層と鉄酸化物層を合わせた層なので、あらかじめ鉄酸化物層の厚みを決定しておくことが必要となる。また珪素酸化物層はエネルギー分散型蛍光X線分析で元素分析し、シリコンと酸素を検出することで確認できる。平均粒子サイズは電子顕微鏡観察で1000個程度の粒子を画像解析によって決定することが望ましい。 A method for forming a silicon oxide coating layer will be described by taking tetraethoxysilane as an example. By adding tetraethoxysilane, ammonia and water to the ultrafine particles mainly composed of iron in which the iron oxide layer is formed on the surface by slow oxidation, which is highly dispersed in the above-mentioned alcohol, for example, ethanol A silicon oxide coating layer can be formed. Iron ultrafine particles with a total surface area of 15 to 30 m 2 per liter of ethanol are suitable. When ultrafine particles having a total surface area of 30 m 2 or more are added, a silicon oxide coating layer is formed while the iron ultrafine particles are aggregated. Any amount of 15 m 2 or less may be used, but it is not preferable because efficiency is deteriorated. Tetraethoxysilane is added in an amount necessary for forming a silicon oxide coating layer of 1 nm to 10 nm on the surface layer of ultrafine particles. Regarding the addition amount of water, it is preferable that the addition amount of water is 2 mol or more with respect to 1 mol of tetraethoxysilane. The amount of ammonia added is preferably 10 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of tetraethoxysilane when, for example, the concentration of ammonia water is 28%. When the amount is 10 parts by weight or less, the effect as a catalyst is not sufficiently exhibited. When the amount is 100 parts by weight or more, spherical particles isolated from silicon oxide are formed, and thus the above range is preferable. The hydrolysis reaction can be obtained, for example, by stirring for 24 hours using a rotary spring of 300 rpm to 500 rpm. The thickness of the silicon oxide layer can be determined from the contrast obtained by observation with a transmission electron microscope. However, since the layer determined by contrast is a layer in which the silicon oxide layer and the iron oxide layer are combined, it is necessary to determine the thickness of the iron oxide layer in advance. The silicon oxide layer can be confirmed by elemental analysis by energy dispersive X-ray fluorescence analysis and detection of silicon and oxygen. The average particle size is desirably determined by image analysis of about 1000 particles by electron microscope observation.
(還元ステップ)
さらに、磁気特性を向上させるため、ならびに耐酸化特性を向上させるために、上記鉄を主成分とする鉄超微粒子核と、前記超微粒子核の表面に形成された鉄酸化物層と、前記表面鉄酸化物層を被覆する珪素酸化物層からなる磁性鉄超微粒子を、水素ガスを含む雰囲気中で、400℃から600℃の範囲で熱処理することが望ましい。水素ガスを含むガスとしては、例えば水素4%窒素96%の混合ガスなどが挙げられ、500℃での熱処理であれば、5時間処理すれば、完全に鉄酸化物層が還元されて純鉄になる。さらに、珪素酸化物層は緻密化されて酸素の拡散率を著しく低下させることができる。
(Reduction step)
Furthermore, in order to improve the magnetic properties and the oxidation resistance properties, the iron ultrafine particle nucleus containing iron as a main component, the iron oxide layer formed on the surface of the ultrafine particle nucleus, and the surface It is desirable to heat-treat magnetic iron ultrafine particles composed of a silicon oxide layer covering the iron oxide layer in a range of 400 ° C. to 600 ° C. in an atmosphere containing hydrogen gas. Examples of the gas containing hydrogen gas include a mixed gas of 4% hydrogen and 96% nitrogen. If the heat treatment is performed at 500 ° C., the iron oxide layer is completely reduced after the treatment for 5 hours. become. Furthermore, the silicon oxide layer can be densified to significantly reduce the oxygen diffusivity.
(疎水化ステップ)
アルコールのみでも構わないが、加水分解反応を促進させるため水を添加した方がより好ましい。アルコールは例えば低級アルコールであるエタノール、メタノール、イソプロピルアルコール等が挙げられる。シランカップリング剤としては、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロへキシルエチルトリメトキシシラン)、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルヨリエトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−トリエトキシシリルーN−(1,3ジメチルーブチリデン)プロピルアミン、N−フェニルー3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(ビニルベンジル)−2−アミノエチルー3−アミノプロピルトリメトキシシランの塩酸塩、等が挙げられる。シランカップリング剤の添加量は、磁性超微粒子に対し20重量%から40重量%が好ましい。20重量%より少ないと十分に超微粒子の表面疎水化処理ができなく、40重量%以上では、反応に必要な量より極度に超えてしまうので好ましくない。
(Hydrophobicization step)
Alcohol alone may be used, but it is more preferable to add water in order to promote the hydrolysis reaction. Examples of the alcohol include lower alcohols such as ethanol, methanol, and isopropyl alcohol. As the silane coupling agent, vinyltrichlorosilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexylethyltrimethoxysilane), 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3- Glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxypropylyoriethoxysilane, p-styryltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyl Diethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-2- (aminoethyl) 3-aminopropyltrimethoxysilane, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-triethoxysilyl-N- ( 1,3-dimethyl-butylidene) propylamine, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, N- (vinylbenzyl) -2-aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilane hydrochloride, and the like. The addition amount of the silane coupling agent is preferably 20% by weight to 40% by weight with respect to the magnetic ultrafine particles. When the amount is less than 20% by weight, the surface hydrophobization treatment of the ultrafine particles cannot be sufficiently performed.
シランカップリング剤を添加した後、まず300rpmから500rpmの撹拌ばねを用いて30分間混合撹拌し、さらにジルコニアボールを用いた遊星ボールミルを使用して、60℃から90℃の範囲で60分間混合する。より好ましくは80℃から90℃が適する。この温度範囲とすることによって加水分解反応を促進することができる。この処理で表面が疎水化されてアルコールに分散していた鉄を主成分とした超微粒子が沈殿する。これは表面が疎水化されるためである。この沈殿物をエタノールで数回洗浄して疎水化処理した超微粒子が得られる。 After adding the silane coupling agent, the mixture is first mixed and stirred for 30 minutes using a stirring spring of 300 rpm to 500 rpm, and further mixed for 60 minutes in the range of 60 ° C. to 90 ° C. using a planetary ball mill using zirconia balls. . More preferably, 80 ° C to 90 ° C is suitable. By setting the temperature within this range, the hydrolysis reaction can be promoted. By this treatment, the surface is hydrophobized, and ultrafine particles mainly composed of iron dispersed in alcohol are precipitated. This is because the surface is hydrophobized. This precipitate is washed several times with ethanol to obtain ultrafine particles that have been subjected to a hydrophobic treatment.
(樹脂被覆ステップ)
上記で作成した疎水化処理した鉄を主成分とした超微粒子1重量部から5重量部とエタノール100重量部および開始剤である例えばアドビゾニトリルを0.5重量部から1.0重量部、およびメタクリル酸メチル(MMA)、スチレン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂などの樹脂のモノマーの内、一種類を、例えばメタクリル樹脂のモノマーであるメタクリル酸メチル(MMA)を5重量部から15重量部を添加して超微粒子の表面にMMAを吸着させる。
(Resin coating step)
1 to 5 parts by weight of ultrafine particles mainly composed of hydrophobically-treated iron prepared as described above, 100 parts by weight of ethanol and 0.5 to 1.0 parts by weight of an initiator such as advisonitrile, In addition, one of the monomers of the resin such as methyl methacrylate (MMA), styrene, epoxy resin, phenol resin, urethane resin, for example, 5 to 15 parts by weight of methyl methacrylate (MMA) that is a monomer of methacrylic resin. Part is added to adsorb MMA on the surface of the ultrafine particles.
表面にMMAを吸着させた上記超微粒子を、さらに、窒素中で300rpmから500rpmの範囲で、撹拌ばねを用いて、65℃で、24時間撹拌して上記の樹脂のモノマーをグラフト重合する。超微粒子が1重量部より少ないと効率が悪く、5重量部を超えると、超微粒子が凝集してしまうため前記範囲が好ましい。開始剤が0.5重量部より少ないと十分な効果を達成できないし、5重量部を超えると不必要な開始剤が残留してしまう。樹脂のモノマーの添加量が5重量部より少ないと、樹脂成分が少なく、後述の加熱成形時に亀裂が生じてしまうし、15重量部を超えると、粒子濃度高い樹脂との複合材料が得られない。樹脂のモノマーをグラフト重合した鉄を主成分とした超微粒子を、トルエンを用いて数回洗浄した後、100℃空気中で24時間乾燥して、樹脂を表面に被覆させた鉄を主成分とした超微粒子である複合材料を得ることができる。 The ultrafine particles having MMA adsorbed on the surface are further stirred in nitrogen in the range of 300 rpm to 500 rpm at 65 ° C. for 24 hours using a stirring spring to graft polymerize the resin monomers. When the amount of ultrafine particles is less than 1 part by weight, the efficiency is poor, and when it exceeds 5 parts by weight, the above range is preferable because the ultrafine particles are aggregated. If the initiator is less than 0.5 parts by weight, a sufficient effect cannot be achieved, and if it exceeds 5 parts by weight, an unnecessary initiator remains. If the addition amount of the resin monomer is less than 5 parts by weight, the resin component is small, and cracking occurs during the heat molding described later, and if it exceeds 15 parts by weight, a composite material with a resin having a high particle concentration cannot be obtained. . Ultrafine particles mainly composed of iron grafted with a resin monomer are washed several times with toluene, and then dried in air at 100 ° C. for 24 hours. It is possible to obtain a composite material that is an ultrafine particle.
(成形ステップ)
さらに上記の複合材料を加圧中で加熱して成形することにより、高粒子濃度の金属超微粒子を含有させた樹脂との複合材料を製造することが望ましい。本発明の複合材料の第1の実施形態を、例えば150℃で一軸加圧成形する。
(Molding step)
Furthermore, it is desirable to manufacture a composite material with a resin containing ultrafine metal particles having a high particle concentration by forming the composite material by heating in pressure. The first embodiment of the composite material of the present invention is uniaxially pressed at 150 ° C., for example.
<磁気記録体>
本発明の磁気記録体は、本発明の第1の実施形態の磁性鉄超微粒子を含む磁性塗料を塗布して形成した磁性層を含有することが好ましい。含有する磁性鉄超微粒子が針状の磁性鉄超微粒子であることがより好ましい。本発明の磁気記録体は、本発明の第2の実施形態の磁性鉄超微粒子を含む磁性塗料を塗布して形成した磁性層を含有することが、さらに好ましい。
<Magnetic recording material>
The magnetic recording body of the present invention preferably contains a magnetic layer formed by applying a magnetic paint containing the magnetic iron ultrafine particles of the first embodiment of the present invention. More preferably, the magnetic iron ultrafine particles contained are needle-shaped magnetic iron ultrafine particles. The magnetic recording body of the present invention further preferably includes a magnetic layer formed by applying a magnetic paint containing the magnetic iron ultrafine particles of the second embodiment of the present invention.
<電磁波吸収体>
本発明の電磁波吸収体は、本発明の第1の実施形態の磁性鉄超微粒子、若しくは第2の実施形態の磁性鉄超微粒子、又は本発明の第1の実施形態の複合材料を絶縁性の基材中に分散含有させたことが好ましい。あるいは本発明の第2の実施形態の複合材料からなることが好ましい。上記磁性鉄超微粒子が、平均粒子径20nm以上50nm以下の、球状の磁性鉄超微粒子であることが、より好ましい。かかる電磁波吸収体を色々な形状に成形することにより、携帯電話、無線LAN、高速道路自動課金、車載近距離レーダー、衛星放送などに使用する部材として有効である。
<Electromagnetic wave absorber>
The electromagnetic wave absorber of the present invention is an insulating material of the magnetic iron ultrafine particles of the first embodiment of the present invention, the magnetic iron ultrafine particles of the second embodiment, or the composite material of the first embodiment of the present invention. It is preferable that the base material is dispersed and contained. Or it consists of the composite material of the 2nd Embodiment of this invention. The magnetic iron ultrafine particles are more preferably spherical magnetic iron ultrafine particles having an average particle diameter of 20 nm to 50 nm. By molding such an electromagnetic wave absorber into various shapes, it is effective as a member used for mobile phones, wireless LANs, automatic highway billing, in-vehicle short-range radar, satellite broadcasting, and the like.
<生体物質抽出用担体>
本発明の生体物質抽出用担体は、本発明の第1の実施形態の磁性鉄超微粒子、又は第2の実施形態の磁性鉄超微粒子を含有し、核酸を抽出するものであることが好ましい。上記磁性鉄超微粒子が、平均粒子径20nm以上50nm以下の、球状の磁性鉄超微粒子であることが、より好ましい。
<Biological substance extraction carrier>
The biological material extraction carrier of the present invention preferably contains the magnetic iron ultrafine particles of the first embodiment of the present invention or the magnetic iron ultrafine particles of the second embodiment, and extracts nucleic acid. The magnetic iron ultrafine particles are more preferably spherical magnetic iron ultrafine particles having an average particle diameter of 20 nm to 50 nm.
以下、本発明の磁性鉄超微粒子及びその製造方法、並びに磁性鉄超微粒子を利用した複合材料、磁気記録体、生体物質抽出用担体について、実施例を用いて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the magnetic iron ultrafine particles of the present invention and the production method thereof, and the composite material, magnetic recording material, and biological substance extraction carrier using the magnetic iron ultrafine particles will be described in detail with reference to examples. Is not limited to these.
[実施例1:磁性鉄超微粒子]
本発明の実施例1の磁性鉄超微粒子は、鉄を主成分とする超微粒子核と、前記超微粒子核の表面に形成された鉄酸化物層と、前記表面鉄酸化物層を被覆する珪素酸化物層からなる。長軸が約200nmで短軸が約20nmの純鉄針状超微粒子を出発原料として使用した。出発原料は徐酸化済みである。図3は、徐酸化により表面に鉄酸化物を形成させた鉄を主成分とした針状超微粒子の透過型電子顕微鏡写真である。図3に示すように、透過型電子顕微鏡観察のコントラストにより、上記純鉄針状超微粒子は、鉄を主成分とする超微粒子核と、徐酸化で前記超微粒子核の表面に形成された約3nmの鉄酸化物層を有することが分かる。さらにエネルギー分散蛍光X線により、鉄と酸素以外に検出元素がなかった。
[Example 1: Magnetic iron ultrafine particles]
The magnetic iron ultrafine particles of Example 1 of the present invention include ultrafine particle nuclei mainly composed of iron, an iron oxide layer formed on the surface of the ultrafine particle nuclei, and silicon covering the surface iron oxide layer. It consists of an oxide layer. Pure iron needle-like ultrafine particles having a major axis of about 200 nm and a minor axis of about 20 nm were used as starting materials. The starting material has been slowly oxidized. FIG. 3 is a transmission electron micrograph of acicular ultrafine particles containing iron as a main component with iron oxide formed on the surface by gradual oxidation. As shown in FIG. 3, the pure iron needle-shaped ultrafine particles are formed on the surface of the ultrafine particle nuclei mainly formed of iron and the ultrafine particle nuclei by gradual oxidation according to the contrast of observation with a transmission electron microscope. It can be seen that it has a 3 nm iron oxide layer. Furthermore, there were no detection elements other than iron and oxygen by energy dispersive fluorescent X-rays.
上記のように鉄酸化物層が表面に形成されている純鉄針状超微粒子をエタノール1リットルに対し、0.085体積%、および分散剤としてオレイン酸を超微粒子の表面積あたり3.0mg/m2を添加した。分散は20KHz、1200Wの超音波発振器を用いて、水冷中で30分間照射して高度に分散した針状磁性鉄超微粒子サスペンジョンを得た。さらにテトラエトキシシラン0.015molおよび水36.5mol、および25%濃度のアンモニア水を1.5mol添加して、300rpmの撹拌ばねを用いて24時間撹拌して加水分解反応させた。得られた超微粒子を透過型電子顕微鏡観察によりコントラストで珪素酸化物被覆層の厚みは約5nmであることを確認した。さらに、エネルギー分散蛍光X線分析によりシリコンと酸素と鉄により形成されていることを確認した。得られた超微粒子をエタノールで3回洗浄した後、50℃で真空乾燥して、本発明の実施例1の磁性鉄超微粒子を得た。図4は、珪素酸化物を被覆させた鉄を主成分とした針状超微粒子の透過型電子顕微鏡写真である。図4は、本発明の実施例1の磁性鉄超微粒子であり、透過型電子顕微鏡に付帯された、エネルギー分散型蛍光X線分析による方法で確認した表面の組成を示している。針状粒子の端部(A)と中央部(B)のいずれも鉄の他、珪素と酸素を検出した。端部(A)は中央部(B)よりも鉄の量が少ない。これは、芯超微粒子である磁性鉄超微粒子の外表面が珪素酸化物で被覆されていることを示している。 As described above, pure iron needle-shaped ultrafine particles having an iron oxide layer formed on the surface thereof are 0.085% by volume with respect to 1 liter of ethanol, and oleic acid as a dispersant is 3.0 mg / per surface area of the ultrafine particles. m 2 was added. Dispersion was carried out using a 20 KHz, 1200 W ultrasonic oscillator for 30 minutes in water cooling to obtain a highly dispersed acicular magnetic iron ultrafine particle suspension. Furthermore, 0.015 mol of tetraethoxysilane, 36.5 mol of water, and 1.5 mol of 25% strength ammonia water were added, and the mixture was stirred for 24 hours using a 300 rpm stirring spring to cause a hydrolysis reaction. It was confirmed by observation with a transmission electron microscope that the obtained ultrafine particles were in contrast and the thickness of the silicon oxide coating layer was about 5 nm. Furthermore, it was confirmed by energy dispersive X-ray fluorescence analysis that it was formed of silicon, oxygen and iron. The obtained ultrafine particles were washed with ethanol three times and then vacuum dried at 50 ° C. to obtain magnetic iron ultrafine particles of Example 1 of the present invention. FIG. 4 is a transmission electron micrograph of acicular ultrafine particles mainly composed of iron coated with silicon oxide. FIG. 4 shows the magnetic iron ultrafine particles of Example 1 of the present invention, and the surface composition confirmed by the method by energy dispersive X-ray fluorescence analysis attached to the transmission electron microscope. In addition to iron, silicon and oxygen were detected at both the end (A) and the center (B) of the needle-like particles. The end (A) has less iron than the center (B). This indicates that the outer surface of magnetic iron ultrafine particles, which are core ultrafine particles, is coated with silicon oxide.
[実施例2:磁性鉄超微粒子]
本発明の実施例2の磁性鉄超微粒子は、鉄超微粒子核と該超微粒子核を被覆する珪素酸化物層からなる。本発明の実施例1の磁性鉄超微粒子を水素4%窒素96%の混合ガスを用いて、500℃で5時間熱処理して、本発明の実施例2の磁性鉄超微粒子を得た。
[Example 2: Magnetic iron ultrafine particles]
The magnetic iron ultrafine particle of Example 2 of the present invention comprises an iron ultrafine particle nucleus and a silicon oxide layer covering the ultrafine particle nucleus. The magnetic iron ultrafine particles of Example 1 of the present invention were heat-treated at 500 ° C. for 5 hours using a mixed gas of 4% hydrogen and 96% nitrogen to obtain magnetic iron ultrafine particles of Example 2 of the present invention.
[比較例1:磁性鉄超微粒子]
表面に約3nmの鉄酸化物層を形成させた、長軸が約200nmで短軸が約20nmの純鉄針状超微粒子(同和鉱業製)を、比較例1の磁性鉄超微粒子とした。
[Comparative Example 1: Magnetic iron ultrafine particles]
Pure iron needle ultrafine particles (manufactured by Dowa Mining Co., Ltd.) having a major axis of about 200 nm and a minor axis of about 20 nm on which an iron oxide layer of about 3 nm was formed on the surface were used as magnetic iron ultrafine particles of Comparative Example 1.
[実施例3:磁性鉄超微粒子]
本発明の実施例3の磁性鉄超微粒子は、鉄を主成分とする超微粒子核と、前記超微粒子核の表面に形成された鉄酸化物層と、前記表面鉄酸化物層を被覆する珪素酸化物層からなる。500mlのフラスコにケロセン80gと界面活性剤11g、Fe(CO)5溶液70gを入れ、窒素ガスでバブリングして酸素を取り除いた。その後、高純度アンモニア400cm3/minと窒素40cm3/min混合ガス気流中80℃で1時間放置した。その後、室温に冷却して純鉄ナノ粒子を得た。動的光散乱法により得られた純鉄ナノ粒子の粒子径を測定し、平均粒子径が30nmであることを確認した。このケロセン中に分散させた超微粒子を酸素5%アルゴン95%の混合ガスの気流中、30℃で30分間処理して徐酸化した。得られた鉄酸化物層は約2nmであった。この超微粒子をエタノール1リットルに対し、0.085体積%、および分散剤としてオレイン酸を超微粒子の表面積あたり3.0mg/m2を添加した。分散は20KHz、1200Wの超音波発振器を用いて、水冷中で30分間照射して高度に分散した磁性鉄超微粒子サスペンジョンを得た。さらにテトラエトキシシラン0.015molおよび水36.5mol、および25%濃度のアンモニア水を1.5mol添加して、300rpmの撹拌ばねを用いて24時間撹拌し、加水分解反応を施した。得られた超微粒子をエタノールで3回洗浄した後、50℃で真空乾燥して、本発明の実施例3の磁性鉄超微粒子を得た。本発明の実施例3の磁性鉄超微粒子を透過型電子顕微鏡観察のコントラストから約5nmの珪素酸化物層が被覆されていた。
[Example 3: Magnetic iron ultrafine particles]
The magnetic iron ultrafine particles of Example 3 of the present invention include ultrafine particle nuclei mainly composed of iron, an iron oxide layer formed on the surface of the ultrafine particle nuclei, and silicon that covers the surface iron oxide layer. It consists of an oxide layer. A 500 ml flask was charged with 80 g of kerosene, 11 g of a surfactant, and 70 g of an Fe (CO) 5 solution, and oxygen was removed by bubbling with nitrogen gas. Then, it was left for 1 hour at 80 ° C. in a mixed gas stream of high purity ammonia 400 cm 3 / min and nitrogen 40 cm 3 / min. Then, it cooled to room temperature and obtained the pure iron nanoparticle. The particle diameter of the pure iron nanoparticles obtained by the dynamic light scattering method was measured, and it was confirmed that the average particle diameter was 30 nm. The ultrafine particles dispersed in the kerosene were gradually oxidized by treating them at 30 ° C. for 30 minutes in a stream of mixed gas of oxygen 5% argon 95%. The obtained iron oxide layer was about 2 nm. The ultrafine particles were added to 0.085% by volume with respect to 1 liter of ethanol, and oleic acid as a dispersant was added at 3.0 mg / m 2 per surface area of the ultrafine particles. Dispersion was performed using a 20 KHz, 1200 W ultrasonic oscillator for 30 minutes in water cooling to obtain a highly dispersed magnetic iron ultrafine particle suspension. Further, 0.015 mol of tetraethoxysilane, 36.5 mol of water, and 1.5 mol of 25% strength ammonia water were added, and the mixture was stirred for 24 hours using a stirring spring of 300 rpm, and subjected to a hydrolysis reaction. The obtained ultrafine particles were washed three times with ethanol and then vacuum dried at 50 ° C. to obtain magnetic iron ultrafine particles of Example 3 of the present invention. The magnetic iron ultrafine particles of Example 3 of the present invention were coated with a silicon oxide layer of about 5 nm from the contrast observed with a transmission electron microscope.
[実施例4:磁性鉄超微粒子]
本発明の実施例4の磁性鉄超微粒子は、鉄超微粒子核と該超微粒子核を被覆する珪素酸化物層からなる。本発明の実施例3の磁性鉄超微粒子である鉄を主成分とした超微粒子を、水素4%窒素96%の混合ガスを用いて、500℃で5時間熱処理して、本発明の実施例4の磁性鉄超微粒子を得た。
[Example 4: Magnetic iron ultrafine particles]
The magnetic iron ultrafine particle of Example 4 of the present invention comprises an iron ultrafine particle nucleus and a silicon oxide layer covering the ultrafine particle nucleus. The ultrafine particles containing iron as a main component, which is the magnetic iron ultrafine particles of Example 3 of the present invention, were heat-treated at 500 ° C. for 5 hours using a mixed gas of 4% hydrogen and 96% nitrogen, and the examples of the present invention. 4 magnetic iron ultrafine particles were obtained.
[比較例2:磁性鉄超微粒子]
本発明の実施例3で示した方法で純鉄ナノ粒子を合成した。動的光散乱法により粒子径を測定し、平均粒子径が30nmであることを確認した。このケロセン中に分散させた鉄を主成分とする超微粒子を酸素5%アルゴン95%の混合ガスの気流中、30℃で30分間処理して徐酸化による方法で、表面に鉄酸化物層を形成して、比較例2の磁性鉄超微粒子とした。鉄酸化物層は約2nmであった。
[Comparative Example 2: Magnetic iron ultrafine particles]
Pure iron nanoparticles were synthesized by the method shown in Example 3 of the present invention. The particle diameter was measured by a dynamic light scattering method, and it was confirmed that the average particle diameter was 30 nm. The ultrafine particles containing iron as a main component dispersed in kerosene are treated at 30 ° C. for 30 minutes in a stream of mixed gas of 5% oxygen and 95% oxygen to form an iron oxide layer on the surface by a method of slow oxidation. The magnetic iron ultrafine particles of Comparative Example 2 were formed. The iron oxide layer was about 2 nm.
[実験結果:実施例1〜4及び比較例1、2の磁性鉄超微粒子]
本発明の実施例1〜4の磁性鉄超微粒子及び比較例1、2の磁性鉄超微粒子について、それぞれ、湿度90%、80℃の環境下に7日間放置し、その処理前後の磁気特性を振動試料型磁力計で測定し、得られた飽和磁化の減少率で耐酸化性を評価し得られた結果を表1に示した。
[Experimental results: magnetic iron ultrafine particles of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2]
The magnetic iron ultrafine particles of Examples 1 to 4 of the present invention and the magnetic iron ultrafine particles of Comparative Examples 1 and 2 were left in an environment of 90% humidity and 80 ° C. for 7 days, respectively. Table 1 shows the results obtained by measuring with a vibrating sample magnetometer and evaluating the oxidation resistance by the reduction rate of the saturation magnetization obtained.
表1に示したように、耐酸化性については、比較例1、2の磁性鉄超微粒子では、湿度90%、60℃環境下に7日間放置することで、飽和磁化が、酸化により10%から20%程度減少したのに対し、本発明の実施例1、3の磁性鉄超微粒子では、同条件で、飽和磁化が、わずかに2%減少したにすぎず、本発明の実施例2、4の磁性鉄超微粒子では、飽和磁化が全く減少せず、著しく耐酸化性が向上したことを示している。耐酸化性が向上した理由は、比較例1、2の磁性鉄超微粒子に比較し、本発明の実施例1、3の磁性鉄超微粒子では珪素酸化物で被覆されることにより、さらに本発明の実施例2、4の磁性鉄超微粒子では水素還元処理で、珪素酸化物層が緻密化され酸素が拡散しない耐酸化保護膜となったためである。 As shown in Table 1, with respect to oxidation resistance, the magnetic iron ultrafine particles of Comparative Examples 1 and 2 were allowed to stand for 7 days in an environment of 90% humidity and 60 ° C., so that the saturation magnetization was 10% due to oxidation. On the other hand, in the magnetic iron ultrafine particles of Examples 1 and 3 of the present invention, the saturation magnetization was decreased by only 2% under the same conditions. In the magnetic iron ultrafine particle No. 4, the saturation magnetization was not reduced at all, indicating that the oxidation resistance was remarkably improved. The reason why the oxidation resistance is improved is that the magnetic iron ultrafine particles of Examples 1 and 3 of the present invention are coated with silicon oxide as compared with the magnetic iron ultrafine particles of Comparative Examples 1 and 2, and thus the present invention is further improved. This is because the magnetic iron ultrafine particles of Examples 2 and 4 were subjected to hydrogen reduction treatment, whereby the silicon oxide layer was densified to form an oxidation-resistant protective film in which oxygen does not diffuse.
本発明の実施例1、3、比較例1、2の磁性鉄超微粒子と比較して、本発明の実施例2、4の磁性鉄超微粒子は著しく飽和磁化、残留磁化、保磁力が大きくなり、磁気特性が向上した。これは、水素還元処理で、鉄超微粒子に珪素酸化物を被覆させるために施した中間層の鉄酸化物層が還元されたためである。 Examples 1, 3 of the present invention, as compared with the magnetic iron ultrafine particles of Comparative Examples 1 and 2, the magnetic iron ultrafine particles of Examples 2 and 4 of the present invention is remarkable saturation magnetization, residual magnetization, coercive magnetic force is large As a result, the magnetic properties were improved. This is because the iron oxide layer of the intermediate layer applied to coat the iron ultrafine particles with silicon oxide was reduced by the hydrogen reduction treatment.
したがって、本発明の実施例1〜4の磁性鉄超微粒子によれば、飽和磁化、残留磁化、保磁力が高く、耐酸化性が高い。特に、本発明の実施例2、4の磁性鉄超微粒子は、飽和磁化、残留磁化、保磁力が著しく高く、耐酸化性が極めて高い。本発明の実施例1〜4の磁性鉄超微粒子では、上記したように、渦電流の発生がないため透磁率が飽和磁化に支配されるので、透磁率も高いと言える。 Therefore, according to the magnetic iron ultrafine particles of Examples 1 to 4 of the present invention, the saturation magnetization, residual magnetization, coercive magnetic force is high, and high oxidation resistance. In particular, magnetic iron ultrafine particles of Examples 2 and 4 of the present invention, the saturation magnetization, residual magnetization, coercive magnetic force is remarkably high, very high oxidation resistance. In the magnetic iron ultrafine particles of Examples 1 to 4 of the present invention, as described above, since the eddy current is not generated and the magnetic permeability is governed by the saturation magnetization, it can be said that the magnetic permeability is also high.
[実施例5:複合材料]
本発明の実施例5の複合材料は、超微粒子核と該超微粒子核を被覆する珪素酸化物層からなる本発明の実施例4の磁性鉄超微粒子の表面に樹脂を被覆させた粒子を加圧中で加熱して成形した成型品である。かかる磁性鉄超微粒子は、鉄を主成分とする球状超微粒子核と前記超微粒子核の表面に形成された鉄酸化物層と前記表面鉄酸化物層を被覆する珪素酸化物層からなる磁性鉄超微粒子を水素ガスを含む雰囲気中で400℃以上600℃以下で熱処理して得られたものである。
[Example 5: Composite material]
In the composite material of Example 5 of the present invention, the surface of the magnetic iron ultrafine particles of Example 4 of the present invention consisting of ultrafine particle nuclei and a silicon oxide layer covering the ultrafine particle nuclei was added with resin. It is a molded product formed by heating in pressure. Such magnetic iron ultrafine particles include magnetic iron comprising spherical ultrafine particle nuclei containing iron as a main component, an iron oxide layer formed on the surface of the ultrafine particle nuclei, and a silicon oxide layer covering the surface iron oxide layer. It is obtained by heat treating ultrafine particles at 400 ° C. or more and 600 ° C. or less in an atmosphere containing hydrogen gas.
本発明の実施例4の平均粒子径が30nmである球状の磁性鉄超微粒子0.5gを含む、純水118g、アンモニア18g、エタノール160g、で構成される溶液に、3‐メタクリロキシプロピルトリエトキシシランを0.094g添加して、ジルコニアボールを使用した遊星ボールミルで85℃に設定して30分間処理した。エタノールで3回洗浄して50℃で真空乾燥した。さらに得た超微粒子3.0gにエタノール100gを添加し、さらに開始剤としてアドビゾベンゾニトリル0.6g、MMAを4.5g添加し、350rpm、65℃の条件で、窒素気流中で24時間撹拌した。50℃真空中で乾燥してシランカップリング剤で表面を疎水化処理し、さらにメタクリル樹脂のモノマーであるMMAをグラフト重合し、メタクリル樹脂を被覆させた粒子を得た。得られた粒子を150℃、100MPaで一軸加圧成形して樹脂との複合材料である本発明の実施例5の複合材料を得た。 To a solution composed of 118 g of pure water, 18 g of ammonia, and 160 g of ethanol containing 0.5 g of spherical magnetic iron ultrafine particles having an average particle diameter of 30 nm in Example 4 of the present invention, 3-methacryloxypropyltriethoxy 0.094 g of silane was added, and the mixture was treated for 30 minutes at 85 ° C. with a planetary ball mill using zirconia balls. Washed 3 times with ethanol and dried in vacuum at 50 ° C. Furthermore, 100 g of ethanol was added to 3.0 g of the ultrafine particles obtained, and 0.6 g of adzobenzonitrile and 4.5 g of MMA were added as initiators, followed by stirring in a nitrogen stream at 350 rpm and 65 ° C. for 24 hours. did. After drying in vacuum at 50 ° C., the surface was hydrophobized with a silane coupling agent, and MMA, which is a monomer of methacrylic resin, was graft-polymerized to obtain particles coated with methacrylic resin. The obtained particles were uniaxially pressed at 150 ° C. and 100 MPa to obtain a composite material of Example 5 of the present invention which is a composite material with a resin.
[実施例6〜8:複合材料]
本発明の実施例6の複合材料は、実施例5の複合材料と同一方法でメタクリル樹脂を被覆させた粒子を得て、得られた粒子50体積部にメタクリル樹脂50体積部を添加し、スクリュー式のエクストルーダーを用いて厚さ0.5mmのフィルムを成形して作製した。本発明の実施例6の複合材料は、磁性鉄超微粒子と樹脂との複合材料である。本発明の実施例7の複合材料は、得られた粒子30体積部にメタクリル樹脂70体積部を添加すること以外、本発明の実施例6の複合材料と同様に作製した。本発明の実施例8の複合材料は、得られた粒子10体積部にメタクリル樹脂90体積部を添加すること以外、本発明の実施例6の複合材料と同様に作製した。
[Examples 6 to 8: Composite material]
In the composite material of Example 6 of the present invention, particles coated with methacrylic resin were obtained by the same method as the composite material of Example 5, and 50 parts by volume of methacrylic resin was added to 50 parts by volume of the obtained particles. A film having a thickness of 0.5 mm was formed by using a formula extruder. The composite material of Example 6 of the present invention is a composite material of magnetic iron ultrafine particles and a resin. The composite material of Example 7 of the present invention was produced in the same manner as the composite material of Example 6 of the present invention, except that 70 parts by volume of methacrylic resin was added to 30 parts by volume of the obtained particles. The composite material of Example 8 of the present invention was produced in the same manner as the composite material of Example 6 of the present invention, except that 90 parts by volume of methacrylic resin was added to 10 parts by volume of the obtained particles.
[比較例3〜5:複合材料]
比較例3の複合材料は、磁性鉄粒子と樹脂との複合材料である。まず、針状フェライト粒子を、体積比で、H2:NH3=7:3の割合である混合ガスを使用して、500℃、1時間保持後、700℃、1時間保持して、平均粒子径1.5μmの鉄粒子を作成した。ナノサイズの粒子では、樹脂との複合化処理を行うと酸化して燃えてしまうため、複合材料の作製自体できなかった。X線回折によれば、かかる鉄粒子は、わずかに窒化鉄を含有していた。この窒化鉄は鉄粒子の外表面に形成され、耐酸化保護膜として寄与している。次に、かかる鉄粒子50体積部にメタクリル酸樹脂50体積部を添加し、スクリュー式のエクストルーダーを用いて厚さ0.5mmのフィルムを成形して、樹脂との複合材料である比較例3の複合材料とした。比較例4の複合材料は、かかる鉄粒子30体積部にメタクリル酸樹脂70体積部を添加すること以外、比較例3の複合材料と同様に作製した。比較例5の複合材料は、かかる鉄粒子10体積部にメタクリル酸樹脂90体積部を添加すること以外、比較例3の複合材料と同様に作製した。
[Comparative Examples 3 to 5: Composite Material]
The composite material of Comparative Example 3 is a composite material of magnetic iron particles and resin. First, acicular ferrite particles are kept at 500 ° C. for 1 hour and then at 700 ° C. for 1 hour using a mixed gas having a volume ratio of H 2 : NH 3 = 7: 3. Iron particles having a particle diameter of 1.5 μm were prepared. When nano-sized particles are combined with a resin, they are oxidized and burned, so that the composite material itself cannot be produced. According to X-ray diffraction, the iron particles contained a slight amount of iron nitride. This iron nitride is formed on the outer surface of the iron particles and contributes as an oxidation-resistant protective film. Next, Comparative Example 3 which is a composite material with resin by adding 50 parts by volume of methacrylic acid resin to 50 parts by volume of the iron particles and forming a film having a thickness of 0.5 mm using a screw type extruder. It was set as the composite material. The composite material of Comparative Example 4 was produced in the same manner as the composite material of Comparative Example 3 except that 70 parts by volume of methacrylic acid resin was added to 30 parts by volume of the iron particles. The composite material of Comparative Example 5 was produced in the same manner as the composite material of Comparative Example 3, except that 90 parts by volume of methacrylic acid resin was added to 10 parts by volume of the iron particles.
[実験結果:実施例5〜8及び比較例3〜5の複合材料]
本発明の実施例5〜8の複合材料及び比較例3〜5の複合材料について、それぞれ、任意の断面をSEM観察し亀裂やポアーの有無、さらに磁性粒子の均一分散性など微細組織上の問題点を比較した。さらに、得られたSEM像を画像解析する方法で、鉄粉の面積占有率を測定し、粒子濃度(体積%)を評価した。また、得られたシート状の複合材料について、四端子法による比抵抗測定、さらには、自由空間法による電磁波吸収特性を1GHz〜20GHzの周波数帯域における減衰量を測定した。得られた結果をまとめて表2に示した。
[Experimental results: composite materials of Examples 5 to 8 and Comparative Examples 3 to 5]
Regarding the composite materials of Examples 5 to 8 of the present invention and the composite materials of Comparative Examples 3 to 5, each cross section was observed with an SEM, and the presence or absence of cracks and pores, as well as problems in the fine structure such as the uniform dispersibility of the magnetic particles The points were compared. Furthermore, the area occupancy of the iron powder was measured by a method of image analysis of the obtained SEM image, and the particle concentration (volume%) was evaluated. The obtained sheet-like composite material was measured for specific resistance by a four-terminal method, and further by measuring the attenuation in an electromagnetic wave absorption characteristic by a free space method in a frequency band of 1 GHz to 20 GHz. The results obtained are summarized in Table 2.
なお、表2において、SEM観察微構造欄における記号は、
ポアー:○ ポアーなし、× ポアーあり
キレツ:○ キレツなし、△ わずかに微細キレツあり、× 構造体が破損
均一分散:○ 高度な分散、△ わずかに凝集、× 高度に凝集
を意味する。
In Table 2, symbols in the SEM observation microstructure column are
Pore: ○ No pore, × Pore with sharpness: ○ Without crease, Δ Slightly fine crease, × Dispersed and uniformly dispersed structure: ○ Highly dispersed, Δ Slightly agglomerated, × Highly agglomerated.
本発明の実施例5の複合材料は、高い比抵抗を維持したまま、鉄超微粒子が均一に分散しており、なおかつ亀裂やポアーを含まず、50体積%という高粒子濃度で鉄ナノ粒子を含有している。電磁波吸収特性にも極めて優れていた。珪素酸化物を被覆した鉄超微粒子に均一に樹脂のモノマーが吸着、重合され、加熱中、一軸加圧するステップで吸着したポリマーが溶融して、ポアーに充填されたものである。 In the composite material of Example 5 of the present invention, the iron ultrafine particles are uniformly dispersed while maintaining a high specific resistance, and no iron or nanoparticles are contained at a high particle concentration of 50% by volume without cracks and pores. Contains. The electromagnetic wave absorption characteristics were also excellent. Resin monomers are uniformly adsorbed and polymerized on iron ultrafine particles coated with silicon oxide, and the polymer adsorbed in the step of uniaxial pressing during heating is melted and filled in the pores.
本発明の実施例4の磁性鉄超微粒子に代表される本発明の磁性鉄超微粒子は、珪素酸化物で被覆されており、実施例6〜8の複合材料に示すように、従来から広く使用されているエクストルーダーなどを用いても成形可能である。かかる方法では、実施例6の複合材料の結果で分かる通り、実施例5の複合材料の手法よりポアーや亀裂の有無の点ではやや劣るが、表面改質されているため、高い比抵抗を維持したまま、高粒子濃度で均一に磁性鉄超微粒子を分散させた複合材料を得ることができる。また、実施例7、8の複合材料の結果で分かる通り、低・中程度の粒子濃度であれば、高い比抵抗を維持したまま、鉄超微粒子が均一に分散しており、なおかつ亀裂やポアーを含まず、また絶縁性や電磁波吸収特性も良いものを得られる。実施例6〜8の複合材料では、磁性鉄超微粒子は、樹脂のモノマーを吸着、重合したことにより、添加する樹脂とのぬれ性が良いため、磁性鉄超微粒子が均一に分散した。本発明の実施例5、7、8の複合材料はいずれも四端子法では比抵抗測定が困難で、ほとんど絶縁体であった。 The magnetic iron ultrafine particles of the present invention represented by the magnetic iron ultrafine particles of Example 4 of the present invention are coated with silicon oxide and have been widely used in the past as shown in the composite materials of Examples 6-8. It can also be molded using a conventional extruder. As can be seen from the result of the composite material of Example 6, this method is slightly inferior in terms of the presence or absence of pores and cracks compared to the method of the composite material of Example 5, but maintains a high specific resistance because of the surface modification. Thus, a composite material in which magnetic iron ultrafine particles are uniformly dispersed at a high particle concentration can be obtained. Further, as can be seen from the results of the composite materials of Examples 7 and 8, if the particle concentration is low or medium, the ultrafine iron particles are uniformly dispersed while maintaining a high specific resistance, and cracks and pores are maintained. In addition, a material having good insulation and electromagnetic wave absorption characteristics can be obtained. In the composite materials of Examples 6 to 8, the magnetic iron ultrafine particles were uniformly dispersed because the magnetic iron ultrafine particles adsorbed and polymerized the resin monomer and had good wettability with the resin to be added. The composite materials of Examples 5, 7, and 8 of the present invention were almost insulators because it was difficult to measure specific resistance by the four probe method.
一方、本発明の実施例6〜8の複合材料と比較例3〜5の複合材料の結果から、ミクロン粒子に樹脂を添加して成形した複合材料では、ナノ粒子に樹脂を添加して成形した複合材料と比較して、同じ粒子濃度でも鉄粒子の均一分散性が悪かった。また、中程度の粒子濃度でもポアーや亀裂が発生し、絶縁性や電磁波吸収特性も悪かった。比較例3の複合材料で示す手法で、磁性鉄超微粒子と樹脂との複合材料を試作すると、プロセス上で著しく酸化が進展する。そのため、比較実験には、ナノ粒子でなくミクロン粒子を用いた。比較例3〜5の複合材料では、鉄粒子はシリカ被覆がされていないので、お互いに接触しやすく、均一分散性に劣るため、鉄粒子同士が接触し、本発明の実施例5、7、8の複合材料に比較して比抵抗が小さかった。ミクロン粒子では、比抵抗の点からみると、粒子濃度が10vol%以下が限度である。比較例3の複合材料では高周波帯域で渦電流が発生し、吸収特性における減衰量が著しく小さくなった。比較例4、5では、渦電流は少ないが、吸収特性における減衰量は著しく小さかった。一方、本発明の実施例5、7、8の複合材料では大きな減衰量を示した。特に本発明の実施例5の複合材料で減衰量が大きかった。 On the other hand, from the results of the composite materials of Examples 6 to 8 of the present invention and the composite materials of Comparative Examples 3 to 5, the composite material formed by adding resin to micron particles was formed by adding resin to nanoparticles. Compared with the composite material, the uniform dispersibility of the iron particles was poor even at the same particle concentration. In addition, pores and cracks were generated even at a medium particle concentration, and the insulation and electromagnetic wave absorption characteristics were poor. When a composite material of magnetic iron ultrafine particles and a resin is prototyped by the method shown in the composite material of Comparative Example 3, oxidation progresses significantly in the process. Therefore, the comparative experiment used micron particles instead of nanoparticles. In the composite materials of Comparative Examples 3 to 5, since the iron particles are not coated with silica, the iron particles are easily in contact with each other and inferior in uniform dispersibility, so that the iron particles are in contact with each other. Compared with the composite material of 8, the specific resistance was small. In the case of micron particles, the particle concentration is 10 vol% or less in terms of specific resistance. In the composite material of Comparative Example 3, eddy current was generated in the high frequency band, and the attenuation in the absorption characteristics was remarkably reduced. In Comparative Examples 4 and 5, the eddy current was small, but the attenuation in the absorption characteristics was remarkably small. On the other hand, the composite materials of Examples 5, 7, and 8 of the present invention showed a large attenuation. In particular, the amount of attenuation was large in the composite material of Example 5 of the present invention.
したがって、本発明の実施例5、7、8の複合材料によれば、磁気的特性に優れ、また電磁波吸収効果が高い。本発明の実施例5に示した本発明の複合材料の製造方法によれば、樹脂中に磁気的特性の高い磁性金属微粒子を、極めて高粒子濃度で、高い比抵抗を維持した状態で、しかも亀裂もポアーもなく、分散させることができる。本発明の実施例6〜8に示した本発明の複合材料の製造方法によれば、高い比抵抗を維持したまま、樹脂中に磁気的特性の高い磁性金属微粒子を、均一に分散させることができる。中・低粒子濃度では、さらに、亀裂もポアーもなく分散させることができ、電磁波吸収特性も良い。 Therefore, according to the composite materials of Examples 5, 7, and 8 of the present invention, the magnetic properties are excellent and the electromagnetic wave absorption effect is high. According to the method for producing the composite material of the present invention shown in Example 5 of the present invention, the magnetic metal fine particles having high magnetic properties in the resin are maintained in a state of maintaining a high specific resistance at an extremely high particle concentration. It can be dispersed without cracks or pores. According to the composite material manufacturing method of the present invention shown in Examples 6 to 8 of the present invention, magnetic metal fine particles having high magnetic properties can be uniformly dispersed in the resin while maintaining a high specific resistance. it can. At medium and low particle concentrations, it can be further dispersed without cracks and pores, and has good electromagnetic wave absorption characteristics.
[実施例9:磁気記録体]
本発明の実施例9の磁気記録体は、超微粒子核と該超微粒子核を被覆する珪素酸化物層からなる本発明の実施例2の磁性鉄超微粒子を含む磁性塗料を塗布して形成した磁性層を含有する。かかる磁性鉄超微粒子は、鉄を主成分とする針状超微粒子核と前記超微粒子核の表面に形成された鉄酸化物層と前記表面鉄酸化物層を被覆する珪素酸化物層からなる磁性鉄超微粒子を水素ガスを含む雰囲気中で400℃以上600℃以下で熱処理して得られたものである。
[Example 9: Magnetic recording body]
The magnetic recording material of Example 9 of the present invention was formed by applying a magnetic coating material including the magnetic iron ultrafine particles of Example 2 of the present invention consisting of ultrafine particle nuclei and a silicon oxide layer covering the ultrafine particle nuclei. Contains a magnetic layer. Such magnetic iron ultrafine particles are composed of acicular ultrafine particle nuclei mainly composed of iron, an iron oxide layer formed on the surface of the ultrafine particle nuclei, and a silicon oxide layer covering the surface iron oxide layer. It is obtained by heat-treating iron ultrafine particles at 400 ° C. or more and 600 ° C. or less in an atmosphere containing hydrogen gas.
本発明の実施例2の磁性鉄超微粒子を100重量部、バインダーとしてポリウレタン樹脂と塩化ビニル樹脂を合わせて20重量部、研磨剤としてアルミナを3重量部、帯電防止剤としてカーボンブラックを2重量部、メチルエチルケトン100重量部、トルエン100重量部、シクロヘキサノン50重量部、オレイン酸1重量部を混練、分散させることで磁性塗料を調整し、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上に強磁場中で、針状鉄超微粒子を一方向に配向させて塗布・乾燥することで磁性層を作成する。本発明の実施例9の磁気記録体の磁性層は優れた耐酸化性を有するので、本発明の実施例9の磁気記録体は、特性劣化の極めて少ない磁気記録体として有効である。 100 parts by weight of magnetic iron ultrafine particles of Example 2 of the present invention, 20 parts by weight of polyurethane resin and vinyl chloride resin combined as binder, 3 parts by weight of alumina as abrasive, and 2 parts by weight of carbon black as antistatic agent , 100 parts by weight of methyl ethyl ketone, 100 parts by weight of toluene, 50 parts by weight of cyclohexanone, and 1 part by weight of oleic acid were mixed and dispersed to prepare a magnetic coating material. A magnetic layer is formed by orienting ultrafine particles in one direction and applying and drying. Since the magnetic layer of the magnetic recording material of Example 9 of the present invention has excellent oxidation resistance, the magnetic recording material of Example 9 of the present invention is effective as a magnetic recording material with very little characteristic deterioration.
したがって、本発明の実施例9の磁気記録体によれば、磁気的特性に優れ高密度記録化を可能とする。 Therefore, according to the magnetic recording medium of Example 9 of the present invention, it is excellent in magnetic characteristics and enables high density recording.
[実施例10:生体物質抽出用担体]
本発明の実施例10の生体物質抽出用担体は、超微粒子核と該超微粒子核を被覆する珪素酸化物層からなる本発明の実施例4の磁性鉄超微粒子を含有し、核酸を抽出するものである。かかる磁性鉄超微粒子は、鉄を主成分とする球状超微粒子核と前記超微粒子核の表面に形成された鉄酸化物層と前記表面鉄酸化物層を被覆する珪素酸化物層からなる磁性鉄超微粒子を水素ガスを含む雰囲気中で400℃以上600℃以下で熱処理して得られたものである。本発明の実施例10の生体物質抽出用担体は、次のように核酸を抽出する。
[Example 10: Carrier for extracting biological material]
The biological material extraction carrier of Example 10 of the present invention contains the magnetic iron ultrafine particles of Example 4 of the present invention consisting of ultrafine particle nuclei and a silicon oxide layer covering the ultrafine particle nuclei, and extracts nucleic acids. Is. Such magnetic iron ultrafine particles include magnetic iron comprising spherical ultrafine particle nuclei containing iron as a main component, an iron oxide layer formed on the surface of the ultrafine particle nuclei, and a silicon oxide layer covering the surface iron oxide layer. It is obtained by heat treating ultrafine particles at 400 ° C. or more and 600 ° C. or less in an atmosphere containing hydrogen gas. The biological material extraction carrier of Example 10 of the present invention extracts nucleic acids as follows.
まず、本発明の実施例4の磁性鉄超微粒子からなる本発明の実施例10の生体物質抽出用担体を、グアニジン酸、イソチオシアン酸ナトリウム、ヨウ化カリウム、尿素、過酸化塩酸ナトリウム、過酸化クロム酸ナトリウムなどの核酸抽出用溶液中で、核酸含有材料を接触させることにより、核酸を表面の珪素酸化物に結合させる。 First, the biological material extraction carrier of Example 10 of the present invention consisting of magnetic iron ultrafine particles of Example 4 of the present invention was used as a guanidine acid, sodium isothiocyanate, potassium iodide, urea, sodium peroxide hydrochloride, chromium peroxide. The nucleic acid is bound to the silicon oxide on the surface by contacting the nucleic acid-containing material in a solution for nucleic acid extraction such as sodium acid.
次に、核酸が結合した珪素酸化物で被覆された磁性鉄超微粒子を磁気によって核酸抽出用溶液から分離させる。 Next, the magnetic iron ultrafine particles coated with silicon oxide to which nucleic acids are bound are separated from the nucleic acid extraction solution by magnetism.
その後、珪素酸化物で被覆された磁性鉄超微粒子からトリス緩衝液、リン酸緩衝液などの解離用溶液中で核酸を解離する。 Thereafter, the nucleic acid is dissociated from the magnetic iron ultrafine particles coated with silicon oxide in a dissociation solution such as Tris buffer or phosphate buffer.
以上のようにして、単離された核酸は純度の高いものであるため、そのままの状態で核酸増幅をはじめとする遺伝子解析などの医療分野に使用することができる。本発明の実施例10の生体物質抽出用担体は、超微粒子であり磁気特性に優れているため、核酸を高精度に分離できる。 As described above, since the isolated nucleic acid has high purity, it can be used as it is in the medical field such as gene analysis including nucleic acid amplification. Since the biological substance extraction carrier of Example 10 of the present invention is an ultrafine particle and has excellent magnetic properties, it can separate nucleic acids with high accuracy.
したがって、本発明の実施例10の生体物質抽出用担体によれば、磁気的特性に優れ核酸磁気分離操作を短時間で行うことを可能とする。 Therefore, according to the biological substance extraction carrier of Example 10 of the present invention, the nucleic acid magnetic separation operation can be performed in a short time with excellent magnetic properties.
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、その発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々と変形実施が可能である。また、上記各実施の形態の構成要素を発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に組み合わせることができる。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. In addition, the constituent elements of the above embodiments can be arbitrarily combined without departing from the spirit of the invention.
1 鉄を主成分とした超微粒子核
2 鉄酸化物層
3 珪素酸化物層
1 Ultrafine particle nucleus mainly composed of iron 2 Iron oxide layer 3 Silicon oxide layer
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