(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄核（１０１）と該鉄核（１０１）の表面を覆う有機成分（１０２）とを有する鉄微粒子原料（１０）を準備する準備工程（１）と、
上記鉄微粒子原料（１０）を水素雰囲気下で熱処理する熱処理工程（２）と、を有しており、
上記熱処理工程（２）における熱処理温度は、１６０℃以上２３０℃以下であることを特徴とする鉄微粒子の製造方法。
【請求項２】
上記熱処理工程（２）における熱処理時の水素流量は、１００ｍｌ／分以上であることを特徴とする請求項１に記載の鉄微粒子の製造方法。
【請求項３】
上記鉄微粒子原料（１０）は、平均粒径１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の鉄微粒子の製造方法。
【請求項４】
上記準備工程（１）において、上記鉄微粒子原料（１０）は、鉄化合物と有機成分とを反応させてなる前駆体を溶媒中にて熱分解することにより合成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鉄微粒子の製造方法。
【請求項５】
鉄核と該鉄核の表面を覆う有機成分とを有しており、
平均粒径が１０ｎｍ以下であり、温度３００Ｋにおける飽和磁化が１８０ｅｍｕ／ｇ以上であることを特徴とする鉄微粒子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄微粒子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、トランス、インダクタ、リアクトル等のコイル部材の磁心などに、各種の磁性材料が用いられている。各種磁性材料のうち、鉄系磁性材料は、他の金属系磁性材料に比べ、飽和磁化が大きく、比較的安価である。そのため、鉄系磁性材料は、磁心材料等として非常に有用である。鉄系磁性材料としては、例えば、鉄核の表面が有機成分により表面修飾されたナノオーダーの粒径を有する鉄微粒子が公知である。
【０００３】
具体的には、例えば、特許文献１には、脂肪族アミンを含む凝集抑制剤中に含まれる酸素含有化合物の割合を０．１モル以下に規制した状態で、液中にて鉄化合物を熱分解することにより、飽和磁化が大きく、有機溶媒への分散性および安定性に優れた鉄微粒子を製造する方法が開示されている。また、当該製造方法により得られた鉄微粒子として、平均粒径５ｎｍであり、かつ、温度５Ｋにおける飽和磁化がＦｅのみの重量換算で１８６ｅｍｕ／ｇである鉄微粒子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３４２３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記鉄微粒子の飽和磁化の値は、飽和磁化が大きくなる低温で測定された値であり、かつ、Ｆｅのみの重量に換算された値である。そのため、有機成分を有する鉄微粒子そのものの飽和磁化の値は、３００Ｋ（室温）では上記値よりも大幅に低下すると考えられる。
【０００６】
なお、上記製造方法以外にも、例えば、液中にて塩化鉄を還元することにより、鉄微粒子を得る方法もある。しかし、当該製造方法は、粒径が細かくなるにつれ、３００Ｋにおける飽和磁化が低下しやすくなるという欠点を有している。
【０００７】
本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、３００Ｋ（室温）で飽和磁化が大きい鉄微粒子を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、鉄核と該鉄核の表面を覆う有機成分とを有する鉄微粒子原料を準備する準備工程と、
上記鉄微粒子原料を水素雰囲気下で熱処理する熱処理工程と、を有しており、
上記熱処理工程（２）における熱処理温度は、１６０℃以上２３０℃以下であることを特徴とする鉄微粒子の製造方法にある。
【０００９】
本発明の他の態様は、鉄核と該鉄核の表面を覆う有機成分とを有しており、
平均粒径が１０ｎｍ以下であり、温度３００Ｋにおける飽和磁化が１８０ｅｍｕ／ｇ以上であることを特徴とする鉄微粒子にある。
【発明の効果】
【００１０】
上記鉄微粒子の製造方法は、上記準備工程と、上記熱処理工程とを有している。そのため、熱処理工程において、鉄微粒子原料が水素雰囲気下で熱処理されることにより、鉄核に水素が作用する。これにより、鉄核に生じていた歪が緩和され、鉄核の結晶性が向上する。なお、上記歪は、準備された鉄微粒子原料の鉄核に含まれているＯ、Ｃ等の不純物や、有機成分による表面効果等によるものと推察される。また、上記歪の緩和は、鉄核に水素が作用することにより、鉄核中の不純物が水素と反応して減少するためであると推察される。上記の結果、３００Ｋ（室温）における飽和磁化が大きく向上された鉄微粒子が得られる。なお、上記熱処理工程は、比較的低温で実施することができる。そのため、上記鉄微粒子の製造方法は、熱処理による鉄核の粒成長を抑制することができる。
【００１１】
よって、上記鉄微粒子の製造方法によれば、上記熱処理工程を行うことなく鉄微粒子を製造する製造方法に比べ、３００Ｋ（室温）における飽和磁化が大きい鉄微粒子を得ることができる。
【００１２】
上記鉄微粒子は、上記鉄微粒子の製造方法を実施することにより好適に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例の鉄微粒子の製造方法における各工程の流れを説明するための説明図である。
【図２】実施例の鉄微粒子の製造方法の準備工程において準備される鉄微粒子原料の粒子構造を模式的に説明するための説明図である。
【図３】実験例における各試料の鉄微粒子のＸＲＤ回折結果である。
【図４】実験例における各試料の鉄微粒子の温度３００Ｋにおける磁化曲線である。
【図５】実験例における試料１Ｃ（鉄微粒子原料）の透過型電子顕微鏡写真である。
【図６】実験例における試料１の透過型電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
上記鉄微粒子の製造方法において、準備工程では、鉄核と鉄核の表面を覆う有機成分とを有する鉄微粒子原料が準備される。つまり、準備工程では、有機成分により表面修飾された鉄核より構成される鉄微粒子原料が準備される。鉄微粒子原料における鉄核は、具体的には、Ｆｅを主成分とする粒状部分であり、Ｏ、Ｃ等の不純物を含み得る。なお、「Ｆｅを主成分とする」とは、８５質量％以上がＦｅであることを意味する。一方、鉄微粒子原料における有機成分は、鉄核の凝集を抑制する役割を有するものである。有機成分としては、例えば、オレイルアミンなどの脂肪族アミンなどを例示することができる。なお、有機成分は、１種または２種以上併用されていてもよい。
【００１５】
上記鉄微粒子原料は、平均粒径が１０ｎｍ以下であるとよい。この場合には、単磁区構造をとる鉄微粒子が得られやすくなる。そのため、この場合には、例えば、ヒステリシス損失が低減された磁心等を実現しやすくなる。なお、上記平均粒径は、鉄微粒子原料を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて観察し、得られたＴＥＭ像を画像処理し、任意の３０個の鉄核について測定された各粒径値の平均値である。
【００１６】
鉄微粒子原料の平均粒径は、軟磁性特性の向上、コイル部材の磁心に適用した場合の高周波駆動化の促進等の観点から、好ましくは、９．５ｎｍ以下、より好ましくは、９ｎｍ以下、さらに好ましくは、８．５ｎｍ以下、さらにより好ましくは、８ｎｍ以下、さらにより一層好ましくは、８ｎｍ未満とすることができる。なお、鉄微粒子原料の平均粒径は、製造性、鉄核の酸化抑制等の観点から、好ましくは、０．５ｎｍ以上、より好ましくは１ｎｍ以上、さらに好ましくは１．５ｎｍ以上、さらにより好ましくは、２ｎｍ以上とすることができる。
【００１７】
準備工程において、鉄微粒子原料は、具体的には、鉄化合物と有機成分とを反応させてなる前駆体を溶媒中にて熱分解することなどによって合成することができる。この場合には、鉄化合物が熱分解されて生成した鉄核の表面が有機成分により覆われた鉄微粒子原料を比較的簡単に準備することができる。
【００１８】
なお、鉄微粒子原料の液相プロセスによる合成は、生成した鉄核が酸化しないように酸素、水分等の成分が少ないＡｒガス雰囲気等の不活性ガス雰囲気下にて実施することが好ましい。また、合成された鉄微粒子原料は、例えば、磁石により回収したり、合成後の液中に極性溶媒を添加することにより回収したりすることができる。なお、液相プロセスを利用して鉄微粒子原料が合成された場合、次工程の熱処理工程の妨げにならない範囲内であれば、回収された鉄微粒子原料に合成時に用いた液体が付着していてもよい。
【００１９】
準備工程は、液中にて合成された鉄微粒子原料を回収した後、回収された鉄微粒子原料を減圧雰囲気下に存在させ、付着した液体を取り除き乾燥させる手順を含むことができる。
【００２０】
上記鉄微粒子の製造方法において、熱処理工程では、準備工程で準備された鉄微粒子原料が水素雰囲気下で熱処理される。具体的には、熱処理工程では、鉄微粒子原料に対して水素供給源から水素ガスを供給することにより、常圧の水素雰囲気とし、当該水素雰囲気下で熱処理を実施することができる。
【００２１】
熱処理工程における熱処理時の水素流量は、鉄核の結晶性を安定して向上させやすくなる、生産性の確保等の観点から、好ましくは、１００ｍｌ／分以上、より好ましくは、２００ｍｌ／分以上、さらに好ましくは、３００ｍｌ／分以上とすることができる。なお、熱処理工程における熱処理時の水素流量を過度に多くすると、鉄核に接触しない水素ガスが増え、その分、供給する水素ガスが無駄になり、製造コストの増加を招く。よって、熱処理工程における熱処理時の水素流量は、好ましくは、１ｌ／分以下であるとよい。
【００２２】
上記鉄微粒子の製造方法において、熱処理工程における熱処理温度は、２３０℃以下とされる。この構成によれば、熱処理工程における熱処理によって隣接する鉄核同士が結合して鉄核が粒成長するのを抑制しやすい。よって、この構成によれば、準備工程で準備された鉄微粒子原料の鉄核と同等の粒径を有したまま、３００Ｋにおける飽和磁化が大きい鉄微粒子を得ることができる。
【００２３】
熱処理工程における熱処理温度は、鉄核の粒成長の抑制効果を確実なものとする観点から、好ましくは、２２０℃以下、より好ましくは、２１０℃以下、さらに好ましくは、２０５℃以下、さらにより好ましくは、２００℃以下とすることができる。熱処理工程における熱処理温度は、水素処理による鉄核の結晶化を促進させるなどの観点から、１６０℃以上とされる。熱処理工程における熱処理温度は、好ましくは、１６５℃以上、より好ましくは、１７０℃以上とすることができる。なお、熱処理工程における熱処理時間は、例えば、１〜１２時間程度、好ましくは、３〜８時間程度とすることができる。
【００２４】
上記鉄微粒子は、平均粒径が１０ｎｍ以下である。なお、上記平均粒径は、鉄微粒子を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて観察し、得られたＴＥＭ像を画像処理し、任意の３０個の鉄核について測定された各粒径値の平均値である。
【００２５】
鉄微粒子の平均粒径は、軟磁性特性の向上、コイル部材の磁心に適用した場合の高周波駆動化の促進等の観点から、好ましくは、９．５ｎｍ以下、より好ましくは、９ｎｍ以下、さらに好ましくは、８．５ｎｍ以下、さらにより好ましくは、８ｎｍ以下、さらにより一層好ましくは、８ｎｍ未満とすることができる。なお、鉄微粒子の平均粒径は、飽和磁化、磁化率等の観点から、好ましくは、０．５ｎｍ以上、より好ましくは１ｎｍ以上、さらに好ましくは１．５ｎｍ以上、さらにより好ましくは、２ｎｍ以上とすることができる。
【００２６】
上記鉄微粒子は、温度３００Ｋにおける飽和磁化が１８０ｅｍｕ／ｇ以上である。３００Ｋにおける飽和磁化は、３００Ｋにおける磁化曲線（Ｍ−Ｈ曲線）を測定することにより求めることができる。上記飽和磁化は、磁心材料としての有用性向上などの観点から、好ましくは、１８０ｅｍｕ／ｇ超、よりこの好ましくは、１８２ｅｍｕ／ｇ以上、さらに好ましくは、１８５ｅｍｕ／ｇ以上、さらにより好ましくは、１８７ｅｍｕ／ｇ以上、さらにより一層好ましくは、１９０ｅｍｕ／ｇ以上とすることができる。なお、上記飽和磁化の値は、高いほどよいが、バルクα−Ｆｅの飽和磁化の値を考慮して、例えば、２１８ｅｍｕ／ｇ以下とすることができる。
【００２７】
上記鉄微粒子において、有機成分は、例えば、上述した鉄微粒子の製造方法にて準備される鉄微粒子原料に用いられる有機成分、当該有機成分に由来する有機成分等を含むことができる。
【００２８】
なお、上述した各構成は、上述した各作用効果等を得るなどのために必要に応じて任意に組み合わせることができる。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例の鉄微粒子およびその製造方法について、図面を用いて説明する。なお、同一部材については同一の符号を用いて説明する。
【００３０】
（実施例１）
実施例１の鉄微粒子およびその製造方法について、図１、図２を用いて説明する。図１に示すように、本例の鉄微粒子の製造方法は、準備工程１と、熱処理工程２と、を有している。準備工程１は、図２に示すように、鉄核１０１と鉄核１０１の表面を覆う有機成分１０２とを有する鉄微粒子原料１０を準備する工程である。熱処理工程２は、鉄微粒子原料１０を水素雰囲気下で熱処理する工程である。
【００３１】
本例では、具体的には、準備工程１において、平均粒径１０ｎｍ以下の鉄微粒子原料１０が準備される。鉄微粒子原料１０は、具体的には、鉄化合物であるＦｅ（ＣＯ）５と有機成分であるオレイルアミンとを反応させてなる前駆体を、有機溶媒（ドデカン）中にて熱分解することにより合成される。なお、合成された鉄微粒子原料１０は、液中から回収された後、減圧乾燥される。また、熱処理工程２における熱処理温度は、２３０℃以下とされる。また、熱処理工程２における熱処理時の水素流量は、１００ｍｌ／分以上とされる。
【００３２】
本例の鉄微粒子は、鉄核と鉄核の表面を覆う有機成分とを有している。そして、本例の鉄微粒子は、平均粒径が１０ｎｍ以下であり、温度３００Ｋにおける飽和磁化が１８０ｅｍｕ／ｇ以上である。本例の鉄微粒子は、本例の鉄微粒子の製造方法を実施することにより得られたものである。
【００３３】
＜実験例＞
以下、実験例を用いてより具体的に説明する。
（試料１）
以下の手順に従って、鉄微粒子原料を準備した。Ｆｅ（ＣＯ）５１０ｍｌとオレイルアミン２５ｍｌとをＡｒガス雰囲気中にて混合・加熱して反応させることにより、前駆体を得た。得られた前駆体を、Ａｒガス雰囲下、ドデカン（溶媒）中にて２００℃で６０分間加熱して熱分解することにより、鉄微粒子原料を合成した。当該合成後、鉄微粒子原料を磁石にて回収した。回収した鉄微粒子原料を、Ａｒガス雰囲気の炉に入れ、ロータリーポンプを用いて減圧乾燥することにより、粉末状とした。この際、減圧時の圧力は、５Ｐａ以下とした。これにより、鉄核と鉄核の表面を覆う有機成分とを有する鉄微粒子原料を準備した。
【００３４】
次に、上記準備された鉄微粒子原料を水素雰囲気下で熱処理した。具体的には、上述した減圧状態を解除し、大気圧下にて、水素供給源としての水素ボンベから炉内に水素ガスを供給することにより、炉内を水素雰囲気とし、２００℃で４時間の熱処理を実施した。この際、熱処理時の水素流量は、３００ｍｌ／分とした。以上により、試料１の鉄微粒子を得た。
【００３５】
（試料１Ｃ）
試料１の鉄微粒子の作製において、合成された鉄微粒子原料を磁石にて回収し、Ａｒガス雰囲気中にて減圧乾燥することにより、比較としての試料１Ｃの鉄微粒子を得た。
【００３６】
（Ｘ線回折）
各試料の鉄微粒子について、Ｘ線回折装置（ＣｕＫα線）を用いて鉄微粒子の結晶構造を評価した。図３に、各試料の鉄微粒子のＸＲＤ回折結果を示す。図３に示されるように、試料１Ｃの鉄微粒子は、α−Ｆｅのピーク位置に比べ、低角側に回折線が確認された。このことから、試料１Ｃの鉄微粒子は、鉄核に歪が生じていることがわかる。
【００３７】
これに対し、試料１の鉄微粒子は、α−Ｆｅのピーク位置とほぼ同じ位置に回折線が確認された。このことから、試料１の鉄微粒子は、水素雰囲気下で熱処理されることにより、鉄核に生じていた歪が緩和されて鉄核の結晶性が向上していることがわかる。
【００３８】
（磁化曲線）
各試料の鉄微粒子について、試料振動型磁力計（ＶＳＭ）を用い、３００Ｋにおける磁化曲線（Ｍ−Ｈ曲線）を測定した。図４に、各試料の鉄微粒子の３００Ｋにおける磁化曲線を示す。図４に示されるように、試料１Ｃの鉄微粒子は、３００Ｋにおける飽和磁化が８６ｅｍｕ/ｇｎｅｔであった。これに対し、試料１の鉄微粒子は、３００Ｋにおける飽和磁化が１８８ｅｍｕ/ｇｎｅｔであり、３００Ｋにおける飽和磁化を１８０ｅｍｕ／ｇ以上とすることができた。この結果から明らかなように、水素雰囲気下で熱処理を実施することにより、３００Ｋにおける飽和磁化が大きく向上された鉄微粒子が得られることがわかる。これは、上述したＸ線回折の結果を併せて考えると、鉄微粒子原料が水素雰囲気下で熱処理されることにより、鉄核に水素が作用して鉄核に生じていた歪が緩和され、鉄核の結晶性が向上し、鉄核の結晶構造がα−Ｆｅに近づいたためであると推察される。
【００３９】
（透過型電子顕微鏡観察）
各試料の鉄微粒子について、透過型電子顕微鏡を用い、平均粒径を測定した。図５に、試料１Ｃ、すなわち、鉄微粒子原料の透過型電子顕微鏡写真を示す。図６に、試料１の透過型電子顕微鏡写真を示す。図５および図６に示されるように、試料１Ｃの鉄微粒子の平均粒径は、６．５ｎｍであった。また、試料１の鉄微粒子の平均粒径は、６．５ｎｍであった。この結果から、水素雰囲気下での熱処理により、鉄核に顕著な粒成長は生じておらず、鉄核の粒成長が抑制されていることがわかる。これは、熱処理が比較的低温（本例では２００℃）で実施されたためである。
【００４０】
以上の結果から、水素雰囲気下での熱処理を行うことなく鉄微粒子を製造する製造方法に比べ、水素雰囲気下での熱処理を行うことにより、平均粒径が１０ｎｍ以下であり、かつ、温度３００Ｋにおける飽和磁化が大きい鉄微粒子を得ることが可能であることが確認された。
【００４１】
（試料２）
試料１の作製において、熱処理時の温度を１７０℃とした以外は同様にして、試料２の鉄微粒子を得た。得られた鉄微粒子についても、試料１の鉄微粒子と同様の結果が確認された。
【００４２】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲内で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１  準備工程
２  熱処理工程
１０  鉄微粒子原料
１０１  鉄核
１０２  有機成分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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