(57)【要約】      （修正有）【課題】コア損失がごくわずかである又は実質的にない軟磁性部材を製造するための、向上したグリーン強度、高い温度許容度及び良好な機械的特性を有する磁性粉末を提供する。【解決手段】２００ｎｍ未満の粒度を有する超常磁性コア−シェルナノ粒子を含む磁気コアであって、コアが鉄−コバルト三元合金であり、シェルがケイ素酸化物である磁気コアが提供される。当該磁気コアは、二酸化ケイ素シェルにより直接結合した鉄−コバルト三元合金の超常磁性コア粒子のモノリシック構造体である。ナノ粒子の超常磁性状態の維持を可能にする磁気コアの製造方法も提供される。当該磁気コアは、ヒステリシス又は渦電流によるコア損失がほとんどない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２〜２００ｎｍの粒度を有するコア−シェルナノ粒子を含む磁気コアであって、
前記コアが鉄−コバルト三元合金であり、前記シェルがケイ素酸化物であり、
前記三元合金の第３成分は、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、ニッケル、銅及び亜鉛から成る群から選択される遷移金属であり、
当該磁気コアは、シリカマトリックスを形成しているケイ素酸化物シェルにより直接結合した鉄−コバルト三元合金の超常磁性コア粒子のモノリシック構造体である磁気コア。
【請求項２】
個々の超常磁性ナノ鉄−コバルト三元合金粒子の間の空間が実質的にケイ素酸化物のみにより占められている、請求項１に記載の磁気コア。
【請求項３】
前記鉄−コバルト三元合金が鉄−コバルト−バナジウム合金である、請求項１に記載の磁気コア。
【請求項４】
前記鉄−コバルト三元合金が鉄−コバルト−クロム合金である、請求項１に記載のコア−シェルナノ粒子。
【請求項５】
前記ケイ素酸化物が二酸化ケイ素である、請求項１に記載の磁気コア。
【請求項６】
前記鉄−コバルト三元合金粒子間の空間の少なくとも９７体積％が二酸化ケイ素により占められている、請求項５に記載の磁気コア。
【請求項７】
ＸＲＤにより測定した場合の平均ナノ粒子粒度が２００ｎｍ未満である、請求項５に記載の磁気コア。
【請求項８】
モノリシックな磁気コアの製造方法であって、
前記磁気コアは２〜２００ｎｍの粒度を有する超常磁性コア−シェル粒子を含み、前記コアが超常磁性鉄−コバルト三元合金から成り、前記シェルが二酸化ケイ素から成り、
前記三元合金の第３成分は、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、ニッケル、銅及び亜鉛から成る群から選択される遷移金属であり、
当該方法は、超常磁性コア−シェル粒子を不活性ガス流下、加熱及び加圧下で焼成してモノリシックな構造体を得ることを含み、
前記コア−シェル粒子のコアは超常磁性鉄−コバルト三元合金から成り、前記シェルが二酸化ケイ素マトリックスからなる、モノリシックな磁気コアの製造方法。
【請求項９】
前記粒度が２〜１６０ｎｍである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１に記載のコア構造体を含む、電磁変換装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電磁変換装置を含む自動車部品であって、当該部品は、モーター、発電機、変圧器、インダクタ及び交流発電機から成る群から選ばれる自動車部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願へのクロスレファレンス
本明細書に記載の発明に関連する本発明者による発明が２０１２年６月２１日に出願された米国特許出願第１３／５２９，３１６号及び２０１２年６月２６日に出願された米国特許出願第１３／５５８，３９７号に開示されている。
発明の背景
発明の属する技術分野
本発明は、磁気コアであって、当該磁気コアを、例えばステーター、ローター、アーマチュア及びアクチュエータなどの発電部、又は効率的な磁気コア、すなわち磁気ヒステリシスがごくわずかであり渦電流を全く若しくはほとんど形成しない磁気コアにその機能が依存する任意の装置における用途に対して特に好適なものにする性能及び安定性を有する磁気コアに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性材料は、一般的に、永久的に磁化し得る磁気的に硬い物質、又は低い印可磁場で磁性を発現し得る軟磁性材料として表される２つの部類に分類される。軟磁性材料では、通常「コア損失」と呼ばれるエネルギー損失が最低限に抑えられることが重要であるのに対し、硬磁性材料では、磁化の変化に抵抗することが好ましい。高いコア損失は、従って、永久磁性材料の特徴であり、軟磁性材料では望ましくない。
【０００３】
軟磁性コアコンポーネントは、電磁変換装置、例えばモーター、発電機及び変圧器並びに交流発電機など、特に自動車エンジンにあるものでしばしば使用される。軟磁性コアコンポーネントの最も重要な特性は、それらの最大誘導、透磁率、及びコア損失特性である。磁性材料が急速に変化する磁場にさらされた場合、結果として、コア材料においてエネルギー損失が生じる。それらのコア損失は、通常、２つの原理に起因する現象、すなわちヒステリシス損失と渦電流損失に分けられる。ヒステリシス損失は、コアコンポーネント内の保持された磁力に打ち勝つためのエネルギー消費に由来する。渦電流損失は、交流電流（ＡＣ）条件により生じた磁束の変化のためにコアコンポーネント内での誘導電流の発生により生じる。
【０００４】
粉末状磁性材料の使用により、様々な形状及び大きさを有する磁性部材の製造が可能である。しかしながら、従来、圧密化された粉末状磁性材料から製造されたこれらの材料は、直流を必要とする用途での使用に限られていた。交流用途と違って、直流用途は、渦電流を減少させるために磁性材料が互いに絶縁されていることを必要としない。
【０００５】
従来、磁気装置部材は、所定の形状に粉末を圧密化し、次に圧密体を６００℃以上の温度で焼成することによって、粉末から作製された。圧密化の後に部材を焼成することは、粒子と粒子との結合をもたらし、それにより強度をもたらすことで部材における十分な機械的特性を達成するために必要である。しかし、焼成は体積変化をもたらすことがあり、寸法変化の制御が不十分な製造プロセスをもたらす。
【０００６】
渦電流損がわずかである部材を作製することが意図された他の従来の方法では、磁性粒子が、プレス前に熱可塑性材料によりコーティングされる。渦電流損失を減少させるために粒子間にバリヤーとして機能するようにプラスチックが設けられる。しかし、かかるコーティングの費用が比較的高いことに加えて、プラスチックは不十分な機械的強度を有し、その結果、プラスチック被覆粒子を使用して製造された部材は比較的低い機械的強度を有する。さらに、これらのプラスチック被覆粉末の多くは、プレスされる場合に、高レベルのバインダーを必要とする。これは、プレスされたコア部材の密度の低下をもたらし、その結果、透磁率が減少し、誘導が減少する。さらに、及び重要なことに、かかるプラスチックコーティングは典型的には１５０〜２００℃の温度で分解する。そのため、かかる方法で製造された磁性部材は、一般的に、寸法制御が重要でない低応力用途での使用に限られている。
【０００７】
よって、コア損失がごくわずかである又は実質的にない軟磁性部材を製造するための向上したグリーン強度、高い温度許容度及び良好な機械的特性を有する磁性粉末が必要とされている。
【０００８】
従来、軟磁性コア装置の製造のために強磁性粉末が使用されている。かかる粉末は、一般的に、ミクロン単位で測定されるサイズ範囲のものであり、バルク材料の機械的ミリング縮小化により得られる。１００ｎｍ未満の粒度を有する超常磁性ナノ粒子材料は、医用イメージングのためのプローブとして磁気記録材料としての有用性が見出されており、また、治療薬の標的送達のために応用されている。しかし、コア磁気部材の製造のために超常磁性粉末を利用することはこれまで限られてきた。
【０００９】
例えば、Ｔｏｙｏｄａ他（米国特許出願公開第２０１１／０１０４４７６号）には、酸化ケイ素を含む酸化物絶縁コーティングを備えた５〜４００μｍの粒度を有する鉄又は鉄合金粒子を含む軟磁性材料が記載されている。被覆粒子は、非熱可塑性樹脂である有機物と、熱可塑性樹脂及び高級脂肪酸のうちの少なくとも１種と混合されている。混合材料中の有機物の含有量は０．００１〜０．２質量％である。混合材料は、圧縮成形され、次に、非熱可塑性樹脂のガラス転移温度と熱分解温度の間の温度で熱処理にかけられる。成形され熱処理された構造体は、電気及び電子コンポーネント、例えば、モーターコア又は変圧器コアなどとして有用であると示されている。
【００１０】
Ａｎａｎｄ他（米国特許第６，８０８，８０７号）には、強磁性コアをポリオルガノシロキサン又はポリオルガノシランで被覆し、被覆されたコアを熱処理してポリマーをケイ素及び酸素を含む残留物に変換することにより得られた封入された強磁性粉末が記載されている。コア合金は、ケイ素と合金化した鉄、アルミニウムと合金化した鉄、ニッケルと合金化した鉄、コバルトと合金化した鉄、ホウ素と合金化した鉄、リンと合金化した鉄、ジルコニウムと合金化した鉄、ネオジムと合金化した鉄及び炭素と合金化した鉄のいずれであってもよい。２ｍｍ未満の平均直径を有する強磁性コア粒子はこの組成物に対して好適である。複数の粒子を所望の形状に圧密化する。圧密化方法として熱間等方加圧（ｈｏｔ  ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  ｐｒｅｓｓｉｎｇ）が記載されている。
【００１１】
Ｌａｓｈｍｏｒｅ他（米国特許第６，２５１，５１４号）には、約４０〜６００ミクロンの粒子を含む強磁性粉末が記載されている。強磁性材料の例としては、炭素鋼、タングステン鋼、Ｖｉｃａｌｌｏｙ（Ｆｅ／Ｃｏ／Ｖ合金）、及び鉄粉末が挙げられる。粒子は、鉄酸化物と鉄酸素酸塩、例えばクロム酸鉄の組み合わせにより被覆される。圧密化の後にアニーリングを行うことによって軟磁性部材がもたらされる。
【００１２】
Ｇａｙ他（米国特許第６，１９３，９０３号）には、セラミック被覆強磁性粉末が記載されている。粉末は、鉄又は鉄合金であり、粒子上の封入層は、金属酸化物、金属窒化物、金属ケイ酸塩、及び金属リン酸塩などのセラミックの群のうちの１つであることができる。粒度は５〜１０００ミクロンである。コーティングとして好適な大きな群のセラミック材料のうちの１つとしてシリカが掲載されている。粉末を圧密化して磁気製品を製造することができる。圧密化においてポリマー又は滑剤を含めることが記載されており、ユニットは次にアニールされる。
【００１３】
Ｌｉｕ（米国特許第２０１０／００５４９８１号）には、硬磁性材料と軟磁性材料の複合体である磁性ナノ粒子の系が記載されている。例えば、「バイマグネティック（ｂｉｍａｇｎｅｔｉｃ）」なＦｅＰｔ／Ｆｅ３Ｏ４ナノ粒子が記載されている。Ｌｉｕは、バルクなの複合材料磁石を製造するための材料の「温間圧密化（ｗａｒｍ  ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ）」を記載した。
【００１４】
Ｕｅｔａ他（米国特許出願第２００３／００７７４４８号）には、ケイ素を含む様々な酸化物材料のコーティングを有する強磁性原料金属粉末（主として鉄）が記載されている。クレーム１は、シリコーン樹脂と顔料により表面被覆された強磁性粉末を提供する。被覆粒子は１００ミクロン程度の直径を有する。コアを製造するための粉末の温間加圧と、高温でのコアのアニーリングが記載されている。
【００１５】
Ｔｏｋｕｏｋａ他（米国特許第７，６７８，１７４号）には、鉄又は鉄合金コアと、酸化ケイ素を含む酸化物タイプの絶縁コーティングを有する鉄基粉末粒子が記載されている。粒子表面にエステルワックスも加えられる。被覆された粉末粒子は、実施例１（Ｅｘａｍｐｌｅ  １）に記載されているように２００ミクロン程度の大きさを有するものである。潤滑剤含有粉末を加圧成形して成形体を形成し、成形体を熱処理する。
【００１６】
Ｓｏｉｌｅａｕ他（米国特許第４，６０１，７６５号）には、アルカリ金属ケイ酸塩により被覆され、次にシリコーン樹脂ポリマーにより被覆された鉄粉末の圧密化により得られたコアが記載されている。コーティングが適用される鉄粒子は０．００２〜０．００６インチ（５０．８〜１５２．４μｍ）の平均粒度を有する。コアは、２５トン／平方インチ（３．８７５トン／ｃｍ２）超で粉末を圧密化し、次にプレスされたコンポーネントをアニーリングすることにより製造される。
【００１７】
Ｔａｊｉｍａ他（ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．１０，Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２００５）には、ダイ壁面潤滑化（ｄｉｅ  ｗａｌｌ  ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ（ＷＣ−ＤＷＬ））を使用する温間圧密化として記載されている粉末磁性コアを製造するための方法が記載されている。この方法に従って、ホスフェート絶縁材により被覆された鉄粉末を４２３°Ｋで１１７６ＭＰａの圧力下で圧密化してコア型構造体が製造された。
【００１８】
Ｍｏｏｒｈｅａｄ他（米国特許第６，０５１，３２４号）には、二酸化ケイ素を含むガラス、セラミック又はセラミックガラスにより被覆された４４ミクロン未満（３２５メッシュ）の粒度を有する鉄／コバルト／バナジウムの合金の粒子が記載されている。加圧下での焼成による材料の緻密化が記載されており、ディスクを形成するための熱間圧縮も記載されている。温間圧縮下でＳｉＯ２を含むガラスセラミックと金属合金との間での強い結合の形成が開示されている。
【００１９】
Ｎｉｔｔａ他（米国特許第５，３３８，５０８号）には、射出成形に好適な２０ミクロン以下の平均粒径を有する鉄−コバルト−バナジウムタイプの粉末が記載されている。粒子は、溶融合金のアトマイゼーション（ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ）により得られる。Ｎｉｔｔａには、粒子上のＳｉＯ２の膜が望ましい球状の形態の形成を妨げることが記載されている。粒子は、有機バインダーを使用して射出成形される。
【００２０】
Ｍａｍｉｙａ他（特開平０６−３４２７１５号公報）には、粉末をシリコーン樹脂によりコーティングすることにより鉄−コバルト−バナジウム合金粉末の圧縮成形が記載されている。圧縮グリーン体を、その後、熱処理し、この処理の間、樹脂はＳｉＯ２に変換される。合金粉末は、アトマイゼーション法により製造され、５０μｍの平均粒度を有する。
【００２１】
Ｔｓｕｒｕｍａｋｉ他（特開平０３−２９１３３５号公報）（要約書）には、鉄−コバルト−バナジウム合金のアトマイゼーション法により製造された粉末のグリーン圧密体を形成することが記載されている。グリーン体は仮焼され、脱脂され、次に再圧密化され、焼成される。
Ｙａｍａｄａ他（特開平０３−２９１３３５号公報）（要約書）には、ケイ素とアルコキシ機を含む化合物（例えばビニルトリエトキシシラン）による鉄／コバルト／バナジウム粉末の表面処理が記載されている。粒度又は合金粒子の製造方法についての記載はない。熱可塑性樹脂を添加して粉末は成形又は押出され、形成されたグリーン体が脱脂され、焼成される。
【００２２】
Ｐａｒｋ他（Ｊ．Ｐｈｙｓ．：Ｃｏｎｄｅｎｓ．Ｍａｔｔｅｒ  ２０（２００８）  ２０４１０５）には、感温性フェライトのナノ粒子の合成が記載されており、当該フェライトは鉄／カルシウム／ニッケル／亜鉛の合金である。アルカリ性ｐＨでのＴＥＯＳによる処理によりシリカシェルにより粒子が被覆される。磁性流体としての被覆粒子の使用が記載されている。
【００２３】
Ｂｕｍｂ他（Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９，２００８，３３５６０１）には、約２ｎｍのシリカコーティング層中に封入された１０〜４０ｎｍの超常磁性酸化鉄ナノ粒子の合成が記載されている。電力変圧器における有用性が言及されているが、コア構造体の製造についての記載はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／０１０４４７６号
【特許文献２】米国特許第６，８０８，８０７号
【特許文献３】米国特許第６，２５１，５１４号
【特許文献４】米国特許第６，１９３，９０３号
【特許文献５】米国特許第２０１０／００５４９８１号
【特許文献６】米国特許出願第２００３／００７７４４８号
【特許文献７】米国特許第７，６７８，１７４号
【特許文献８】米国特許第４，６０１，７６５号
【特許文献９】米国特許第６，０５１，３２４号
【特許文献１０】米国特許第５，３３８，５０８号
【特許文献１１】特開平０６−３４２７１５号公報
【特許文献１２】特開平０３−２９１３３５号公報
【特許文献１３】特開平０３−２９１３３５号公報
【非特許文献】
【００２５】
【非特許文献１】Ｔａｊｉｍａ他，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．１０，Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２００５
【非特許文献２】Ｐａｒｋ他，Ｊ．Ｐｈｙｓ．：Ｃｏｎｄｅｎｓ．Ｍａｔｔｅｒ  ２０（２００８）  ２０４１０５
【非特許文献３】Ｂｕｍｂ他，Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９，２００８，３３５６０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
上記引用文献のいずれにも、二酸化ケイ素コーティングシェル中に封入されたナノ粒子状の鉄−コバルト三元合金の熱圧縮により作られたモノリシックな磁気コアであって、粒子の密着を促進するために滑剤又は他材料の添加せずに粒子が直接圧密化されたものは開示又は示唆されていない。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明の１つの目的は、コア損失がごくわずかである又は実質的にない軟磁性部材を製造するための磁性粉末であって、向上したグリーン強度、高い温度許容度及び良好な機械的特性を有する磁性粉末を提供することである。
本発明の第２の目的は、コア損失がほとんど又は全くない磁気コアを提供することであり、第３の目的は、コア損失がほとんど又は全くない磁気コア又は成形コア部材の製造方法を提供することである。
【００２８】
これら及び他の目的は本発明により達成され、本発明の第１の実施形態は、
２〜２００ｎｍの粒度を有するコア−シェルナノ粒子を含む磁気コアであって、
コアが鉄−コバルト三元合金であり、シェルがケイ素酸化物であり、
当該磁気コアは、ケイ素酸化物シェルにより直接結合した鉄−コバルト三元合金の超常磁性コア粒子のモノリシック構造体である磁気コアを提供する。
本発明の第２の実施形態において、コアの個々の超常磁性ナノ鉄−コバルト三元合金粒子の間の空間は実質的にケイ素酸化物のみにより占められており、好ましい実施形態において、ケイ素酸化物は二酸化ケイ素である。
【００２９】
本発明に係る１つの好ましい実施形態において、鉄−コバルト三元合金の第３成分は、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、ニッケル、銅及び亜鉛から成る群から選択される。
本発明に係る非常に好ましい一実施形態において、上記の鉄−コバルト三元合金は鉄−コバルト−バナジウム合金である。
本発明に係る非常に好ましい別の実施形態において、上記の鉄−コバルト三元合金は鉄−コバルト−クロム合金である。
【００３０】
さらなる実施形態において、本発明は、２００ｎｍ未満の粒度を有する超常磁性コア−シェル粒子を含み、コアが超常磁性鉄−コバルト三元合金から成り、シェルが二酸化ケイ素から成るモノリシックな磁気コアの製造方法を提供する。当該方法は、２００ｎｍ未満の粒度を有する超常磁性コア−シェル粒子を不活性ガス流下、加圧下で焼成してモノリシックな構造体を得ることを含み、コア−シェル粒子のコアは超常磁性鉄−コバルト三元合金から成り、シェルは二酸化ケイ素から成る。
【００３１】
上の段落は、概略照会のために供したものであって、以下の特許請求の範囲を限定することを意図したものでない。現在のところ好ましい実施形態は、さらなる利点と合わせて、添付の図面と共に以下の詳細な説明を参照することによりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１（ａ）及び（ｂ）は、実施例１で製造したナノ粒子のＴＥＭ画像を示す。
【図２】図２は、実施例２で製造したナノ粒子のＴＥＭ画像を示す。
【図３】図３は、粒度と超常磁性の範囲の一般化した関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
出願人は、コア損失により求められる磁気コア効率を高めるには、磁気コアは、低減された磁気ヒステリシスと低減された渦電流の形成を示さなければならないことを認識した。出願人は、驚くべきことに、シリカシェル中に封入された超常磁性鉄−コバルト三元合金ナノ粒子を製造し、次にそれらのナノ粒子を圧密化し焼成してモノリシックなナノ材料コアにすることによって、得られたコアは、絶縁シリカシェルのために、ヒステリシスが無く（又は非常に小さく）、渦電流の形成が非常に少ないことを見出した。
【００３４】
本発明によれば、鉄−コバルト三元合金ナノ粒子は、鉄−コバルト三元合金の単一の粒子磁気ドメインのサイズを有するものであるか又は鉄−コバルト三元合金のシングル粒子磁気ドメインのサイズに近いサイズを有するものである。理論に束縛されるわけではないが、出願人は、粒子の磁気ドメインの大きさにほぼ近くなるように粒度を制御することは、本発明に従う磁気コアのヒステリシスの低減に寄与する因子であると考える。さらに、コア粒子の周りに絶縁性シリカシェルが存在することは、本発明に係る磁気コアの低い渦電流の形成に寄与する１つの因子である。
【００３５】
シングル粒子ドメインが超常磁性を示す粒度の範囲は粒子の化学的構成についての上限特性（ｕｐｐｅｒ  ｂｏｕｎｄａｒｙ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ）を有することが従来知られている。この現象は、Ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ａｎ  Ｉｎｄｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｂｙ  Ｄｉｅｔｅｒ  Ｖｏｌｌａｔｈ（第１２頁）Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨから複製した図３に示されている。図３によると、特定のサイズ範囲を超えると、ナノ粒子は、強磁性挙動に特徴的な測定時間依存性を示す。この時間依存性を避けるには、超常磁性の範囲内のサイズを有するナノ粒子を製造し維持しなければならない。
【００３６】
従って、本発明の第１の実施形態は、２００ｎｍ未満の粒度を有するコア−シェルナノ粒子を含む磁気コアであって、コアが鉄−コバルト三元合金であり、シェルがケイ素酸化物であり、当該磁気コアがケイ素酸化物シェルにより直接結合した鉄−コバルト三元合金の超常磁性コア粒子のモノリシック構造体である磁気コアである。好ましくは、上記粒度は２〜２００ｎｍであり、より好ましくは２〜１６０ｎｍ、最も好ましくは５〜３０ｎｍである。これらの範囲は全ての部分範囲及びそれらの間の値を含む。
【００３７】
本発明のコアはモノリシックであり、鉄−コバルト三元合金ナノ粒子間の空間がケイ素酸化物により占められている。好ましくは、粒子間の空間の少なくとも９７％、好ましくは９８％、最も好ましくは当該空間の１００％はケイ素酸化物であり、さらに、最も好ましくは、ケイ素酸化物は二酸化ケイ素である。本発明によると、モノリシックコアのマトリックス中には、バインダーも樹脂も含まれない。
【００３８】
本発明に係るモノリシックコアは、２００ｎｍ未満の粒度を有する超常磁性コア−シェル粒子の粉末を不活性ガス流下、加圧下で焼成してモノリシックな構造体を得ることを含み、コア−シェル粒子のコアは超常磁性鉄−コバルト三元合金から成り、シェルは二酸化ケイ素から成る。磁性材料は、その粒度が磁気ドメインサイズに近い又は未満である場合にだけ超常磁性であるため、ナノ粒子コアはできるだけ小さく保たれる必要があり、さもなくば、サンプルは強磁性になり、磁気ヒステリシスを示すことになる。従って、トロイドに機械加工できるのに十分堅牢であるモノリシックなサンプルをもたらす最も穏和な条件が望ましい。なぜなら、より攻撃的な焼成条件は、望ましくない粒子成長を促進し、超常磁性性能の損失をもたらす可能性がある。
【００３９】
本発明を概説したので、例示のためだけにここに示し、特に断らない限り限定を意図しない特定の具体例を参照することにより理解を深めることができる。当業者は、本発明の装置のバッテリーとしての有用性及び本明細書に記載の電解質システムの有用性を理解するであろう。
【実施例】
【００４０】
実施例１：
反応フラスコに１０５０ｍＬのエタノール、２．０５６ｇのＮａＯＨ、及び１４５．１０２ｇの三塩基酸クエン酸ナトリウムを加えた。水酸化ナトリウムが溶解する機会を得た後、反応混合物に２０．９６７ｇの二塩化鉄四水和物、２３．７８６ｇの二塩化コバルト六水和物、及び０．６９５ｇの三塩化バナジウムを溶解させた。
２４．３０１ｇの水素化ホウ素ナトリウムを９００ｍLのエタノールに溶解させた。
次に、水素化ホウ素ナトリウム溶液を反応に加えた。全ての水素化ホウ素ナトリウムを加えた後、反応をさらに１０分間撹拌した。
次に、生成物を、７０％Ｈ２Ｏ／３０％エタノール（体積で）の洗浄液を使用して精製した。
ナノ粒子を２０分間撹拌してナノ粒子を水／トリエチルアミン溶液（１２６０ｍＬのＨ２Ｏ及び３３ｍＬのトリエチルアミン）中に十分に分散させた。次に、３．３ｍＬのテトラエチルオルトシリケートを７８０ｍＬのエタノールに溶解させ、撹拌している反応フラスコに加えた。さらに２０分間撹拌後、永久磁石を使用して生成物を再び集めた。この最終的なコア／シェル生成物をエタノールにより洗浄した。
ナノ粒子のＴＥＭ画像を図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す。これらの画像は、１５０ｎｍ未満のナノ粒子が得られたことを示す。
【００４１】
実施例２：
反応フラスコに１０５０ｍＬのエタノール、１．０ｇのＮａＯＨ、及び１１．９６ｇのテトラブチルアンモニウムクロリドを加えた。水酸化ナトリウムが溶解する機会を得た後、反応混合物に２０．９６７ｇの二塩化鉄四水和物、２３．７８６ｇの二塩化コバルト六水和物、及び０．６９５ｇの三塩化バナジウムを溶解させた。
２４．３０１ｇの水素化ホウ素ナトリウムを９００ｍＬのエタノールに溶解させた。
次に、水素化ホウ素ナトリウム溶液を反応に加えた。全ての水素化ホウ素ナトリウムを加えた後、反応をさらに１０分間撹拌した。
次に、生成物を、７０％Ｈ２Ｏ／３０％エタノール（体積で）の洗浄液を使用して精製した。
ナノ粒子を２０分間撹拌してナノ粒子を水／トリエチルアミン溶液（１２６０ｍＬのＨ２Ｏ及び３３ｍＬのトリエチルアミン）中に十分に分散させた。次に、３．３ｍＬのテトラエチルオルトシリケートを７８０ｍＬのエタノールに溶解させ、撹拌している反応フラスコに加えた。さらに２０分間撹拌後、永久磁石を使用して生成物を再び集めた。この最終的なコア／シェル生成物をエタノールにより洗浄した。
ナノ粒子のＴＥＭ画像を図２に示す。この画像は、約１７５ｎｍ未満のコア／シェルナノ粒子のクラスターが得られたことを示す。クラスターは、３０ｎｍ未満のコア及び厚さが１０ｎｍ未満のシェルを有する磁性ナノ粒子を含んでいた。
【００４２】
トロイド及びインダクタの作製
熱間プレス焼成の生成物はディスクであった。ディスクのサイズは使用したパンチとダイの組のサイズに依存する。ディスクの寸法を本明細書に記載したが、記載したディスクの寸法に限定されず、直径９ｍｍ及び厚さ２．５ｍｍであるディスクを作製した。従来の機械加工技術によりディスクをトロイドに変換した。作製したトロイドに銅エナメル線を手巻きして機能しうるインダクタを作製した。
【図３】
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【図１】
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【図２】
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【外国語明細書】
2014033187000001.pdf