強磁性金属ナノ構造体の生成方法、強磁性金属ナノファイバーおよびそれを用いたはんだ、ならびにシート材
【課題】強磁性金属ナノ構造体の生成方法、強磁性金属ナノファイバーおよびそれを用いたはんだ、ならびにシート材を製造する際に、簡便な操作で生成することができる強磁性金属ナノ構造体の生成方法およびそれにより得られる強磁性金属ナノ構造体の用途を提供する。
【解決手段】強磁性金属のイオンを還元させて強磁性金属を析出させる還元工程を行なう際に、強磁性金属のイオンに磁場を印加しながら前記強磁性金属のイオンを還元させる。
【解決手段】強磁性金属のイオンを還元させて強磁性金属を析出させる還元工程を行なう際に、強磁性金属のイオンに磁場を印加しながら前記強磁性金属のイオンを還元させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強磁性金属ナノ構造体の生成方法、強磁性金属ナノファイバーおよびそれを用いたはんだ、ならびにシート材に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属ナノ粒子、金属ナノワイヤー、金属ナノロッドなどの金属ナノ構造体は、当該金属ナノ構造体を構成する金属の種類によって、高い触媒活性や、金属のバルク材料とは異なる物性を示す。したがって、金属ナノ構造体は、電子部品、光学部品、磁性材料などの材料として種々の工業分野での利用が期待されている。
【０００３】
金属ナノ粒子を製造する方法として、還元剤を用いて金属イオンや金属化合物を還元する方法（例えば、特許文献１などを参照）が提案されている。この特許文献１には、酸化銀とゼラチンまたはゼラチン誘導体と還元性を有する単糖類または二糖類を混合し、水溶媒中５５〜８０℃で加熱して、銀ナノ粒子を得ることが記載されている。
しかしながら、前記特許文献１に記載の方法では、ナノ粒子しか得ることができず、ナノファイバーなどのような１次元形状の金属ナノ構造体を得ることができないという欠点がある。
【０００４】
一方、ナノロッド、ナノチューブ、ナノワイヤーなどの金属ナノファイバーは、例えば、微小な孔を有する多孔性膜などのテンプレートの孔内で金属の電解析出を行なうことにより、ロッド状またはチューブ状のナノ構造体を成長させる方法（「テンプレート法」という）により製造されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−９７０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記テンプレート法は、テンプレートの作製や、テンプレートから金属ナノ構造体を分離し、回収する操作が煩雑であるため、大量生産には不向きである。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡便な操作で生成することができる強磁性金属ナノ構造体の生成方法、強磁性金属ナノファイバーおよびそれを用いたはんだ、ならびにシート材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法は、強磁性金属ナノ構造体を生成する生成方法であって、
強磁性金属のイオンを還元させて強磁性金属を析出させる還元工程を含み、
前記強磁性金属のイオンに磁場を印加しながら前記強磁性金属のイオンを還元させることを特徴とする。
【０００８】
本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法では、強磁性金属のイオンに磁場を印加しながら前記強磁性金属のイオンを還元させる。これにより、強磁性金属を析出させると同時に、磁場方向に沿って配列するなどの自己組織化が生じ、ナノ構造を形成させることができる。このとき、生成される強磁性金属ナノ構造体の形態は、磁場強度や還元反応の速度に応じて、制御することができる。
したがって、特に、ナノファイバーの製造に好適である。
また、本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法によれば、例えば、従来の製造方法のようにテンプレートを用いなくても、生成される強磁性金属ナノ構造体の形態を制御することができるため、簡便な操作でナノ構造を生成することができる。
【０００９】
本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法では、前記還元工程において、溶媒に前記強磁性金属のイオンを加えた溶液に磁場を印加しながら、前記強磁性金属のイオンを液相還元法により還元させることが好ましい。
この場合、簡易な液相還元法を行なう際に、磁場印加を行なうだけで、強磁性金属ナノ構造体を生成することができるため、簡易である。
【００１０】
前記溶液は、前記強磁性金属のナノ粒子核を形成させるための核形成剤がさらに加えられたものであることが好ましい。
この場合、前記溶液中において、還元により析出した強磁性金属からなるナノ粒子核の形成を促進させることができるため、強磁性金属ナノ構造体の生成をより効率よく行なうことができる。また、核形成剤により、例えば、強磁性金属ナノ構造体の表面形状などの形態を制御することができる。
【００１１】
前記核形成剤は、前記還元を促進する触媒作用を有する金属を含むものであることが好ましい。
これにより、強磁性金属のイオンの還元を促進することができる。したがって、例えば、従来、金属ナノ構造体を生成させるのが困難であった室温においても、強磁性金属ナノ構造体を効率よく生成させることができる。
【００１２】
本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法では、強磁性金属ナノ構造体としてナノファイバーを生成するとき、前記溶液中における核形成剤の濃度を調整することで、生成されるナノファイバーの形態を制御することができる。
このとき、溶液中における核形成剤の濃度を高くすることにより、この核形成剤により形成させた１つのナノ粒子核に接触する強磁性金属の量が相対的に減り、形成される金属ナノ粒子の粒径が小さくなる。一方、溶液中における核形成剤の濃度を低くすることにより、この核形成剤により形成させた１つのナノ粒子核に接触する強磁性金属の量が相対的に増え、形成される金属ナノ粒子の粒径が大きくなる。
これにより、ナノファイバーの形態、例えば、ナノファイバーの表面の形状、ナノファイバーの長手方向における断面の直径やアスペクト比などを制御することができる。特に、核形成剤を加えることにより、還元反応の際にほぼ均一な大きさの金属ナノ粒子を生成することができるので、例えば、強磁性金属ナノ構造体の表面形状の制御などに好適である。
【００１３】
本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法では、強磁性金属ナノ構造体としてナノファイバーを生成するとき、前記強磁性金属のイオンが還元されて析出する速度を制御することで、生成されるナノファイバーの形態を制御することができる。
本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法では、強磁性金属ナノ構造体としてナノファイバーを生成するとき、前記溶液を、前記強磁性金属のイオンを還元させる還元剤がさらに加えられたものとし、前記溶液中における還元剤の濃度を調整することで、生成されるナノファイバーの形態を制御することができる。
このとき、溶液中における還元剤の濃度を高くすることにより、還元反応の速度を速くすることができ、一方、前記濃度を低くすることにより、還元反応の速度を遅くすることができる。
これにより、ナノファイバーの形態、例えば、ナノファイバーの表面の形状、ナノファイバーの長手方向における断面の直径やアスペクト比などを制御することができる。
【００１４】
本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法では、強磁性金属ナノ構造体としてナノファイバーを生成するとき、前記溶液のｐＨを調整することで、生成されるナノファイバーの形態を制御することができる。
このとき、前記溶液のｐＨを高くすることにより、還元速度を速くすることができ、一方、前記溶液のｐＨを低くすることにより、還元反応の速度を遅くすることができる。
これにより、ナノファイバーの形態、例えば、ナノファイバーの表面の形状、ナノファイバーの長手方向における断面の直径やアスペクト比などを制御することができる。
【００１５】
本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法では、前記強磁性金属ナノ構造体としてナノファイバーを生成するとき、前記還元工程において印加される磁場強度を調整することで、生成されるナノファイバーの形態、例えば、ナノファイバーの表面の形状、ナノファイバーの長手方向における断面の直径やアスペクト比などを制御することができる。例えば、ナノファイバーの長手方向における断面の直径やアスペクト比を制御する場合には、磁場強度を大きくすることにより、形成されるナノファイバーの径を小さくし、ナノファイバーのアスペクト比を大きくすることができ、一方、磁場強度を小さくすることにより、形成されるナノファイバーの径を大きくし、ナノファイバーのアスペクト比を小さくすることができる。
【００１６】
本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法では、制御されるナノファイバーの形態を、ナノファイバーのアスペクト比とすることができる。
また、制御されるナノファイバーの形態を、ナノファイバー長手方向における、ナノファイバー断面面積の均一性または不均一性とすることができる。
【００１７】
本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法では、前記ナノファイバーは、複数のナノ粒子が数珠つなぎ状に配列された形態を呈するものとすることができる。
また、前記ナノファイバーは、その断面面積がナノファイバー長手方向においてほぼ一定である形態を呈するものとすることができる。
さらに、前記ナノファイバーは、アスペクト比が１０以上であるものとすることができる。
【００１８】
本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法では、前記還元工程において、前記溶液を酸素欠乏状態に維持することが好ましい。
これにより、溶存酸素による酸化によって還元条件を変動させることなく、良好に還元条件を維持することができるため、還元反応を良好に進行させることができ、金属ナノ構造体の製造効率を向上させることができる。
【００１９】
本発明の強磁性金属ナノファイバーは、１つの側面では、強磁性金属イオンの還元によって形成した複数の強磁性金属ナノ粒子が、磁場の作用によって配列化し、前記複数の強磁性金属ナノ粒子間の接合部分で優先的な金属の析出が起こることでファイバー状に形成されたものであることを特徴とする。
また、本発明の強磁性金属ナノファイバーは、他の側面では、ナノファイバー形成に用いられた核形成剤によって形成された複数のナノ粒子核が、ナノファイバー内部において長手方向に分布していることを特徴とする。
本発明の強磁性金属ナノファイバーは、簡便な操作で得ることができる。
【００２０】
前述した強磁性金属ナノファイバーは、はんだや、補強シート材、強磁性シート材などのシート材に用いることができる。
本発明のはんだは、前述した強磁性金属ナノファイバーをはんだ合金中に含有していることを特徴とする。
また、本発明のシート材は、強磁性金属ナノファイバーをシート本体中に含有していることを特徴とする。かかるシート材としては、強磁性金属ナノファイバーをシート材本体中に含ませることで、物理的な強度を補強した補強シート材、前述した強磁性金属ナノファイバーを漉いてシート状に加工した強磁性シート材が挙げられる。
これらのはんだ、シート材は、前述した強磁性金属ナノファイバーが用いられており、簡便な操作で製造することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法によれば、簡便な操作で強磁性金属ナノ構造体を生成することができる。本発明の強磁性金属ナノファイバーは、簡便な操作で製造することができる。また、このかかる強磁性金属ナノファイバーを含有した本発明のはんだおよびシート材は、簡便に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る金属ナノ構造体の生成方法の処理手順を示す工程図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る金属ナノ構造体の生成方法における金属ナノ構造体の形成過程を示す概略説明図である。
【図３】本発明の変形例に係る金属ナノ構造体の生成方法の処理手順を示す工程図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るシート材の一例である強磁性シート材の構成を示す要部断面斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るはんだの構成を示す要部断面斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るシート材の一例である補強シート材の構成を示す要部断面斜視図である。
【図７】実施例１の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真である。
【図８】図７の図面代用写真の一部を拡大して観察した結果を示す図面代用写真である。
【図９】比較例１の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真である。
【図１０】実施例１および比較例１それぞれの試料のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図１１】実施例２の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真である。
【図１２】図１１の図面代用写真の一部を拡大して観察した結果を示す図面代用写真である。
【図１３】比較例２の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真である。
【図１４】実施例２および比較例２それぞれの試料のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図１５】実施例３の試料に含まれるナノ構造体を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真である。
【図１６】実施例４の試料に含まれるナノ構造体を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真である。
【図１７】実施例５の試料に含まれるナノ構造体を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真である。
【図１８】磁場強度とナノ構造体の直径およびアスペクト比それぞれとの関係を示すグラフである
【図１９】実施例３〜５それぞれの試料のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図２０】実施例２の試料に含まれるナノ構造体を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真である。
【図２１】図２０の図面代用写真の一部を拡大して観察した結果を示す図面代用写真である。
【図２２】実施例５の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真である。
【図２３】図２２の図面代用写真の一部を拡大して観察した結果を示す図面代用写真である。
【図２４】実施例２および５それぞれの試料のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図２５】実施例４の試料に含まれるナノ構造体を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真である。
【図２６】図２５の図面代用写真の一部を拡大して観察した結果を示す図面代用写真である。
【図２７】実施例６の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真である。
【図２８】図２７の図面代用写真の一部を拡大して観察した結果を示す図面代用写真である。
【図２９】実施例４および６それぞれの試料のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図３０】実施例６で得られたコバルトナノ構造体中における元素を分析した結果を示すグラフである。
【図３１】実施例７の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真である。
【図３２】溶媒として水を用いた場合の強磁性金属ナノ構造体の形態制御の仕方の例を示す概略説明図である。
【図３３】溶媒として有機系溶媒であるプロピレングリコールを用いた場合の強磁性金属ナノ構造体の形態制御の仕方の例を示す概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［強磁性金属ナノ構造体の生成方法の処理手順］
まず、本発明の一実施形態に係る強磁性金属ナノ構造体の生成方法を説明する。
本実施形態に係る強磁性金属ナノ構造体の生成方法は、強磁性金属のイオンを還元させて強磁性金属を析出させる還元工程を含み、前記強磁性金属のイオンに磁場を印加しながら前記強磁性金属のイオンを還元させることを特徴としている。
【００２４】
本実施形態に係る強磁性金属ナノ構造体の生成方法によれば、強磁性金属のイオンに磁場を印加しながら前記強磁性金属のイオンを還元させるため、前記イオンの還元により強磁性金属を析出させると同時に、析出した強磁性金属からなる強磁性金属ナノ粒子を磁場の作用により磁場方向に沿って配列するなどの自己組織化が生じさせることができる。これにより、ナノ構造を形成させることができる。そのため、従来の方法のように、ナノ構造を形成させるためのテンプレートを用いなくても、強磁性金属ナノ構造体を得ることができる。また、かかる還元工程において、還元反応の速度および印加される磁場強度を調整することによって、他の工程を行なわなくても、生成される強磁性金属ナノ構造体の形態を容易に制御することができる。
【００２５】
なお、本明細書において、「ナノファイバー」の用語には、ナノロッドやナノワイヤーを含んでおり、長手方向の長さがナノスケールを逸脱するものであっても、少なくとも１つの長さ（例えば、直径など）がナノスケールであるファイバーをいう。
【００２６】
本実施形態に係る強磁性金属ナノ構造体の生成方法により制御される強磁性金属ナノ構造体の形態としては、ナノファイバーのアスペクト比、ナノファイバー長手方向における、ナノファイバー断面面積の均一性または不均一性などが挙げられる。
【００２７】
強磁性金属としては、例えば、コバルト、鉄、ニッケルなどや、これらの少なくとも１種を主成分とする合金などが挙げられる。また、強磁性金属のイオンは、還元しやすい状態のイオンであればよい。
【００２８】
前記還元工程において、強磁性金属のイオンの還元は、強磁性金属のイオンに電子を与えることにより行なうことができり前記強磁性金属イオンの還元は、液相中でおこなってもよく、固相上でおこなってもよい。
【００２９】
また、強磁性金属のイオンへの磁場の印加は、超電導マグネットなどにより行なうことができる。
磁場強度は、生成される強磁性金属ナノ構造体に要求される形態、例えば、アスペクト比などに応じて設定することができる。かかる磁場強度は、通常１〜１０テスラに設定することができる。
【００３０】
前記還元工程では、液相を構成する溶液の性質を選択することによって還元反応を容易に制御することができ、生成される強磁性金属ナノ構造体の形態を、より効果的に制御することができる観点から、溶媒に強磁性金属のイオンを加えた溶液に磁場を印加しながら、前記強磁性金属のイオンを還元させることが好ましい。これにより、微細な強磁性金属ナノ構造体を得ることができ、かつ得られる強磁性金属ナノ構造体の大きさなどのバラツキを低減することもできる。
【００３１】
溶媒に強磁性金属のイオンを加えた溶液は、強磁性金属の金属塩を溶媒に溶解させることにより得ることができる。金属塩としては、例えば、金属酢酸塩、金属の塩化物、金属硫酸塩、金属硝酸塩などが挙げられる。これらの塩は、水和物であってもよく、無水物であってもよい。強磁性金属の金属塩としては、例えば、酢酸コバルト（II）四水和物、酢酸コバルト（II）無水物、硫酸コバルト(II)七水和物、硫酸コバルト(II)無水物、塩化コバルト(II)六水和物、塩化コバルト(II)無水物、硝酸コバルト(II)六水和物、硝酸コバルト(II)無水物、酢酸ニッケル(II)四水和物、酢酸ニッケル(II)無水物、塩化ニッケル(II)六水和物、塩化ニッケル(II)無水物、硫酸ニッケル(II)六水和物、硫酸ニッケル(II)無水物、硝酸ニッケル(II)六水和物、硝酸ニッケル(II)無水物、硫酸鉄（II）七水和物、硫酸鉄（II）無水物などが挙げられる。
【００３２】
溶液中で強磁性金属のイオンの還元を行なう場合、前記溶液中の強磁性金属のイオンの濃度は、通常０．００１〜１ｍｏｌ／ｄｍ3とすることができる。
【００３３】
溶媒としては、水および有機系溶媒が挙げられる。
【００３４】
前記有機系溶媒としては、特に限定されないが、例えば、炭素数１〜６のアルコール、炭素数２〜４のアルキレングリコール、炭素数３〜６のケトン、炭素数３〜６のアルキレングリコールアルキルエーテルなどが挙げられる。
【００３５】
前記アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、プロピルアルコール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノールなどが挙げられる。前記アルキレングリコールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコールなどが挙げられる。前記アルキレングリコールアルキルエーテルとしては、例えば、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールモノ−ｎ−プロピルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコールブチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテルなどが挙げられる。前記ケトンとしては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、エチルイソブチルケトン、メチルイソブチルケトンなどが挙げられる。
これらの有機溶媒のなかでは、入手容易性や、液相中における金属粒子の分散性に優れる観点から、プロピレングリコールが好ましい。
【００３６】
前記溶液は、この溶液中において、還元により析出した強磁性金属からなるナノ粒子核を形成させ、強磁性金属ナノ構造体の生成をより効率よく行なう観点から、前記強磁性金属のナノ粒子核を形成させるための核形成剤がさらに加えられたものであることが好ましい。
また、室温において、還元反応を促進する観点から、前記核形成剤は、前記還元を促進する触媒作用を有する金属を含むものであることが好ましい。
【００３７】
ここで、「ナノ粒子核」とは、強磁性金属のナノ粒子を形成する際に核として働くものをいい、前記強磁性金属や核形成剤に含まれる成分から構成されているものをいう。
【００３８】
前記核形成剤としては、特に限定されないが、例えば、塩化白金酸六水和物、塩化鉛、硝酸銀などが挙げられる。これらのなかでは、強磁性金属のイオンとしてコバルトイオンなどを用いた強磁性金属ナノ構造体の製造に際して、還元反応を良好に進行させる観点から、塩化白金酸六水和物が好ましい。前記核形成剤は、ナノ粒子核を良好に形成させる観点から、例えば、強磁性金属よりもイオン化傾向が小さい金属を有するものより選択することが望ましい。
【００３９】
前記溶液中における核形成剤の濃度は、強磁性金属のイオンの還元を促進し、かつナノ粒子核を形成させる観点から、通常０．０１〜１０ｍｍｏｌ／ｄｍ3とすることができる。なお、かかる濃度は金属イオン換算での濃度である。
【００４０】
前記核形成剤を用いた場合、強磁性金属ナノ構造体としてナノファイバーを生成させることができる。このとき、前記溶液中における核形成剤の濃度を調整することで、生成されるナノファイバーの形態を制御することができる。
生成されるナノファイバーの形態、例えば、アスペクト比を制御する場合、溶液中における核形成剤の濃度を高くすることにより、ナノファイバーのアスペクト比が大きい値となるように制御することができ、前記濃度を低くすることにより、ナノファイバーのアスペクト比が小さい値となるように制御することができる。
これは、溶液中における核形成剤の濃度が高いときには、この核形成剤により形成させた１つのナノ粒子核に接触する強磁性金属の量が相対的に減り、形成される金属ナノ粒子の粒径が小さくなり、前記濃度が低いときには、この核形成剤により形成させた１つのナノ粒子核に接触する強磁性金属の量が相対的に増え、形成される金属ナノ粒子の粒径が大きくなるからであると考えられる。
【００４１】
また、本実施形態においては、前記強磁性金属のイオンが還元されて析出する速度を制御することで、強磁性金属ナノ構造体としてナノファイバーの形態を制御し、好適に生成させることができる。
強磁性金属のイオンが還元されて析出する速度は、溶液中の還元剤の濃度を調整して還元反応の速度を制御することにより、制御することができる。
すなわち、前記溶液を、前記強磁性金属のイオンを還元させる還元剤がさらに加えられたものとし、前記溶液中における還元剤の濃度を調整することで、生成されるナノファイバーの形態を制御することができる。
【００４２】
前記還元剤としては、例えば、ヒドラジン、次亜リン酸、水素化ホウ素およびそれらの塩、ジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）などが挙げられる。金属の強磁性の特性を維持し、強磁場印加の効果を十分に発揮させ、かつ高純度の強磁性金属ナノ構造体を得ることができる観点から、好ましくはヒドラジンである。
前記溶液中における還元剤の濃度は、還元反応を良好に行なう観点から、前記溶液中における強磁性金属のイオンの濃度の１０倍程度とすることが望ましく、０．１〜１０ｍｏｌ／ｄｍ3とすることができる。
【００４３】
溶液中における還元剤の濃度を調整することにより、生成されるナノファイバーの形態、例えば、アスペクト比を制御する場合、溶液中における還元剤の濃度を高くすることにより、ナノファイバーのアスペクト比が大きい値となるように制御することができ、前記濃度を低くすることにより、ナノファイバーのアスペクト比が小さい値となるように制御することができる。
【００４４】
本実施形態においては、前記溶液の性質、例えば、当該溶液のｐＨの調整、溶媒の種類などの選択などにより、強磁性金属ナノ構造体としてナノファイバーの形態を制御し、好適に生成させることができる。
【００４５】
前記溶液のｐＨを調整することにより、例えば、ナノファイバーのアスペクト比を制御することができる。
【００４６】
溶液のｐＨをかかる範囲内で高くするほど、還元力が大きくなるので、還元反応の初期段階で生成する金属ナノ粒子の粒径が小さくなる傾向がある。一方、溶液のｐＨを前記範囲内で低くするほど、還元力が小さくなるので、還元反応の初期段階で生成する金属ナノ粒子の粒径が大きくなる傾向がある。
したがって、前記溶液のｐＨを調整することにより、生成されるナノファイバーの形態、例えば、アスペクト比を制御する場合、溶液中におけるｐＨを高いｐＨに調整することにより、ナノファイバーのアスペクト比が小さい値となるように制御することができ、前記ｐＨを低いｐＨに調整することにより、ナノファイバーのアスペクト比が大きい値となるように制御することができる。
【００４７】
前記溶液のｐＨは、溶媒にｐＨ調整剤を加えることにより調整することができる。かかるｐＨは、還元反応を良好に進行させる観点から、好ましくは１０〜１３である。
【００４８】
前記ｐＨ調整剤としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられる。液相中における前記ｐＨ調整剤の濃度は、適切な大きさの金属ナノ構造体を得る観点から、好ましくは０．１ｍｏｌ／ｄｍ3〜１ｍｏｌ／ｄｍ3である。
【００４９】
前記溶媒の種類などを選択することにより、前記形態、例えば、ナノファイバー長手方向における、ナノファイバー断面面積の均一性または不均一性を制御することができる。例えば、溶媒として、粘度の低い水を選択した場合、複数のナノ粒子が数珠繋ぎ状に配列された形態を呈するナノファイバーを得ることができ、溶媒として、水に比べて粘度の高い有機系溶媒を選択した場合、ナノファイバー長手方向における、ナノファイバー断面面積が、このナノファイバー長手方向にいてほぼ一定である形態を呈するナノファイバーを得ることができる。
【００５０】
また、前記形態は、溶媒に分散剤を加えることによって調整することもできる。
前記分散剤は、溶媒の種類に応じて選択することができ、特に限定されるものではないが、溶媒として水を用いる場合の分散剤としては、例えば、ポリアルキレングリコール（例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなど）などが挙げられる。溶媒として有機系溶媒を用いる場合の分散剤としては、例えば、ポリアルキレングリコール（例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなど）、直鎖または分岐鎖を有していてもよい炭素数３〜３０の飽和脂肪酸、直鎖または分岐鎖を有していてもよい炭素数３〜３０の不飽和脂肪酸、直鎖または分岐鎖を有していてもよい炭素数２〜２０の飽和アミン、直鎖または分岐鎖を有していてもよい炭素数２〜２０の不飽和アミンなどが挙げられる。
【００５１】
前記ポリアルキレングリコールは、金属ナノ構造体の生成を十分に行なう観点から、重量平均分子量が好ましくは３００以上、より好ましくは２００００以上であり、製造に際する取り扱いの容易性の観点から、好ましくは５００００００以下、より好ましくは３００００以下であるものが望ましい。前記飽和脂肪酸としては、例えば、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、ヘプタデシル酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、ヘプタコサン酸、モンタン酸、メリシン酸、ラクセル酸などがあげられる。前記不飽和脂肪酸としては、例えば、アクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、ウンデシレン酸、オレイン酸、エライジン酸、セトレイン酸、エルカ酸、ブラシジン酸、ソルビン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、プロピオール酸、ステアロール酸などがあげられる。前記飽和アミンとしては、例えば、エチルアミン、プロピルアミン、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、イソプロピルアミン、ｔｅｒｔ−ブチルアミンなどが挙げられる。前記不飽和アミンとしては、例えば、アリルアミン、オレイルアミンなどがあげられる。
これらのなかでは、入手容易性や、液相中における金属粒子の分散性に優れる観点から、ポリエチレングリコールが好ましい。
【００５２】
液相中における分散剤の含有量は、所望の大きさによって適宜設定することができるが、ナノレベルの大きさの構造体を得る観点から、好ましくは１〜５００００ｖｏｌ ｐｐｍである。
【００５３】
また、本実施形態においては、前記還元工程において印加される磁場強度を調整することで、生成されるナノファイバーの形態を制御することができる。
前記磁場強度は、通常０．５〜１０テスラとすることができる。
磁場強度を調整することにより、例えば、ナノファイバーのアスペクト比を制御することができる。
【００５４】
前記磁場強度を調整することにより、生成されるナノファイバーの形態、例えば、アスペクト比を制御する場合、磁場強度を大きくすることにより、ナノファイバーのアスペクト比が大きい値となるように制御することができ、前記磁場強度を小さくすることにより、ナノファイバーのアスペクト比が小さい値となるように制御することができる。
【００５５】
また、前記還元工程では、溶存酸素による酸化によって還元条件を変動させることなく、良好に還元条件を維持する観点から、前記溶液を酸素欠乏状態に維持することが好ましい。これにより、強磁性金属ナノ構造体の生成効率を向上させることができる。
【００５６】
溶液を酸素欠乏状態に維持する方法としては、例えば、溶液中に不活性ガスを吹き込み、溶存酸素を除去する方法や溶液中に酸素を吸着させるための酸素吸着剤を入れ、溶存酸素を除去する方法などが挙げられる。
前記不活性ガスとして、例えば、窒素ガス、アルゴンガスなどが用いられる。
また、酸素吸着剤として、例えば、ゼオライトなどが用いられる。
【００５７】
なお、本発明においては、強磁性金属ナノ構造体の形態は、前記磁場強度、核形成剤濃度、溶液の種類、還元反応速度（例えば、還元剤濃度の調整、溶液のｐＨ調整など）などを組み合わせることにより、所望の形態に制御することができる。
【００５８】
本実施形態に係る強磁性金属ナノ構造体の生成方法によれば、還元反応の速度や磁場強度を適宜設定することにより、前記強磁性金属ナノ構造体としてナノファイバーを生成する場合、アスペクト比を１０以上、好ましくは１００以上、好ましくは２００以上、より好ましくは６００以上とすることができる。なお、数珠つなぎ状のナノファイバーの場合、アスペクト比は、走査型電子顕微鏡で観察した結果を画像解析し、１００個の強磁性金属ナノ構造体それぞれについて最大直径および最小直径を測定し、それらの平均値〔（最大直径＋最小直径）／２〕を求め、これを長手方向の長さの平均値で割ることにより算出した値である。
【００５９】
以下、添付図面により、本実施形態に係る強磁性金属ナノ構造体の生成方法の処理手順をより詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る強磁性金属ナノ構造体の生成方法の処理手順を示す工程図である。
【００６０】
ここでは、溶媒として、水またはプロピレングリコールを用い、分散剤として、重量平均分子量が６００００であるポリエチレングリコールを用い、強磁性金属のイオンとして、コバルト(II)イオンを用い、核形成剤として、塩化白金酸−プロピレングリコール溶液（塩化白金酸六水和物をプロピレングリコールに溶解させた溶液）を用い、還元剤として、ヒドラジン−プロピレングリコール溶液（ヒドラジン一水和物をプロピレングリコールに溶解させた溶液）用い、磁場を印加しながら、液相還元法により強磁性金属のイオンを還元する場合を例として挙げて説明する。しかしながら、本発明においては、かかる例示に限定されるものではない。
【００６１】
本実施形態に係る金属ナノ構造体の生成方法では、まず、容器１０に入れた溶媒に窒素ガスを吹き込みながら、溶媒である水またはプロピレングリコールに分散剤を添加する（図１（ａ）、「分散剤添加工程」）。
【００６２】
本分散剤添加工程では、例えば、水またはプロピレングリコールに窒素ガスを吹き込むことにより、この水またはプロピレングリコール中の溶存酸素を除去し、酸素欠乏状態にしている。これにより、溶存酸素による酸化を抑制することができるので、後述する工程におけるコバルト(II)イオンを還元する際の還元条件を良好に維持することができる。
【００６３】
つぎに、コバルト(II)イオンを供給する酢酸コバルト(II)四水和物を前記分散剤添加工程で得られたポリエチレングリコール水溶液またはポリエチレングリコール−プロピレングリコール溶液に添加する（図１（ｂ）、「金属塩添加工程」）。
この金属塩添加工程においても、前記分散剤添加工程と同様の条件で、ポリエチレングリコール水溶液またはポリエチレングリコール−プロピレングリコール溶液に、窒素ガスを吹き込むことにより、酸素欠乏状態を維持する。
【００６４】
その後、前記金属塩添加工程で得られた混合液にｐＨ調整剤である水酸化ナトリウム水溶液または水酸化ナトリウム−プロピレングリコール溶液を添加することにより、ｐＨを１０〜１３に調製する（図１（ｂ）、「ｐＨ調整工程」）。
ｐＨ調整工程においても、前記分散剤添加工程と同様の条件で、混合液に、窒素ガスを吹き込むことにより、酸素欠乏状態を維持する。
このｐＨ調整工程では、混合液のｐＨは、生成されるコバルトナノ構造体に要求される所望の形態に応じて、適宜設定することができる。
また、かかるｐＨ調整工程では、溶媒として水を用いた場合には、水酸化ナトリウム水溶液を用い、溶媒としてプロピレングリコールを用いた場合には、水酸化ナトリウム−プロピレングリコール溶液を用いる。
【００６５】
その後、ｐＨ調整工程を行なった後の混合液に核形成剤である塩化白金酸−プロピレン溶液を添加する（図１（ｄ）、「核形成剤添加工程」）。
核形成剤添加工程においても、前記分散剤添加工程と同様の条件で、混合液に、窒素ガスを吹き込むことにより、酸素欠乏状態を維持する。
ここで、白金は、コバルトよりもイオン化傾向が小さい金属であり、後述の工程における還元反応において、コバルトよりも先に析出し、ナノ粒子核の形成に関与するようになる。
【００６６】
つぎに、前記核形成剤添加工程で得られた混合液に、還元剤であるヒドラジン−プロピレン溶液を添加し（図１（ｅ）、「還元剤添加工程」）、これと同時に、容器１０を超電導マグネット装置１にセットして、容器１０内の溶液に磁場を印加する（図１（ｆ）、「磁場印加工程」）。
これにより、図２に示されるように、まず、イオン化傾向の小さい白金が還元により析出し、ついで、コバルトが析出する。このとき、白金５０を核としてナノ粒子核１０１が形成され（図２（ａ）、「ナノ粒子核形成」）、磁気異方性を呈する程度の大きさになったとき、磁場の作用により、磁場方向Ｆと同じ向きに、ナノ粒子核における磁場方向ｆ０が揃いながら、ナノ粒子核が成長し、金属ナノ粒子１０２が形成され（図２（ｂ）、「金属ナノ粒子形成」）、磁場方向Ｆに沿って、ナノ粒子１０２が配列して、ファイバー状の強磁性金属ナノ構造体１０３が形成される。これと同時に、前記還元により新たな金属ナノ粒子１０２の成長も引き続き進行するので、ファイバー状のナノ構造を形成すると同時に、このファイバー状のナノ構造における凹凸が埋まるようになる。かかる強磁性金属ナノ構造体１０３においては、強磁性金属ナノ構造体１０３の長手方向に白金５０が分布している（図２（ｃ））
つぎに、前記核形成剤添加工程で得られた混合液に、還元剤であるヒドラジン−プロピレン溶液を添加し（図１（ｅ）、「還元剤添加工程」）、これと同時に、容器１０を超電導マグネット装置１にセットして、容器１０内の溶液に磁場を印加する（図１（ｆ）、「磁場印加工程」）。
これにより、図２に示されるように、まず、イオン化傾向の小さい白金が還元により析出し、ついで、コバルトが析出する。このとき、白金５０を核としてナノ粒子核１０１が形成され（図２（ａ）、「ナノ粒子核形成」）、磁気異方性を呈する程度の大きさになったとき、磁場の作用により、磁場方向Ｆと同じ向きに、ナノ粒子核における磁場方向ｆ０が揃いながら、ナノ粒子核が成長し、金属ナノ粒子１０２が形成され（図２（ｂ）、「金属ナノ粒子形成」）、磁場方向Ｆに沿って、ナノ粒子１０２が配列して、ファイバー状の強磁性金属ナノ構造体１０３が形成される。これと同時に、前記還元により新たな金属ナノ粒子１０２の成長も引き続き進行するので、ファイバー状のナノ構造を形成すると同時に、このファイバー状のナノ構造における凹凸が埋まるようになる。かかる強磁性金属ナノ構造体１０３においては、強磁性金属ナノ構造体１０３の長手方向に白金５０が分布している（図２（ｃ））。金属ナノ粒子１０２同士の接合部分（図２（ｃ）参照）では、金属が不均一核生成により析出しやすい状態にあるため、金属ナノ粒子１０２同士を強固に固着し、さらにファイバー状に成長する。
【００６７】
なお、本発明においては、図３に示されるように、容器１０を超電導マグネット装置１内に設置した状態で、分散剤添加工程（図３（ａ））、金属塩添加工程（図３（ｂ））、ｐＨ調整工程（図３（ｃ））、核形成剤添加工程（図３（ｄ））および還元剤添加工程（図３（ｅ））を行なってもよい。
【００６８】
［強磁性金属ナノファイバー］
本発明の一実施形態に係る強磁性金属ナノファイバーは、１つの側面では、強磁性金属イオンの還元によって形成した複数の強磁性金属ナノ粒子が、磁場の作用によって配列化し、前記複数の強磁性金属ナノ粒子間の接合部分で優先的な金属の析出が起こることでファイバー状に形成されたものであることを特徴とするナノファイバーである。また、他の側面では、ナノファイバー形成に用いられた核形成剤によって形成された複数のナノ粒子核が、ナノファイバー内部において長手方向に分布していることを特徴とするナノファイバーである。
本実施形態に係る強磁性金属ナノファイバーは、前述した生成方法により簡便な操作で得ることができる。
【００６９】
かかる強磁性金属ナノファイバーは、はんだや、補強シート材、強磁性シート材などのシート材に用いることができる。
【００７０】
［強磁性金属ナノファイバーの用途］
以下、前述した強磁性金属ナノファイバーの用途を、添付図面により、説明する。図４は、本発明の一実施形態に係るシート材の一例である強磁性シート材の構成を示す要部断面斜視図である。図５は、本発明の一実施形態に係るはんだの構成を示す要部断面斜視図である。図６は、本発明の一実施形態に係るシート材の一例である補強シート材の構成を示す要部断面斜視図である。
【００７１】
（１） 強磁性シート材
本実施形態に係るシート材の一例である強磁性シート材２０１は、図４に示されるように、前述した強磁性金属ナノファイバー１０３をシート状に加工したシート材本体２０２からなるものである。この強磁性シート材２０１は、強磁性金属ナノファイバー１０３を漉くことによって簡便に形成させることができる。
【００７２】
（２） はんだ
本実施形態のはんだ２１０は、図５に示されるように、前述した強磁性金属ナノ構造体（強磁性金属ナノファイバー）１０３をはんだ合金２１１中に含有していることを特徴とする。
本実施形態のはんだ２１０は、前述した強磁性金属ナノ構造体の生成方法によって生成された強磁性金属ナノファイバー１０３をはんだ合金２１１に混ぜることにより、簡便に製造することができる。
かかるはんだ２１０は、強磁性金属ナノファイバー１０３を含有しているので、高い強度を呈するものである。
【００７３】
（３） 補強シート材
本実施形態のシート材の一例である補強シート材３１０は、図６に示されるように、前述した強磁性金属ナノファイバー１０３をシート本体３１１中に含有していることを特徴とする。この補強シート材３１０は、強磁性金属ナノファイバーをシート材本体３１１中に含ませることで、物理的な強度を補強した
シート材本体３１１としては、例えば、紙よりなるシート、不織布シートなどが挙げられる。
本実施形態の補強シート材３１０は、シート材本体３１１を製造する際に、前述した強磁性金属ナノ構造体の生成方法によって生成された強磁性金属ナノファイバー１０３を混ぜることにより、簡便に製造することができる。
かかる補強シート材３１０は、強磁性金属ナノファイバー１０３を含有しているので、高い強度を呈するものである。
【実施例】
【００７４】
以下、実施例などにより、本発明をより詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例により限定されるものではない。
【００７５】
（実施例１）
イオン交換水に窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込み、溶存している酸素を除去した。つぎに、得られたイオン交換水５０ｃｍ3に、窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込みながら、分散剤であるポリエチレングリコール（重量平均分子量：２００００）１．３×１０-4ｍｏｌと、金属塩である酢酸コバルト（ＩＩ）三水和物０．０１０ｍｏｌとを添加し、溶解させた。その後、得られた溶液に、窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込みながら、１．０ｍｏｌ／ｄｍ3水酸化ナトリウム水溶液２５ｃｍ3を添加して、前記溶液のｐＨを１２に調整した。ｐＨ調整後の溶液７５ｃｍ3に、窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込みながら、核形成剤である２５×１０-5ｍｏｌ／ｄｍ3塩化白金酸−プロピレングリコール溶液１０ｃｍ3を添加し、金属塩溶液を得た。
【００７６】
一方、プロピレングリコールに窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込み、溶存している酸素を除去した。得られたプロピレングリコール３０ｃｍ3にヒドラジン一水和物０．１０ｍｏｌを添加して溶解させ、還元剤溶液を作製した。
【００７７】
つぎに、１０テスラの磁場印加条件下に、窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込みながら、前記金属塩溶液８５ｃｍ3と還元剤溶液３０ｃｍ3とを混合した。なお、混合液の組成は、０．０８７ｍｏｌ／ｄｍ3酢酸コバルト〔コバルト(II)イオン換算〕、１．１ｍｍｏｌ／ｄｍ3ポリエチレングリコール、０．２２ｍｍｏｌ／ｄｍ3塩化白金酸〔白金（ＩＶ）イオン換算〕、０．８７ｍｍｏｌ／ｄｍ3ヒドラジンである。その後、得られた混合液を２５℃で１時間保温して、コバルト(II)イオンおよび白金（ＩＶ）イオンそれぞれをヒドラジンにより還元した。
【００７８】
前記混合液を１０分間８０００×ｇの遠心分離に供して、析出物を回収した後、この析出物をエタノールおよびアセトンで洗浄し、実施例１の試料を得た。
【００７９】
（比較例１）
実施例１において、磁場印加条件に代えて、磁場を印加しない条件下に、窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込みながら、前記金属塩溶液８５ｃｍ3と還元剤溶液３０ｃｍ3とを混合したことを除き、前記実施例１と同様に操作を行なって、比較例１の試料を得た。
【００８０】
（試験例１）
実施例１および比較例１それぞれの試料について、走査型電子顕微鏡で観察した。
また。実施例１の試料に含まれる強磁性金属ナノ構造体の平均直径は、走査型電子顕微鏡で観察した結果を画像解析し、１００個の強磁性金属ナノ構造体それぞれの最大直径および最小直径を測定し、それらの平均値〔（最大直径＋最小直径）／２〕を求めて、さらに、全強磁性金属ナノ構造体の平均値を算出することにより求めた。比較例１の試料に含まれる粒子の平均粒径は、走査型電子顕微鏡で観察した結果を画像解析し、３００個の粒子の粒径を測定し、平均値を算出することにより求めた。
実施例１の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真を図７に示す。また、図７の図面代用写真の一部を拡大して観察した結果を示す図面代用写真を図８に示す。さらに、比較例１の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真を図９に示す。
【００８１】
また、実施例１および比較例１それぞれの試料について、Ｘ線回折装置を用い、Ｍｏ−Ｋα線を用いてＸ線回折を行なった。
実施例１および比較例１それぞれの試料のＸ線回折パターンを示すグラフを図１０に示す。図１０において、（ａ）は、実施例１の試料のＸ線回折パターン、（ｂ）は、比較例１の試料のＸ線回折パターンを示す。また、図１０において、黒三角は、面心立方格子構造に特徴的なピーク、白抜三角は、六方最密充填構造に特徴的なピークをそれぞれ示す。
【００８２】
図７および８に示された結果から、磁場印加条件下に、コバルト(II)イオンおよび白金（ＩＶ）イオンそれぞれをヒドラジンにより還元した場合、平均直径が約６５ｎｍ、平均長さが約２．３１×１０4ｎｍ、アスペクト比（平均値）が約１３７．６であるロッド状のナノ構造体が形成されていることがわかる。なお、前記平均直径および平均長さは、走査型電子顕微鏡で観察した結果を画像解析し、３００個の粒子それぞれの直径および長さを測定して、それらの平均値を算出することにより求めた。また、アスペクト比（平均値）は、式：アスペクト比（平均値）＝平均長さ／平均直径に基づいて算出した値である。
【００８３】
これに対して、図９に示された結果から、磁場を印加しない条件下にコバルト(II)イオンおよび白金（ＩＶ）イオンそれぞれをヒドラジンにより還元した場合には、ロッド状のナノ構造体がほとんど形成されないことがわかる。
【００８４】
さらに、図１０に示された結果から、磁場印加条件下に、コバルト(II)イオンおよび白金（ＩＶ）イオンそれぞれをヒドラジンにより還元した場合（図１０（ａ））、磁場を印加しない条件下にコバルト(II)イオンおよび白金（ＩＶ）イオンそれぞれをヒドラジンにより還元した場合（図１０（ｂ））に比べて、六方最密充填構造に特徴的なピークが大きくなっていることがわかる。
【００８５】
以上のように、磁場印加条件下に、コバルト(II)イオンおよび白金（ＩＶ）イオンそれぞれをヒドラジンにより還元することにより、ロッド状のナノ構造体を形成させることができることがわかる。また、走査型電子顕微鏡により観察した実施例１の試料は、遠心分離後の試料であるにもかかわらず、ロッド状のナノ構造体の構造を維持しているため、前記ナノ構造体は、強固なものであることが示唆される。
【００８６】
（実施例２）
実施例１において、イオン交換水に代えて、プロピレングリコールを用い、かつ１．０ｍｏｌ／ｄｍ3水酸化ナトリウム水溶液に代えて、１．０ｍｏｌ／ｄｍ3水酸化ナトリウム−プロピレングリコール溶液を用いたことを除き、実施例１と同様に操作を行なって、実施例２の試料を得た。
【００８７】
（比較例２）
実施例２において、磁場印加条件に代えて、磁場を印加しない条件下に、窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込みながら、前記金属塩溶液８５ｃｍ3と還元剤溶液３０ｃｍ3とを混合したことを除き、前記実施例２と同様に操作を行なって、比較例２の試料を得た。
【００８８】
（試験例２）
実施例２および比較例２それぞれの試料について、試験例１と同様に操作を行なって、走査型電子顕微鏡で観察して、ロッド状のナノ構造体の平均直径、平均長さおよびアスペクト比（平均値）を算出するとともに、Ｘ線回折を行なった。
【００８９】
実施例２の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真を図１１に示す。また、図１１の図面代用写真の一部を拡大して観察した結果を示す図面代用写真を図１２に示す。さらに、比較例２の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真を図１３に示す。
また、実施例２および比較例２それぞれの試料のＸ線回折パターンを示すグラフを図１４に示す。図１４において、（ａ）は、実施例２の試料のＸ線回折パターン、（ｂ）は、比較例２の試料のＸ線回折パターンを示す。また、図１４において、黒三角は、面心立方格子構造に特徴的なピーク、白抜三角は、六方最密充填構造に特徴的なピークをそれぞれ示す。
【００９０】
図１１および１２に示された結果から、磁場印加条件下に、コバルト(II)イオンおよび白金（ＩＶ）イオンそれぞれをヒドラジンにより還元した場合、平均直径が１４４ｎｍ、平均長さが３．０×１０4ｎｍ、アスペクト比（平均値）が約２０８のロッド状のナノ構造体が形成されていることがわかる。また、前記実施例１の試料のように、溶媒としてイオン交換水を用いた場合に比べて、実施例２の試料のように、溶媒としてプロピレングリコールを用いた場合には、より大きく、アスペクト比の高いロッド状のナノ構造体を得ることができることがわかる。
【００９１】
これに対して、図１３に示された結果から、磁場を印加しない条件下にコバルト(II)イオンおよび白金（ＩＶ）イオンそれぞれをヒドラジンにより還元した場合には、ロッド状のナノ構造体がほとんど形成されないことがわかる。
【００９２】
さらに、図１４に示された結果から、磁場印加条件下に、コバルト(II)イオンおよび白金（ＩＶ）イオンそれぞれをヒドラジンにより還元した場合（図１４（ａ））、磁場を印加しない条件下にコバルト(II)イオンおよび白金（ＩＶ）イオンそれぞれをヒドラジンにより還元した場合（図１４（ｂ））に比べて、六方最密充填構造に特徴的なピークが大きくなっていることがわかる。
【００９３】
（実施例３〜５）
プロピレングリコールに窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込み、溶存している酸素を除去した。つぎに、得られたプロピレングリコール５０ｃｍ3に、窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込みながら、分散剤であるポリエチレングリコール（数平均分子量：２００００）１．３×１０-4ｍｏｌと、金属塩である酢酸コバルト（ＩＩ）三水和物０．０１０ｍｏｌとを添加し、溶解させた。その後、得られた溶液に、窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込みながら、１．０ｍｏｌ／ｄｍ3水酸化ナトリウム−プロピレングリコール溶液２５ｃｍ3を添加して、前記溶液のｐＨを１２に調整した。ｐＨ調整後の溶液７５ｃｍ3に、窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込みながら、核形成剤である２５×１０-4ｍｏｌ／ｄｍ3塩化白金酸−プロピレングリコール溶液１０ｃｍ3を添加し、金属塩溶液を得た。
【００９４】
一方、プロピレングリコールに窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込み、溶存している酸素を除去した。得られたプロピレングリコール３０ｃｍ3にヒドラジン一水和物０．１０ｍｏｌを添加して溶解させ、還元剤溶液を作製した。
【００９５】
つぎに、２テスラ（実施例３）、５テスラ（実施例４）または１０テスラ（実施例５）の強磁場印加条件下、窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込みながら、前記金属塩溶液８５ｃｍ3と還元剤溶液３０ｃｍ3とを混合した。なお、得られた混合液の組成は、０．０８７ｍｏｌ／ｄｍ3酢酸コバルト〔コバルト(II)イオン換算〕、１．１ｍｍｏｌ／ｄｍ3ポリエチレングリコール、２．２ｍｍｏｌ／ｄｍ3塩化白金酸〔白金（ＩＶ）イオン換算〕、０．８７ｍｍｏｌ／ｄｍ3ヒドラジンである。その後、得られた混合液を２５℃で１時間保温して、コバルト(II)イオンおよび白金（ＩＶ）イオンそれぞれをヒドラジンにより還元した。
【００９６】
前記混合液を１０分間８０００×ｇの遠心分離に供して、析出物を回収した後、この析出物をエタノールおよびアセトンで洗浄し、実施例３〜５の試料を得た。
【００９７】
（試験例３）
実施例３〜５それぞれの試料について、試験例１と同様に操作を行なって、走査型電子顕微鏡で観察して、ロッド状のナノ構造体の平均直径、平均長さおよびアスペクト比（平均値）を算出するとともに、Ｘ線回折を行なった。これにより、磁場強度とナノ構造体の直径およびアスペクト比との関係を調べた。
【００９８】
実施例３〜５それぞれの試料に含まれるナノ構造体を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真を図１５〜１７に示す。
また、磁場強度とナノ構造体の直径およびアスペクト比それぞれとの関係を示すグラフを図１８に示す。図１８において、実線は、直径の平均値、破線は、アスペクト比の平均値を示す。
さらに、実施例３〜５それぞれの試料のＸ線回折パターンを示すグラフを図１９に示す。図１９において、（ａ）は、実施例３の試料のＸ線回折パターン、（ｂ）は、実施例４の試料のＸ線回折パターン、（ｃ）は、実施例５の試料のＸ線回折パターンを示す。また、図１９において、黒三角は、面心立方格子構造に特徴的なピーク、白抜三角は、六方最密充填構造に特徴的なピークをそれぞれ示す。
【００９９】
図１５〜１８に示された結果から、磁場強度が大きいほどアスペクト比は大きくなる傾向を示し、直径は小さくなる傾向を示すことがわかる。
さらに、図１９に示された結果から、Ｘ線回折パターンは、磁場強度によらず、ほぼ同様のパターンを示すことがわかる。
【０１００】
以上の結果より、磁場強度の大きさによって、得られるナノ構造体の直径およびアスペクト比を制御することができることが示唆される。
【０１０１】
（試験例４）
実施例２および５それぞれの試料について、試験例１と同様に操作を行なって、走査型電子顕微鏡で観察して、ロッド状のナノ構造体の平均直径、平均長さおよびアスペクト比（平均値）を算出するとともに、Ｘ線回折を行なった。これにより、核形成剤の濃度とナノ構造体の粒径およびアスペクト比との関係を調べた。
【０１０２】
実施例２の試料に含まれるナノ構造体を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真を図２０に示し、図２０の図面代用写真の一部を拡大して観察した結果を示す図面代用写真を図２１に示す。さらに、実施例５の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真を図２２に示し、図２２の図面代用写真の一部を拡大して観察した結果を示す図面代用写真を図２３に示す。
また、実施例２および５それぞれの試料のＸ線回折パターンを示すグラフを図２４に示す。図２４において、（ａ）は、実施例２の試料のＸ線回折パターン、（ｂ）は、実施例５の試料のＸ線回折パターンを示す。また、図２４において、黒三角は、面心立方格子構造に特徴的なピーク、白抜三角は、六方最密充填構造に特徴的なピークをそれぞれ示す。
【０１０３】
図２０および２１に示された結果から、金属塩溶液と還元剤溶液との混合液における核形成剤（塩化白金酸）の濃度（白金（IV）イオン換算濃度）が０．２２ｍＭである場合、ナノ構造体の平均直径が約１４４ｎｍ、平均長さが約３．０×１０4ｎｍ、アスペクト比（平均値）が約２０８であることがわかる。また、図２２および２３に示された結果から、金属塩溶液と還元剤溶液との混合液における核形成剤（塩化白金酸）の濃度（白金（IV）イオン換算濃度）が２．２ｍＭである場合、ナノ構造体の平均直径が約１２１ｎｍ、平均長さが約３．５×１０4ｎｍ、アスペクト比（平均値）が約２７２であることがわかる。したがって、金属塩溶液と還元剤溶液との混合液における核形成剤の濃度を高くするほど、ナノ構造体のアスペクト比を大きくすることができ、前記濃度を低くするほど、ナノ構造体のアスペクト比を小さくすることができることがわかる。また、金属塩溶液と還元剤溶液との混合液における核形成剤の濃度を高くするほど、ナノ構造体の直径を小さくすることができ、前記濃度を低くするほど、ナノ構造体の直径を大きくすることができることがわかる。
また、図２４に示された結果から、Ｘ線回折パターンは、金属塩溶液と還元剤溶液との混合液における核形成剤の濃度によらず、ほぼ同様のパターンを示すことがわかる。
【０１０４】
（実施例６）
実施例４において、プロピレングリコール３０ｃｍ3にヒドラジン一水和物０．１０ｍｏｌを添加して溶解させ、還元剤溶液を作製したことに代えて、プロピレングリコール３０ｃｍ3にヒドラジン一水和物０．０５ｍｏｌを添加して溶解させ、還元剤溶液を作製し、金属塩溶液と還元剤溶液との混合液における還元剤（ヒドラジン）の濃度を０．４３５ｍｍｏｌ／ｄｍ3としたことを除き、実施例５と同様に操作を行なって、実施例６の試料を得た。
【０１０５】
（試験例５）
実施例４および６それぞれの試料について、試験例１と同様に操作を行なって、走査型電子顕微鏡で観察して、ロッド状のナノ構造体の平均直径、平均長さおよびアスペクト比（平均値）を算出するとともに、Ｘ線回折を行なった。これにより、還元剤の濃度および磁場強度とナノ構造体の粒径およびアスペクト比との関係を調べた。
【０１０６】
実施例４の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真を図２５に示し、図２５の図面代用写真の一部を拡大して観察した結果を示す図面代用写真を図２６に示す。さらに、実施例６の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真を図２７に示し、図２７の図面代用写真の一部を拡大して観察した結果を示す図面代用写真を図２８に示す。
また、実施例４および６それぞれの試料のＸ線回折パターンを示すグラフを図２９に示す。図２９において、（ａ）は、実施例４の試料のＸ線回折パターン、（ｂ）は、実施例６の試料のＸ線回折パターンを示す。また、図２９において、黒三角は、面心立方格子構造に特徴的なピーク、白抜三角は、六方最密充填構造に特徴的なピークをそれぞれ示す。
【０１０７】
図２５および２６に示された結果から、金属塩溶液と還元剤溶液との混合液における還元剤（ヒドラジン）の濃度が０．８７Ｍであり、磁場強度が１０テスラである場合、ナノ構造体の平均直径が約１２１ｎｍ、平均長さが約３．５×１０4ｎｍ、アスペクト比（平均値）が約２７２であることがわかる。また、図２７および２８に示された結果から、金属塩溶液と還元剤溶液との混合液における還元剤（ヒドラジン）の濃度が０．４３５Ｍであり、磁場強度が５テスラである場合、ナノ構造体の平均直径が約１１０ｎｍ、平均長さが約６．５×１０4ｎｍ、アスペクト比（平均値）が約６００であることがわかる。
したがって、金属塩溶液と還元剤溶液との混合液における還元剤の濃度を高くし、かつ磁場強度を高くするほど、ナノ構造体のアスペクト比を小さくすることができ、前記濃度を低くし、磁場強度を低くするほど、ナノ構造体のアスペクト比を大きくすることができることがわかる。
これらの結果から、還元剤の濃度を低くして、コバルト(II)イオンおよび白金（ＩＶ）イオンそれぞれの還元をゆっくりと進行させ、かつ磁場強度を低くするほど、アスペクト比を大きくすることができることがわかる。
また、図２９に示された結果から、Ｘ線回折パターンは、金属塩溶液と還元剤溶液との混合液における還元剤の濃度によらず、ほぼ同様のパターンを示すことがわかる。
【０１０８】
（試験例６）
実施例６で得られたコバルトナノ構造体をエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置に供して、元素組成を分析した。実施例６で得られたコバルトナノ構造体中における元素を分析した結果を示すグラフを図３０に示す。
【０１０９】
図３０に示される結果から、コバルトと、コバルトナノ構造体の長手方向に分布した白金以外には検出されておらず、検出された元素の割合を算出したところ、コバルトが９９．８ａｔ％、白金が０．２ａｔ％であることがわかる。
【０１１０】
（実施例７）
実施例２において、酢酸コバルト（II）六水和物に代えて、塩化ニッケル（II）六水和物を用い、磁場強度を５テスラとしたことを除き、実施例２と同様に操作を行なって、実施例７の試料を得た。
【０１１１】
（試験例７）
実施例７の試料について、試験例１と同様に操作を行なって、走査型電子顕微鏡で観察した。実施例７の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真を図３１に示す。
【０１１２】
図３１に示されるように、強磁性金属イオンとして、ニッケル（II）イオンを用いた場合にも、コバルト（II）イオンを用いた場合と同様に強磁性金属ナノ構造体であるナノファイバーを得ることができることがわかる。
【０１１３】
（強磁性金属ナノ構造体の形態制御のまとめ）
以上の結果より、強磁性金属ナノ構造体の形態制御のしかたを総括する。溶媒として水を用いた場合の強磁性金属ナノ構造体の形態制御の仕方の例を示す概略説明図を図３２に示す。また、溶媒として有機系溶媒であるプロピレングリコールを用いた場合の強磁性金属ナノ構造体の形態制御の仕方の例を示す概略説明図を図３３に示す。図３２および図３３は、強磁性金属のイオンとして、コバルト(II)イオンを用いた場合を例として示す。
【０１１４】
図３２に示されるように、溶媒として、比較的粘度が低い水を用いた場合には、磁場強度および核形成剤濃度それぞれを調整したとき、例えば、同じ核形成剤濃度では、磁場強度を大きくすることにより、アスペクト比を大きくし、かつ直径を小さくすることができる。また、同じ磁場強度では、核形成剤濃度を大きくすることにより、アスペクト比を大きくし、かつ直径を小さくすることができる。
また、このように、溶媒として、比較的粘度が低い水を用いた場合には、生成される強磁性金属ナノ構造体の表面の形状は、数珠つなぎ状とすることができる。なお、かかる表面の形状などの形態は、磁場強度、核形成剤濃度、還元反応速度（例えば、還元剤濃度の調整）などを組み合わせることにより、制御することができる。
【０１１５】
一方、図３３に示されるように、溶媒として、比較的粘度が高い有機溶媒（プロピレングリコール）を用いた場合には、磁場強度および核形成剤濃度それぞれを調整したとき、例えば、同じ核形成剤濃度では、磁場強度を大きくすることにより、アスペクト比を大きくし、かつ直径を小さくすることができる。また、同じ磁場強度では、核形成剤濃度を大きくすることにより、アスペクト比を大きくし、かつ直径を小さくすることができる。
また、このように、溶媒として、比較的粘度が高い有機系溶媒（プロピレングリコール）を用いた場合には、生成される強磁性金属ナノ構造体の表面の形状は、断面が長手方向においてほぼ一定で、平滑なものとすることができる。なお、かかる表面の形状などの形態は、磁場強度、核形成剤濃度、還元反応速度（例えば、還元剤濃度の調整）などを組み合わせることにより、制御することができる。
【符号の説明】
【０１１６】
１ 超伝導マグネット装置
１０ 容器
１０１ ナノ粒子核
１０２ 金属ナノ粒子
１０３ 強磁性金属ナノ構造体（強磁性金属ナノファイバー）
２０１ 強磁性シート材
２０２ シート材本体
２１０ はんだ
２１１ はんだ合金
３１０ 補強シート材
３１１ シート材本体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強磁性金属ナノ構造体の生成方法、強磁性金属ナノファイバーおよびそれを用いたはんだ、ならびにシート材に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属ナノ粒子、金属ナノワイヤー、金属ナノロッドなどの金属ナノ構造体は、当該金属ナノ構造体を構成する金属の種類によって、高い触媒活性や、金属のバルク材料とは異なる物性を示す。したがって、金属ナノ構造体は、電子部品、光学部品、磁性材料などの材料として種々の工業分野での利用が期待されている。
【０００３】
金属ナノ粒子を製造する方法として、還元剤を用いて金属イオンや金属化合物を還元する方法（例えば、特許文献１などを参照）が提案されている。この特許文献１には、酸化銀とゼラチンまたはゼラチン誘導体と還元性を有する単糖類または二糖類を混合し、水溶媒中５５〜８０℃で加熱して、銀ナノ粒子を得ることが記載されている。
しかしながら、前記特許文献１に記載の方法では、ナノ粒子しか得ることができず、ナノファイバーなどのような１次元形状の金属ナノ構造体を得ることができないという欠点がある。
【０００４】
一方、ナノロッド、ナノチューブ、ナノワイヤーなどの金属ナノファイバーは、例えば、微小な孔を有する多孔性膜などのテンプレートの孔内で金属の電解析出を行なうことにより、ロッド状またはチューブ状のナノ構造体を成長させる方法（「テンプレート法」という）により製造されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−９７０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記テンプレート法は、テンプレートの作製や、テンプレートから金属ナノ構造体を分離し、回収する操作が煩雑であるため、大量生産には不向きである。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡便な操作で生成することができる強磁性金属ナノ構造体の生成方法、強磁性金属ナノファイバーおよびそれを用いたはんだ、ならびにシート材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法は、強磁性金属ナノ構造体を生成する生成方法であって、
強磁性金属のイオンを還元させて強磁性金属を析出させる還元工程を含み、
前記強磁性金属のイオンに磁場を印加しながら前記強磁性金属のイオンを還元させることを特徴とする。
【０００８】
本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法では、強磁性金属のイオンに磁場を印加しながら前記強磁性金属のイオンを還元させる。これにより、強磁性金属を析出させると同時に、磁場方向に沿って配列するなどの自己組織化が生じ、ナノ構造を形成させることができる。このとき、生成される強磁性金属ナノ構造体の形態は、磁場強度や還元反応の速度に応じて、制御することができる。
したがって、特に、ナノファイバーの製造に好適である。
また、本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法によれば、例えば、従来の製造方法のようにテンプレートを用いなくても、生成される強磁性金属ナノ構造体の形態を制御することができるため、簡便な操作でナノ構造を生成することができる。
【０００９】
本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法では、前記還元工程において、溶媒に前記強磁性金属のイオンを加えた溶液に磁場を印加しながら、前記強磁性金属のイオンを液相還元法により還元させることが好ましい。
この場合、簡易な液相還元法を行なう際に、磁場印加を行なうだけで、強磁性金属ナノ構造体を生成することができるため、簡易である。
【００１０】
前記溶液は、前記強磁性金属のナノ粒子核を形成させるための核形成剤がさらに加えられたものであることが好ましい。
この場合、前記溶液中において、還元により析出した強磁性金属からなるナノ粒子核の形成を促進させることができるため、強磁性金属ナノ構造体の生成をより効率よく行なうことができる。また、核形成剤により、例えば、強磁性金属ナノ構造体の表面形状などの形態を制御することができる。
【００１１】
前記核形成剤は、前記還元を促進する触媒作用を有する金属を含むものであることが好ましい。
これにより、強磁性金属のイオンの還元を促進することができる。したがって、例えば、従来、金属ナノ構造体を生成させるのが困難であった室温においても、強磁性金属ナノ構造体を効率よく生成させることができる。
【００１２】
本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法では、強磁性金属ナノ構造体としてナノファイバーを生成するとき、前記溶液中における核形成剤の濃度を調整することで、生成されるナノファイバーの形態を制御することができる。
このとき、溶液中における核形成剤の濃度を高くすることにより、この核形成剤により形成させた１つのナノ粒子核に接触する強磁性金属の量が相対的に減り、形成される金属ナノ粒子の粒径が小さくなる。一方、溶液中における核形成剤の濃度を低くすることにより、この核形成剤により形成させた１つのナノ粒子核に接触する強磁性金属の量が相対的に増え、形成される金属ナノ粒子の粒径が大きくなる。
これにより、ナノファイバーの形態、例えば、ナノファイバーの表面の形状、ナノファイバーの長手方向における断面の直径やアスペクト比などを制御することができる。特に、核形成剤を加えることにより、還元反応の際にほぼ均一な大きさの金属ナノ粒子を生成することができるので、例えば、強磁性金属ナノ構造体の表面形状の制御などに好適である。
【００１３】
本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法では、強磁性金属ナノ構造体としてナノファイバーを生成するとき、前記強磁性金属のイオンが還元されて析出する速度を制御することで、生成されるナノファイバーの形態を制御することができる。
本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法では、強磁性金属ナノ構造体としてナノファイバーを生成するとき、前記溶液を、前記強磁性金属のイオンを還元させる還元剤がさらに加えられたものとし、前記溶液中における還元剤の濃度を調整することで、生成されるナノファイバーの形態を制御することができる。
このとき、溶液中における還元剤の濃度を高くすることにより、還元反応の速度を速くすることができ、一方、前記濃度を低くすることにより、還元反応の速度を遅くすることができる。
これにより、ナノファイバーの形態、例えば、ナノファイバーの表面の形状、ナノファイバーの長手方向における断面の直径やアスペクト比などを制御することができる。
【００１４】
本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法では、強磁性金属ナノ構造体としてナノファイバーを生成するとき、前記溶液のｐＨを調整することで、生成されるナノファイバーの形態を制御することができる。
このとき、前記溶液のｐＨを高くすることにより、還元速度を速くすることができ、一方、前記溶液のｐＨを低くすることにより、還元反応の速度を遅くすることができる。
これにより、ナノファイバーの形態、例えば、ナノファイバーの表面の形状、ナノファイバーの長手方向における断面の直径やアスペクト比などを制御することができる。
【００１５】
本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法では、前記強磁性金属ナノ構造体としてナノファイバーを生成するとき、前記還元工程において印加される磁場強度を調整することで、生成されるナノファイバーの形態、例えば、ナノファイバーの表面の形状、ナノファイバーの長手方向における断面の直径やアスペクト比などを制御することができる。例えば、ナノファイバーの長手方向における断面の直径やアスペクト比を制御する場合には、磁場強度を大きくすることにより、形成されるナノファイバーの径を小さくし、ナノファイバーのアスペクト比を大きくすることができ、一方、磁場強度を小さくすることにより、形成されるナノファイバーの径を大きくし、ナノファイバーのアスペクト比を小さくすることができる。
【００１６】
本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法では、制御されるナノファイバーの形態を、ナノファイバーのアスペクト比とすることができる。
また、制御されるナノファイバーの形態を、ナノファイバー長手方向における、ナノファイバー断面面積の均一性または不均一性とすることができる。
【００１７】
本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法では、前記ナノファイバーは、複数のナノ粒子が数珠つなぎ状に配列された形態を呈するものとすることができる。
また、前記ナノファイバーは、その断面面積がナノファイバー長手方向においてほぼ一定である形態を呈するものとすることができる。
さらに、前記ナノファイバーは、アスペクト比が１０以上であるものとすることができる。
【００１８】
本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法では、前記還元工程において、前記溶液を酸素欠乏状態に維持することが好ましい。
これにより、溶存酸素による酸化によって還元条件を変動させることなく、良好に還元条件を維持することができるため、還元反応を良好に進行させることができ、金属ナノ構造体の製造効率を向上させることができる。
【００１９】
本発明の強磁性金属ナノファイバーは、１つの側面では、強磁性金属イオンの還元によって形成した複数の強磁性金属ナノ粒子が、磁場の作用によって配列化し、前記複数の強磁性金属ナノ粒子間の接合部分で優先的な金属の析出が起こることでファイバー状に形成されたものであることを特徴とする。
また、本発明の強磁性金属ナノファイバーは、他の側面では、ナノファイバー形成に用いられた核形成剤によって形成された複数のナノ粒子核が、ナノファイバー内部において長手方向に分布していることを特徴とする。
本発明の強磁性金属ナノファイバーは、簡便な操作で得ることができる。
【００２０】
前述した強磁性金属ナノファイバーは、はんだや、補強シート材、強磁性シート材などのシート材に用いることができる。
本発明のはんだは、前述した強磁性金属ナノファイバーをはんだ合金中に含有していることを特徴とする。
また、本発明のシート材は、強磁性金属ナノファイバーをシート本体中に含有していることを特徴とする。かかるシート材としては、強磁性金属ナノファイバーをシート材本体中に含ませることで、物理的な強度を補強した補強シート材、前述した強磁性金属ナノファイバーを漉いてシート状に加工した強磁性シート材が挙げられる。
これらのはんだ、シート材は、前述した強磁性金属ナノファイバーが用いられており、簡便な操作で製造することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の強磁性金属ナノ構造体の生成方法によれば、簡便な操作で強磁性金属ナノ構造体を生成することができる。本発明の強磁性金属ナノファイバーは、簡便な操作で製造することができる。また、このかかる強磁性金属ナノファイバーを含有した本発明のはんだおよびシート材は、簡便に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る金属ナノ構造体の生成方法の処理手順を示す工程図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る金属ナノ構造体の生成方法における金属ナノ構造体の形成過程を示す概略説明図である。
【図３】本発明の変形例に係る金属ナノ構造体の生成方法の処理手順を示す工程図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るシート材の一例である強磁性シート材の構成を示す要部断面斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るはんだの構成を示す要部断面斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るシート材の一例である補強シート材の構成を示す要部断面斜視図である。
【図７】実施例１の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真である。
【図８】図７の図面代用写真の一部を拡大して観察した結果を示す図面代用写真である。
【図９】比較例１の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真である。
【図１０】実施例１および比較例１それぞれの試料のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図１１】実施例２の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真である。
【図１２】図１１の図面代用写真の一部を拡大して観察した結果を示す図面代用写真である。
【図１３】比較例２の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真である。
【図１４】実施例２および比較例２それぞれの試料のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図１５】実施例３の試料に含まれるナノ構造体を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真である。
【図１６】実施例４の試料に含まれるナノ構造体を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真である。
【図１７】実施例５の試料に含まれるナノ構造体を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真である。
【図１８】磁場強度とナノ構造体の直径およびアスペクト比それぞれとの関係を示すグラフである
【図１９】実施例３〜５それぞれの試料のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図２０】実施例２の試料に含まれるナノ構造体を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真である。
【図２１】図２０の図面代用写真の一部を拡大して観察した結果を示す図面代用写真である。
【図２２】実施例５の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真である。
【図２３】図２２の図面代用写真の一部を拡大して観察した結果を示す図面代用写真である。
【図２４】実施例２および５それぞれの試料のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図２５】実施例４の試料に含まれるナノ構造体を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真である。
【図２６】図２５の図面代用写真の一部を拡大して観察した結果を示す図面代用写真である。
【図２７】実施例６の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真である。
【図２８】図２７の図面代用写真の一部を拡大して観察した結果を示す図面代用写真である。
【図２９】実施例４および６それぞれの試料のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図３０】実施例６で得られたコバルトナノ構造体中における元素を分析した結果を示すグラフである。
【図３１】実施例７の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真である。
【図３２】溶媒として水を用いた場合の強磁性金属ナノ構造体の形態制御の仕方の例を示す概略説明図である。
【図３３】溶媒として有機系溶媒であるプロピレングリコールを用いた場合の強磁性金属ナノ構造体の形態制御の仕方の例を示す概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［強磁性金属ナノ構造体の生成方法の処理手順］
まず、本発明の一実施形態に係る強磁性金属ナノ構造体の生成方法を説明する。
本実施形態に係る強磁性金属ナノ構造体の生成方法は、強磁性金属のイオンを還元させて強磁性金属を析出させる還元工程を含み、前記強磁性金属のイオンに磁場を印加しながら前記強磁性金属のイオンを還元させることを特徴としている。
【００２４】
本実施形態に係る強磁性金属ナノ構造体の生成方法によれば、強磁性金属のイオンに磁場を印加しながら前記強磁性金属のイオンを還元させるため、前記イオンの還元により強磁性金属を析出させると同時に、析出した強磁性金属からなる強磁性金属ナノ粒子を磁場の作用により磁場方向に沿って配列するなどの自己組織化が生じさせることができる。これにより、ナノ構造を形成させることができる。そのため、従来の方法のように、ナノ構造を形成させるためのテンプレートを用いなくても、強磁性金属ナノ構造体を得ることができる。また、かかる還元工程において、還元反応の速度および印加される磁場強度を調整することによって、他の工程を行なわなくても、生成される強磁性金属ナノ構造体の形態を容易に制御することができる。
【００２５】
なお、本明細書において、「ナノファイバー」の用語には、ナノロッドやナノワイヤーを含んでおり、長手方向の長さがナノスケールを逸脱するものであっても、少なくとも１つの長さ（例えば、直径など）がナノスケールであるファイバーをいう。
【００２６】
本実施形態に係る強磁性金属ナノ構造体の生成方法により制御される強磁性金属ナノ構造体の形態としては、ナノファイバーのアスペクト比、ナノファイバー長手方向における、ナノファイバー断面面積の均一性または不均一性などが挙げられる。
【００２７】
強磁性金属としては、例えば、コバルト、鉄、ニッケルなどや、これらの少なくとも１種を主成分とする合金などが挙げられる。また、強磁性金属のイオンは、還元しやすい状態のイオンであればよい。
【００２８】
前記還元工程において、強磁性金属のイオンの還元は、強磁性金属のイオンに電子を与えることにより行なうことができり前記強磁性金属イオンの還元は、液相中でおこなってもよく、固相上でおこなってもよい。
【００２９】
また、強磁性金属のイオンへの磁場の印加は、超電導マグネットなどにより行なうことができる。
磁場強度は、生成される強磁性金属ナノ構造体に要求される形態、例えば、アスペクト比などに応じて設定することができる。かかる磁場強度は、通常１〜１０テスラに設定することができる。
【００３０】
前記還元工程では、液相を構成する溶液の性質を選択することによって還元反応を容易に制御することができ、生成される強磁性金属ナノ構造体の形態を、より効果的に制御することができる観点から、溶媒に強磁性金属のイオンを加えた溶液に磁場を印加しながら、前記強磁性金属のイオンを還元させることが好ましい。これにより、微細な強磁性金属ナノ構造体を得ることができ、かつ得られる強磁性金属ナノ構造体の大きさなどのバラツキを低減することもできる。
【００３１】
溶媒に強磁性金属のイオンを加えた溶液は、強磁性金属の金属塩を溶媒に溶解させることにより得ることができる。金属塩としては、例えば、金属酢酸塩、金属の塩化物、金属硫酸塩、金属硝酸塩などが挙げられる。これらの塩は、水和物であってもよく、無水物であってもよい。強磁性金属の金属塩としては、例えば、酢酸コバルト（II）四水和物、酢酸コバルト（II）無水物、硫酸コバルト(II)七水和物、硫酸コバルト(II)無水物、塩化コバルト(II)六水和物、塩化コバルト(II)無水物、硝酸コバルト(II)六水和物、硝酸コバルト(II)無水物、酢酸ニッケル(II)四水和物、酢酸ニッケル(II)無水物、塩化ニッケル(II)六水和物、塩化ニッケル(II)無水物、硫酸ニッケル(II)六水和物、硫酸ニッケル(II)無水物、硝酸ニッケル(II)六水和物、硝酸ニッケル(II)無水物、硫酸鉄（II）七水和物、硫酸鉄（II）無水物などが挙げられる。
【００３２】
溶液中で強磁性金属のイオンの還元を行なう場合、前記溶液中の強磁性金属のイオンの濃度は、通常０．００１〜１ｍｏｌ／ｄｍ3とすることができる。
【００３３】
溶媒としては、水および有機系溶媒が挙げられる。
【００３４】
前記有機系溶媒としては、特に限定されないが、例えば、炭素数１〜６のアルコール、炭素数２〜４のアルキレングリコール、炭素数３〜６のケトン、炭素数３〜６のアルキレングリコールアルキルエーテルなどが挙げられる。
【００３５】
前記アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、プロピルアルコール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノールなどが挙げられる。前記アルキレングリコールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコールなどが挙げられる。前記アルキレングリコールアルキルエーテルとしては、例えば、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールモノ−ｎ−プロピルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコールブチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテルなどが挙げられる。前記ケトンとしては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、エチルイソブチルケトン、メチルイソブチルケトンなどが挙げられる。
これらの有機溶媒のなかでは、入手容易性や、液相中における金属粒子の分散性に優れる観点から、プロピレングリコールが好ましい。
【００３６】
前記溶液は、この溶液中において、還元により析出した強磁性金属からなるナノ粒子核を形成させ、強磁性金属ナノ構造体の生成をより効率よく行なう観点から、前記強磁性金属のナノ粒子核を形成させるための核形成剤がさらに加えられたものであることが好ましい。
また、室温において、還元反応を促進する観点から、前記核形成剤は、前記還元を促進する触媒作用を有する金属を含むものであることが好ましい。
【００３７】
ここで、「ナノ粒子核」とは、強磁性金属のナノ粒子を形成する際に核として働くものをいい、前記強磁性金属や核形成剤に含まれる成分から構成されているものをいう。
【００３８】
前記核形成剤としては、特に限定されないが、例えば、塩化白金酸六水和物、塩化鉛、硝酸銀などが挙げられる。これらのなかでは、強磁性金属のイオンとしてコバルトイオンなどを用いた強磁性金属ナノ構造体の製造に際して、還元反応を良好に進行させる観点から、塩化白金酸六水和物が好ましい。前記核形成剤は、ナノ粒子核を良好に形成させる観点から、例えば、強磁性金属よりもイオン化傾向が小さい金属を有するものより選択することが望ましい。
【００３９】
前記溶液中における核形成剤の濃度は、強磁性金属のイオンの還元を促進し、かつナノ粒子核を形成させる観点から、通常０．０１〜１０ｍｍｏｌ／ｄｍ3とすることができる。なお、かかる濃度は金属イオン換算での濃度である。
【００４０】
前記核形成剤を用いた場合、強磁性金属ナノ構造体としてナノファイバーを生成させることができる。このとき、前記溶液中における核形成剤の濃度を調整することで、生成されるナノファイバーの形態を制御することができる。
生成されるナノファイバーの形態、例えば、アスペクト比を制御する場合、溶液中における核形成剤の濃度を高くすることにより、ナノファイバーのアスペクト比が大きい値となるように制御することができ、前記濃度を低くすることにより、ナノファイバーのアスペクト比が小さい値となるように制御することができる。
これは、溶液中における核形成剤の濃度が高いときには、この核形成剤により形成させた１つのナノ粒子核に接触する強磁性金属の量が相対的に減り、形成される金属ナノ粒子の粒径が小さくなり、前記濃度が低いときには、この核形成剤により形成させた１つのナノ粒子核に接触する強磁性金属の量が相対的に増え、形成される金属ナノ粒子の粒径が大きくなるからであると考えられる。
【００４１】
また、本実施形態においては、前記強磁性金属のイオンが還元されて析出する速度を制御することで、強磁性金属ナノ構造体としてナノファイバーの形態を制御し、好適に生成させることができる。
強磁性金属のイオンが還元されて析出する速度は、溶液中の還元剤の濃度を調整して還元反応の速度を制御することにより、制御することができる。
すなわち、前記溶液を、前記強磁性金属のイオンを還元させる還元剤がさらに加えられたものとし、前記溶液中における還元剤の濃度を調整することで、生成されるナノファイバーの形態を制御することができる。
【００４２】
前記還元剤としては、例えば、ヒドラジン、次亜リン酸、水素化ホウ素およびそれらの塩、ジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）などが挙げられる。金属の強磁性の特性を維持し、強磁場印加の効果を十分に発揮させ、かつ高純度の強磁性金属ナノ構造体を得ることができる観点から、好ましくはヒドラジンである。
前記溶液中における還元剤の濃度は、還元反応を良好に行なう観点から、前記溶液中における強磁性金属のイオンの濃度の１０倍程度とすることが望ましく、０．１〜１０ｍｏｌ／ｄｍ3とすることができる。
【００４３】
溶液中における還元剤の濃度を調整することにより、生成されるナノファイバーの形態、例えば、アスペクト比を制御する場合、溶液中における還元剤の濃度を高くすることにより、ナノファイバーのアスペクト比が大きい値となるように制御することができ、前記濃度を低くすることにより、ナノファイバーのアスペクト比が小さい値となるように制御することができる。
【００４４】
本実施形態においては、前記溶液の性質、例えば、当該溶液のｐＨの調整、溶媒の種類などの選択などにより、強磁性金属ナノ構造体としてナノファイバーの形態を制御し、好適に生成させることができる。
【００４５】
前記溶液のｐＨを調整することにより、例えば、ナノファイバーのアスペクト比を制御することができる。
【００４６】
溶液のｐＨをかかる範囲内で高くするほど、還元力が大きくなるので、還元反応の初期段階で生成する金属ナノ粒子の粒径が小さくなる傾向がある。一方、溶液のｐＨを前記範囲内で低くするほど、還元力が小さくなるので、還元反応の初期段階で生成する金属ナノ粒子の粒径が大きくなる傾向がある。
したがって、前記溶液のｐＨを調整することにより、生成されるナノファイバーの形態、例えば、アスペクト比を制御する場合、溶液中におけるｐＨを高いｐＨに調整することにより、ナノファイバーのアスペクト比が小さい値となるように制御することができ、前記ｐＨを低いｐＨに調整することにより、ナノファイバーのアスペクト比が大きい値となるように制御することができる。
【００４７】
前記溶液のｐＨは、溶媒にｐＨ調整剤を加えることにより調整することができる。かかるｐＨは、還元反応を良好に進行させる観点から、好ましくは１０〜１３である。
【００４８】
前記ｐＨ調整剤としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられる。液相中における前記ｐＨ調整剤の濃度は、適切な大きさの金属ナノ構造体を得る観点から、好ましくは０．１ｍｏｌ／ｄｍ3〜１ｍｏｌ／ｄｍ3である。
【００４９】
前記溶媒の種類などを選択することにより、前記形態、例えば、ナノファイバー長手方向における、ナノファイバー断面面積の均一性または不均一性を制御することができる。例えば、溶媒として、粘度の低い水を選択した場合、複数のナノ粒子が数珠繋ぎ状に配列された形態を呈するナノファイバーを得ることができ、溶媒として、水に比べて粘度の高い有機系溶媒を選択した場合、ナノファイバー長手方向における、ナノファイバー断面面積が、このナノファイバー長手方向にいてほぼ一定である形態を呈するナノファイバーを得ることができる。
【００５０】
また、前記形態は、溶媒に分散剤を加えることによって調整することもできる。
前記分散剤は、溶媒の種類に応じて選択することができ、特に限定されるものではないが、溶媒として水を用いる場合の分散剤としては、例えば、ポリアルキレングリコール（例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなど）などが挙げられる。溶媒として有機系溶媒を用いる場合の分散剤としては、例えば、ポリアルキレングリコール（例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなど）、直鎖または分岐鎖を有していてもよい炭素数３〜３０の飽和脂肪酸、直鎖または分岐鎖を有していてもよい炭素数３〜３０の不飽和脂肪酸、直鎖または分岐鎖を有していてもよい炭素数２〜２０の飽和アミン、直鎖または分岐鎖を有していてもよい炭素数２〜２０の不飽和アミンなどが挙げられる。
【００５１】
前記ポリアルキレングリコールは、金属ナノ構造体の生成を十分に行なう観点から、重量平均分子量が好ましくは３００以上、より好ましくは２００００以上であり、製造に際する取り扱いの容易性の観点から、好ましくは５００００００以下、より好ましくは３００００以下であるものが望ましい。前記飽和脂肪酸としては、例えば、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、ヘプタデシル酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、ヘプタコサン酸、モンタン酸、メリシン酸、ラクセル酸などがあげられる。前記不飽和脂肪酸としては、例えば、アクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、ウンデシレン酸、オレイン酸、エライジン酸、セトレイン酸、エルカ酸、ブラシジン酸、ソルビン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、プロピオール酸、ステアロール酸などがあげられる。前記飽和アミンとしては、例えば、エチルアミン、プロピルアミン、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、イソプロピルアミン、ｔｅｒｔ−ブチルアミンなどが挙げられる。前記不飽和アミンとしては、例えば、アリルアミン、オレイルアミンなどがあげられる。
これらのなかでは、入手容易性や、液相中における金属粒子の分散性に優れる観点から、ポリエチレングリコールが好ましい。
【００５２】
液相中における分散剤の含有量は、所望の大きさによって適宜設定することができるが、ナノレベルの大きさの構造体を得る観点から、好ましくは１〜５００００ｖｏｌ ｐｐｍである。
【００５３】
また、本実施形態においては、前記還元工程において印加される磁場強度を調整することで、生成されるナノファイバーの形態を制御することができる。
前記磁場強度は、通常０．５〜１０テスラとすることができる。
磁場強度を調整することにより、例えば、ナノファイバーのアスペクト比を制御することができる。
【００５４】
前記磁場強度を調整することにより、生成されるナノファイバーの形態、例えば、アスペクト比を制御する場合、磁場強度を大きくすることにより、ナノファイバーのアスペクト比が大きい値となるように制御することができ、前記磁場強度を小さくすることにより、ナノファイバーのアスペクト比が小さい値となるように制御することができる。
【００５５】
また、前記還元工程では、溶存酸素による酸化によって還元条件を変動させることなく、良好に還元条件を維持する観点から、前記溶液を酸素欠乏状態に維持することが好ましい。これにより、強磁性金属ナノ構造体の生成効率を向上させることができる。
【００５６】
溶液を酸素欠乏状態に維持する方法としては、例えば、溶液中に不活性ガスを吹き込み、溶存酸素を除去する方法や溶液中に酸素を吸着させるための酸素吸着剤を入れ、溶存酸素を除去する方法などが挙げられる。
前記不活性ガスとして、例えば、窒素ガス、アルゴンガスなどが用いられる。
また、酸素吸着剤として、例えば、ゼオライトなどが用いられる。
【００５７】
なお、本発明においては、強磁性金属ナノ構造体の形態は、前記磁場強度、核形成剤濃度、溶液の種類、還元反応速度（例えば、還元剤濃度の調整、溶液のｐＨ調整など）などを組み合わせることにより、所望の形態に制御することができる。
【００５８】
本実施形態に係る強磁性金属ナノ構造体の生成方法によれば、還元反応の速度や磁場強度を適宜設定することにより、前記強磁性金属ナノ構造体としてナノファイバーを生成する場合、アスペクト比を１０以上、好ましくは１００以上、好ましくは２００以上、より好ましくは６００以上とすることができる。なお、数珠つなぎ状のナノファイバーの場合、アスペクト比は、走査型電子顕微鏡で観察した結果を画像解析し、１００個の強磁性金属ナノ構造体それぞれについて最大直径および最小直径を測定し、それらの平均値〔（最大直径＋最小直径）／２〕を求め、これを長手方向の長さの平均値で割ることにより算出した値である。
【００５９】
以下、添付図面により、本実施形態に係る強磁性金属ナノ構造体の生成方法の処理手順をより詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る強磁性金属ナノ構造体の生成方法の処理手順を示す工程図である。
【００６０】
ここでは、溶媒として、水またはプロピレングリコールを用い、分散剤として、重量平均分子量が６００００であるポリエチレングリコールを用い、強磁性金属のイオンとして、コバルト(II)イオンを用い、核形成剤として、塩化白金酸−プロピレングリコール溶液（塩化白金酸六水和物をプロピレングリコールに溶解させた溶液）を用い、還元剤として、ヒドラジン−プロピレングリコール溶液（ヒドラジン一水和物をプロピレングリコールに溶解させた溶液）用い、磁場を印加しながら、液相還元法により強磁性金属のイオンを還元する場合を例として挙げて説明する。しかしながら、本発明においては、かかる例示に限定されるものではない。
【００６１】
本実施形態に係る金属ナノ構造体の生成方法では、まず、容器１０に入れた溶媒に窒素ガスを吹き込みながら、溶媒である水またはプロピレングリコールに分散剤を添加する（図１（ａ）、「分散剤添加工程」）。
【００６２】
本分散剤添加工程では、例えば、水またはプロピレングリコールに窒素ガスを吹き込むことにより、この水またはプロピレングリコール中の溶存酸素を除去し、酸素欠乏状態にしている。これにより、溶存酸素による酸化を抑制することができるので、後述する工程におけるコバルト(II)イオンを還元する際の還元条件を良好に維持することができる。
【００６３】
つぎに、コバルト(II)イオンを供給する酢酸コバルト(II)四水和物を前記分散剤添加工程で得られたポリエチレングリコール水溶液またはポリエチレングリコール−プロピレングリコール溶液に添加する（図１（ｂ）、「金属塩添加工程」）。
この金属塩添加工程においても、前記分散剤添加工程と同様の条件で、ポリエチレングリコール水溶液またはポリエチレングリコール−プロピレングリコール溶液に、窒素ガスを吹き込むことにより、酸素欠乏状態を維持する。
【００６４】
その後、前記金属塩添加工程で得られた混合液にｐＨ調整剤である水酸化ナトリウム水溶液または水酸化ナトリウム−プロピレングリコール溶液を添加することにより、ｐＨを１０〜１３に調製する（図１（ｂ）、「ｐＨ調整工程」）。
ｐＨ調整工程においても、前記分散剤添加工程と同様の条件で、混合液に、窒素ガスを吹き込むことにより、酸素欠乏状態を維持する。
このｐＨ調整工程では、混合液のｐＨは、生成されるコバルトナノ構造体に要求される所望の形態に応じて、適宜設定することができる。
また、かかるｐＨ調整工程では、溶媒として水を用いた場合には、水酸化ナトリウム水溶液を用い、溶媒としてプロピレングリコールを用いた場合には、水酸化ナトリウム−プロピレングリコール溶液を用いる。
【００６５】
その後、ｐＨ調整工程を行なった後の混合液に核形成剤である塩化白金酸−プロピレン溶液を添加する（図１（ｄ）、「核形成剤添加工程」）。
核形成剤添加工程においても、前記分散剤添加工程と同様の条件で、混合液に、窒素ガスを吹き込むことにより、酸素欠乏状態を維持する。
ここで、白金は、コバルトよりもイオン化傾向が小さい金属であり、後述の工程における還元反応において、コバルトよりも先に析出し、ナノ粒子核の形成に関与するようになる。
【００６６】
つぎに、前記核形成剤添加工程で得られた混合液に、還元剤であるヒドラジン−プロピレン溶液を添加し（図１（ｅ）、「還元剤添加工程」）、これと同時に、容器１０を超電導マグネット装置１にセットして、容器１０内の溶液に磁場を印加する（図１（ｆ）、「磁場印加工程」）。
これにより、図２に示されるように、まず、イオン化傾向の小さい白金が還元により析出し、ついで、コバルトが析出する。このとき、白金５０を核としてナノ粒子核１０１が形成され（図２（ａ）、「ナノ粒子核形成」）、磁気異方性を呈する程度の大きさになったとき、磁場の作用により、磁場方向Ｆと同じ向きに、ナノ粒子核における磁場方向ｆ０が揃いながら、ナノ粒子核が成長し、金属ナノ粒子１０２が形成され（図２（ｂ）、「金属ナノ粒子形成」）、磁場方向Ｆに沿って、ナノ粒子１０２が配列して、ファイバー状の強磁性金属ナノ構造体１０３が形成される。これと同時に、前記還元により新たな金属ナノ粒子１０２の成長も引き続き進行するので、ファイバー状のナノ構造を形成すると同時に、このファイバー状のナノ構造における凹凸が埋まるようになる。かかる強磁性金属ナノ構造体１０３においては、強磁性金属ナノ構造体１０３の長手方向に白金５０が分布している（図２（ｃ））
つぎに、前記核形成剤添加工程で得られた混合液に、還元剤であるヒドラジン−プロピレン溶液を添加し（図１（ｅ）、「還元剤添加工程」）、これと同時に、容器１０を超電導マグネット装置１にセットして、容器１０内の溶液に磁場を印加する（図１（ｆ）、「磁場印加工程」）。
これにより、図２に示されるように、まず、イオン化傾向の小さい白金が還元により析出し、ついで、コバルトが析出する。このとき、白金５０を核としてナノ粒子核１０１が形成され（図２（ａ）、「ナノ粒子核形成」）、磁気異方性を呈する程度の大きさになったとき、磁場の作用により、磁場方向Ｆと同じ向きに、ナノ粒子核における磁場方向ｆ０が揃いながら、ナノ粒子核が成長し、金属ナノ粒子１０２が形成され（図２（ｂ）、「金属ナノ粒子形成」）、磁場方向Ｆに沿って、ナノ粒子１０２が配列して、ファイバー状の強磁性金属ナノ構造体１０３が形成される。これと同時に、前記還元により新たな金属ナノ粒子１０２の成長も引き続き進行するので、ファイバー状のナノ構造を形成すると同時に、このファイバー状のナノ構造における凹凸が埋まるようになる。かかる強磁性金属ナノ構造体１０３においては、強磁性金属ナノ構造体１０３の長手方向に白金５０が分布している（図２（ｃ））。金属ナノ粒子１０２同士の接合部分（図２（ｃ）参照）では、金属が不均一核生成により析出しやすい状態にあるため、金属ナノ粒子１０２同士を強固に固着し、さらにファイバー状に成長する。
【００６７】
なお、本発明においては、図３に示されるように、容器１０を超電導マグネット装置１内に設置した状態で、分散剤添加工程（図３（ａ））、金属塩添加工程（図３（ｂ））、ｐＨ調整工程（図３（ｃ））、核形成剤添加工程（図３（ｄ））および還元剤添加工程（図３（ｅ））を行なってもよい。
【００６８】
［強磁性金属ナノファイバー］
本発明の一実施形態に係る強磁性金属ナノファイバーは、１つの側面では、強磁性金属イオンの還元によって形成した複数の強磁性金属ナノ粒子が、磁場の作用によって配列化し、前記複数の強磁性金属ナノ粒子間の接合部分で優先的な金属の析出が起こることでファイバー状に形成されたものであることを特徴とするナノファイバーである。また、他の側面では、ナノファイバー形成に用いられた核形成剤によって形成された複数のナノ粒子核が、ナノファイバー内部において長手方向に分布していることを特徴とするナノファイバーである。
本実施形態に係る強磁性金属ナノファイバーは、前述した生成方法により簡便な操作で得ることができる。
【００６９】
かかる強磁性金属ナノファイバーは、はんだや、補強シート材、強磁性シート材などのシート材に用いることができる。
【００７０】
［強磁性金属ナノファイバーの用途］
以下、前述した強磁性金属ナノファイバーの用途を、添付図面により、説明する。図４は、本発明の一実施形態に係るシート材の一例である強磁性シート材の構成を示す要部断面斜視図である。図５は、本発明の一実施形態に係るはんだの構成を示す要部断面斜視図である。図６は、本発明の一実施形態に係るシート材の一例である補強シート材の構成を示す要部断面斜視図である。
【００７１】
（１） 強磁性シート材
本実施形態に係るシート材の一例である強磁性シート材２０１は、図４に示されるように、前述した強磁性金属ナノファイバー１０３をシート状に加工したシート材本体２０２からなるものである。この強磁性シート材２０１は、強磁性金属ナノファイバー１０３を漉くことによって簡便に形成させることができる。
【００７２】
（２） はんだ
本実施形態のはんだ２１０は、図５に示されるように、前述した強磁性金属ナノ構造体（強磁性金属ナノファイバー）１０３をはんだ合金２１１中に含有していることを特徴とする。
本実施形態のはんだ２１０は、前述した強磁性金属ナノ構造体の生成方法によって生成された強磁性金属ナノファイバー１０３をはんだ合金２１１に混ぜることにより、簡便に製造することができる。
かかるはんだ２１０は、強磁性金属ナノファイバー１０３を含有しているので、高い強度を呈するものである。
【００７３】
（３） 補強シート材
本実施形態のシート材の一例である補強シート材３１０は、図６に示されるように、前述した強磁性金属ナノファイバー１０３をシート本体３１１中に含有していることを特徴とする。この補強シート材３１０は、強磁性金属ナノファイバーをシート材本体３１１中に含ませることで、物理的な強度を補強した
シート材本体３１１としては、例えば、紙よりなるシート、不織布シートなどが挙げられる。
本実施形態の補強シート材３１０は、シート材本体３１１を製造する際に、前述した強磁性金属ナノ構造体の生成方法によって生成された強磁性金属ナノファイバー１０３を混ぜることにより、簡便に製造することができる。
かかる補強シート材３１０は、強磁性金属ナノファイバー１０３を含有しているので、高い強度を呈するものである。
【実施例】
【００７４】
以下、実施例などにより、本発明をより詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例により限定されるものではない。
【００７５】
（実施例１）
イオン交換水に窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込み、溶存している酸素を除去した。つぎに、得られたイオン交換水５０ｃｍ3に、窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込みながら、分散剤であるポリエチレングリコール（重量平均分子量：２００００）１．３×１０-4ｍｏｌと、金属塩である酢酸コバルト（ＩＩ）三水和物０．０１０ｍｏｌとを添加し、溶解させた。その後、得られた溶液に、窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込みながら、１．０ｍｏｌ／ｄｍ3水酸化ナトリウム水溶液２５ｃｍ3を添加して、前記溶液のｐＨを１２に調整した。ｐＨ調整後の溶液７５ｃｍ3に、窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込みながら、核形成剤である２５×１０-5ｍｏｌ／ｄｍ3塩化白金酸−プロピレングリコール溶液１０ｃｍ3を添加し、金属塩溶液を得た。
【００７６】
一方、プロピレングリコールに窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込み、溶存している酸素を除去した。得られたプロピレングリコール３０ｃｍ3にヒドラジン一水和物０．１０ｍｏｌを添加して溶解させ、還元剤溶液を作製した。
【００７７】
つぎに、１０テスラの磁場印加条件下に、窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込みながら、前記金属塩溶液８５ｃｍ3と還元剤溶液３０ｃｍ3とを混合した。なお、混合液の組成は、０．０８７ｍｏｌ／ｄｍ3酢酸コバルト〔コバルト(II)イオン換算〕、１．１ｍｍｏｌ／ｄｍ3ポリエチレングリコール、０．２２ｍｍｏｌ／ｄｍ3塩化白金酸〔白金（ＩＶ）イオン換算〕、０．８７ｍｍｏｌ／ｄｍ3ヒドラジンである。その後、得られた混合液を２５℃で１時間保温して、コバルト(II)イオンおよび白金（ＩＶ）イオンそれぞれをヒドラジンにより還元した。
【００７８】
前記混合液を１０分間８０００×ｇの遠心分離に供して、析出物を回収した後、この析出物をエタノールおよびアセトンで洗浄し、実施例１の試料を得た。
【００７９】
（比較例１）
実施例１において、磁場印加条件に代えて、磁場を印加しない条件下に、窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込みながら、前記金属塩溶液８５ｃｍ3と還元剤溶液３０ｃｍ3とを混合したことを除き、前記実施例１と同様に操作を行なって、比較例１の試料を得た。
【００８０】
（試験例１）
実施例１および比較例１それぞれの試料について、走査型電子顕微鏡で観察した。
また。実施例１の試料に含まれる強磁性金属ナノ構造体の平均直径は、走査型電子顕微鏡で観察した結果を画像解析し、１００個の強磁性金属ナノ構造体それぞれの最大直径および最小直径を測定し、それらの平均値〔（最大直径＋最小直径）／２〕を求めて、さらに、全強磁性金属ナノ構造体の平均値を算出することにより求めた。比較例１の試料に含まれる粒子の平均粒径は、走査型電子顕微鏡で観察した結果を画像解析し、３００個の粒子の粒径を測定し、平均値を算出することにより求めた。
実施例１の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真を図７に示す。また、図７の図面代用写真の一部を拡大して観察した結果を示す図面代用写真を図８に示す。さらに、比較例１の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真を図９に示す。
【００８１】
また、実施例１および比較例１それぞれの試料について、Ｘ線回折装置を用い、Ｍｏ−Ｋα線を用いてＸ線回折を行なった。
実施例１および比較例１それぞれの試料のＸ線回折パターンを示すグラフを図１０に示す。図１０において、（ａ）は、実施例１の試料のＸ線回折パターン、（ｂ）は、比較例１の試料のＸ線回折パターンを示す。また、図１０において、黒三角は、面心立方格子構造に特徴的なピーク、白抜三角は、六方最密充填構造に特徴的なピークをそれぞれ示す。
【００８２】
図７および８に示された結果から、磁場印加条件下に、コバルト(II)イオンおよび白金（ＩＶ）イオンそれぞれをヒドラジンにより還元した場合、平均直径が約６５ｎｍ、平均長さが約２．３１×１０4ｎｍ、アスペクト比（平均値）が約１３７．６であるロッド状のナノ構造体が形成されていることがわかる。なお、前記平均直径および平均長さは、走査型電子顕微鏡で観察した結果を画像解析し、３００個の粒子それぞれの直径および長さを測定して、それらの平均値を算出することにより求めた。また、アスペクト比（平均値）は、式：アスペクト比（平均値）＝平均長さ／平均直径に基づいて算出した値である。
【００８３】
これに対して、図９に示された結果から、磁場を印加しない条件下にコバルト(II)イオンおよび白金（ＩＶ）イオンそれぞれをヒドラジンにより還元した場合には、ロッド状のナノ構造体がほとんど形成されないことがわかる。
【００８４】
さらに、図１０に示された結果から、磁場印加条件下に、コバルト(II)イオンおよび白金（ＩＶ）イオンそれぞれをヒドラジンにより還元した場合（図１０（ａ））、磁場を印加しない条件下にコバルト(II)イオンおよび白金（ＩＶ）イオンそれぞれをヒドラジンにより還元した場合（図１０（ｂ））に比べて、六方最密充填構造に特徴的なピークが大きくなっていることがわかる。
【００８５】
以上のように、磁場印加条件下に、コバルト(II)イオンおよび白金（ＩＶ）イオンそれぞれをヒドラジンにより還元することにより、ロッド状のナノ構造体を形成させることができることがわかる。また、走査型電子顕微鏡により観察した実施例１の試料は、遠心分離後の試料であるにもかかわらず、ロッド状のナノ構造体の構造を維持しているため、前記ナノ構造体は、強固なものであることが示唆される。
【００８６】
（実施例２）
実施例１において、イオン交換水に代えて、プロピレングリコールを用い、かつ１．０ｍｏｌ／ｄｍ3水酸化ナトリウム水溶液に代えて、１．０ｍｏｌ／ｄｍ3水酸化ナトリウム−プロピレングリコール溶液を用いたことを除き、実施例１と同様に操作を行なって、実施例２の試料を得た。
【００８７】
（比較例２）
実施例２において、磁場印加条件に代えて、磁場を印加しない条件下に、窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込みながら、前記金属塩溶液８５ｃｍ3と還元剤溶液３０ｃｍ3とを混合したことを除き、前記実施例２と同様に操作を行なって、比較例２の試料を得た。
【００８８】
（試験例２）
実施例２および比較例２それぞれの試料について、試験例１と同様に操作を行なって、走査型電子顕微鏡で観察して、ロッド状のナノ構造体の平均直径、平均長さおよびアスペクト比（平均値）を算出するとともに、Ｘ線回折を行なった。
【００８９】
実施例２の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真を図１１に示す。また、図１１の図面代用写真の一部を拡大して観察した結果を示す図面代用写真を図１２に示す。さらに、比較例２の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真を図１３に示す。
また、実施例２および比較例２それぞれの試料のＸ線回折パターンを示すグラフを図１４に示す。図１４において、（ａ）は、実施例２の試料のＸ線回折パターン、（ｂ）は、比較例２の試料のＸ線回折パターンを示す。また、図１４において、黒三角は、面心立方格子構造に特徴的なピーク、白抜三角は、六方最密充填構造に特徴的なピークをそれぞれ示す。
【００９０】
図１１および１２に示された結果から、磁場印加条件下に、コバルト(II)イオンおよび白金（ＩＶ）イオンそれぞれをヒドラジンにより還元した場合、平均直径が１４４ｎｍ、平均長さが３．０×１０4ｎｍ、アスペクト比（平均値）が約２０８のロッド状のナノ構造体が形成されていることがわかる。また、前記実施例１の試料のように、溶媒としてイオン交換水を用いた場合に比べて、実施例２の試料のように、溶媒としてプロピレングリコールを用いた場合には、より大きく、アスペクト比の高いロッド状のナノ構造体を得ることができることがわかる。
【００９１】
これに対して、図１３に示された結果から、磁場を印加しない条件下にコバルト(II)イオンおよび白金（ＩＶ）イオンそれぞれをヒドラジンにより還元した場合には、ロッド状のナノ構造体がほとんど形成されないことがわかる。
【００９２】
さらに、図１４に示された結果から、磁場印加条件下に、コバルト(II)イオンおよび白金（ＩＶ）イオンそれぞれをヒドラジンにより還元した場合（図１４（ａ））、磁場を印加しない条件下にコバルト(II)イオンおよび白金（ＩＶ）イオンそれぞれをヒドラジンにより還元した場合（図１４（ｂ））に比べて、六方最密充填構造に特徴的なピークが大きくなっていることがわかる。
【００９３】
（実施例３〜５）
プロピレングリコールに窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込み、溶存している酸素を除去した。つぎに、得られたプロピレングリコール５０ｃｍ3に、窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込みながら、分散剤であるポリエチレングリコール（数平均分子量：２００００）１．３×１０-4ｍｏｌと、金属塩である酢酸コバルト（ＩＩ）三水和物０．０１０ｍｏｌとを添加し、溶解させた。その後、得られた溶液に、窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込みながら、１．０ｍｏｌ／ｄｍ3水酸化ナトリウム−プロピレングリコール溶液２５ｃｍ3を添加して、前記溶液のｐＨを１２に調整した。ｐＨ調整後の溶液７５ｃｍ3に、窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込みながら、核形成剤である２５×１０-4ｍｏｌ／ｄｍ3塩化白金酸−プロピレングリコール溶液１０ｃｍ3を添加し、金属塩溶液を得た。
【００９４】
一方、プロピレングリコールに窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込み、溶存している酸素を除去した。得られたプロピレングリコール３０ｃｍ3にヒドラジン一水和物０．１０ｍｏｌを添加して溶解させ、還元剤溶液を作製した。
【００９５】
つぎに、２テスラ（実施例３）、５テスラ（実施例４）または１０テスラ（実施例５）の強磁場印加条件下、窒素ガスを流速５０ｃｍ3／分で吹き込みながら、前記金属塩溶液８５ｃｍ3と還元剤溶液３０ｃｍ3とを混合した。なお、得られた混合液の組成は、０．０８７ｍｏｌ／ｄｍ3酢酸コバルト〔コバルト(II)イオン換算〕、１．１ｍｍｏｌ／ｄｍ3ポリエチレングリコール、２．２ｍｍｏｌ／ｄｍ3塩化白金酸〔白金（ＩＶ）イオン換算〕、０．８７ｍｍｏｌ／ｄｍ3ヒドラジンである。その後、得られた混合液を２５℃で１時間保温して、コバルト(II)イオンおよび白金（ＩＶ）イオンそれぞれをヒドラジンにより還元した。
【００９６】
前記混合液を１０分間８０００×ｇの遠心分離に供して、析出物を回収した後、この析出物をエタノールおよびアセトンで洗浄し、実施例３〜５の試料を得た。
【００９７】
（試験例３）
実施例３〜５それぞれの試料について、試験例１と同様に操作を行なって、走査型電子顕微鏡で観察して、ロッド状のナノ構造体の平均直径、平均長さおよびアスペクト比（平均値）を算出するとともに、Ｘ線回折を行なった。これにより、磁場強度とナノ構造体の直径およびアスペクト比との関係を調べた。
【００９８】
実施例３〜５それぞれの試料に含まれるナノ構造体を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真を図１５〜１７に示す。
また、磁場強度とナノ構造体の直径およびアスペクト比それぞれとの関係を示すグラフを図１８に示す。図１８において、実線は、直径の平均値、破線は、アスペクト比の平均値を示す。
さらに、実施例３〜５それぞれの試料のＸ線回折パターンを示すグラフを図１９に示す。図１９において、（ａ）は、実施例３の試料のＸ線回折パターン、（ｂ）は、実施例４の試料のＸ線回折パターン、（ｃ）は、実施例５の試料のＸ線回折パターンを示す。また、図１９において、黒三角は、面心立方格子構造に特徴的なピーク、白抜三角は、六方最密充填構造に特徴的なピークをそれぞれ示す。
【００９９】
図１５〜１８に示された結果から、磁場強度が大きいほどアスペクト比は大きくなる傾向を示し、直径は小さくなる傾向を示すことがわかる。
さらに、図１９に示された結果から、Ｘ線回折パターンは、磁場強度によらず、ほぼ同様のパターンを示すことがわかる。
【０１００】
以上の結果より、磁場強度の大きさによって、得られるナノ構造体の直径およびアスペクト比を制御することができることが示唆される。
【０１０１】
（試験例４）
実施例２および５それぞれの試料について、試験例１と同様に操作を行なって、走査型電子顕微鏡で観察して、ロッド状のナノ構造体の平均直径、平均長さおよびアスペクト比（平均値）を算出するとともに、Ｘ線回折を行なった。これにより、核形成剤の濃度とナノ構造体の粒径およびアスペクト比との関係を調べた。
【０１０２】
実施例２の試料に含まれるナノ構造体を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真を図２０に示し、図２０の図面代用写真の一部を拡大して観察した結果を示す図面代用写真を図２１に示す。さらに、実施例５の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真を図２２に示し、図２２の図面代用写真の一部を拡大して観察した結果を示す図面代用写真を図２３に示す。
また、実施例２および５それぞれの試料のＸ線回折パターンを示すグラフを図２４に示す。図２４において、（ａ）は、実施例２の試料のＸ線回折パターン、（ｂ）は、実施例５の試料のＸ線回折パターンを示す。また、図２４において、黒三角は、面心立方格子構造に特徴的なピーク、白抜三角は、六方最密充填構造に特徴的なピークをそれぞれ示す。
【０１０３】
図２０および２１に示された結果から、金属塩溶液と還元剤溶液との混合液における核形成剤（塩化白金酸）の濃度（白金（IV）イオン換算濃度）が０．２２ｍＭである場合、ナノ構造体の平均直径が約１４４ｎｍ、平均長さが約３．０×１０4ｎｍ、アスペクト比（平均値）が約２０８であることがわかる。また、図２２および２３に示された結果から、金属塩溶液と還元剤溶液との混合液における核形成剤（塩化白金酸）の濃度（白金（IV）イオン換算濃度）が２．２ｍＭである場合、ナノ構造体の平均直径が約１２１ｎｍ、平均長さが約３．５×１０4ｎｍ、アスペクト比（平均値）が約２７２であることがわかる。したがって、金属塩溶液と還元剤溶液との混合液における核形成剤の濃度を高くするほど、ナノ構造体のアスペクト比を大きくすることができ、前記濃度を低くするほど、ナノ構造体のアスペクト比を小さくすることができることがわかる。また、金属塩溶液と還元剤溶液との混合液における核形成剤の濃度を高くするほど、ナノ構造体の直径を小さくすることができ、前記濃度を低くするほど、ナノ構造体の直径を大きくすることができることがわかる。
また、図２４に示された結果から、Ｘ線回折パターンは、金属塩溶液と還元剤溶液との混合液における核形成剤の濃度によらず、ほぼ同様のパターンを示すことがわかる。
【０１０４】
（実施例６）
実施例４において、プロピレングリコール３０ｃｍ3にヒドラジン一水和物０．１０ｍｏｌを添加して溶解させ、還元剤溶液を作製したことに代えて、プロピレングリコール３０ｃｍ3にヒドラジン一水和物０．０５ｍｏｌを添加して溶解させ、還元剤溶液を作製し、金属塩溶液と還元剤溶液との混合液における還元剤（ヒドラジン）の濃度を０．４３５ｍｍｏｌ／ｄｍ3としたことを除き、実施例５と同様に操作を行なって、実施例６の試料を得た。
【０１０５】
（試験例５）
実施例４および６それぞれの試料について、試験例１と同様に操作を行なって、走査型電子顕微鏡で観察して、ロッド状のナノ構造体の平均直径、平均長さおよびアスペクト比（平均値）を算出するとともに、Ｘ線回折を行なった。これにより、還元剤の濃度および磁場強度とナノ構造体の粒径およびアスペクト比との関係を調べた。
【０１０６】
実施例４の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真を図２５に示し、図２５の図面代用写真の一部を拡大して観察した結果を示す図面代用写真を図２６に示す。さらに、実施例６の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真を図２７に示し、図２７の図面代用写真の一部を拡大して観察した結果を示す図面代用写真を図２８に示す。
また、実施例４および６それぞれの試料のＸ線回折パターンを示すグラフを図２９に示す。図２９において、（ａ）は、実施例４の試料のＸ線回折パターン、（ｂ）は、実施例６の試料のＸ線回折パターンを示す。また、図２９において、黒三角は、面心立方格子構造に特徴的なピーク、白抜三角は、六方最密充填構造に特徴的なピークをそれぞれ示す。
【０１０７】
図２５および２６に示された結果から、金属塩溶液と還元剤溶液との混合液における還元剤（ヒドラジン）の濃度が０．８７Ｍであり、磁場強度が１０テスラである場合、ナノ構造体の平均直径が約１２１ｎｍ、平均長さが約３．５×１０4ｎｍ、アスペクト比（平均値）が約２７２であることがわかる。また、図２７および２８に示された結果から、金属塩溶液と還元剤溶液との混合液における還元剤（ヒドラジン）の濃度が０．４３５Ｍであり、磁場強度が５テスラである場合、ナノ構造体の平均直径が約１１０ｎｍ、平均長さが約６．５×１０4ｎｍ、アスペクト比（平均値）が約６００であることがわかる。
したがって、金属塩溶液と還元剤溶液との混合液における還元剤の濃度を高くし、かつ磁場強度を高くするほど、ナノ構造体のアスペクト比を小さくすることができ、前記濃度を低くし、磁場強度を低くするほど、ナノ構造体のアスペクト比を大きくすることができることがわかる。
これらの結果から、還元剤の濃度を低くして、コバルト(II)イオンおよび白金（ＩＶ）イオンそれぞれの還元をゆっくりと進行させ、かつ磁場強度を低くするほど、アスペクト比を大きくすることができることがわかる。
また、図２９に示された結果から、Ｘ線回折パターンは、金属塩溶液と還元剤溶液との混合液における還元剤の濃度によらず、ほぼ同様のパターンを示すことがわかる。
【０１０８】
（試験例６）
実施例６で得られたコバルトナノ構造体をエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置に供して、元素組成を分析した。実施例６で得られたコバルトナノ構造体中における元素を分析した結果を示すグラフを図３０に示す。
【０１０９】
図３０に示される結果から、コバルトと、コバルトナノ構造体の長手方向に分布した白金以外には検出されておらず、検出された元素の割合を算出したところ、コバルトが９９．８ａｔ％、白金が０．２ａｔ％であることがわかる。
【０１１０】
（実施例７）
実施例２において、酢酸コバルト（II）六水和物に代えて、塩化ニッケル（II）六水和物を用い、磁場強度を５テスラとしたことを除き、実施例２と同様に操作を行なって、実施例７の試料を得た。
【０１１１】
（試験例７）
実施例７の試料について、試験例１と同様に操作を行なって、走査型電子顕微鏡で観察した。実施例７の試料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図面代用写真を図３１に示す。
【０１１２】
図３１に示されるように、強磁性金属イオンとして、ニッケル（II）イオンを用いた場合にも、コバルト（II）イオンを用いた場合と同様に強磁性金属ナノ構造体であるナノファイバーを得ることができることがわかる。
【０１１３】
（強磁性金属ナノ構造体の形態制御のまとめ）
以上の結果より、強磁性金属ナノ構造体の形態制御のしかたを総括する。溶媒として水を用いた場合の強磁性金属ナノ構造体の形態制御の仕方の例を示す概略説明図を図３２に示す。また、溶媒として有機系溶媒であるプロピレングリコールを用いた場合の強磁性金属ナノ構造体の形態制御の仕方の例を示す概略説明図を図３３に示す。図３２および図３３は、強磁性金属のイオンとして、コバルト(II)イオンを用いた場合を例として示す。
【０１１４】
図３２に示されるように、溶媒として、比較的粘度が低い水を用いた場合には、磁場強度および核形成剤濃度それぞれを調整したとき、例えば、同じ核形成剤濃度では、磁場強度を大きくすることにより、アスペクト比を大きくし、かつ直径を小さくすることができる。また、同じ磁場強度では、核形成剤濃度を大きくすることにより、アスペクト比を大きくし、かつ直径を小さくすることができる。
また、このように、溶媒として、比較的粘度が低い水を用いた場合には、生成される強磁性金属ナノ構造体の表面の形状は、数珠つなぎ状とすることができる。なお、かかる表面の形状などの形態は、磁場強度、核形成剤濃度、還元反応速度（例えば、還元剤濃度の調整）などを組み合わせることにより、制御することができる。
【０１１５】
一方、図３３に示されるように、溶媒として、比較的粘度が高い有機溶媒（プロピレングリコール）を用いた場合には、磁場強度および核形成剤濃度それぞれを調整したとき、例えば、同じ核形成剤濃度では、磁場強度を大きくすることにより、アスペクト比を大きくし、かつ直径を小さくすることができる。また、同じ磁場強度では、核形成剤濃度を大きくすることにより、アスペクト比を大きくし、かつ直径を小さくすることができる。
また、このように、溶媒として、比較的粘度が高い有機系溶媒（プロピレングリコール）を用いた場合には、生成される強磁性金属ナノ構造体の表面の形状は、断面が長手方向においてほぼ一定で、平滑なものとすることができる。なお、かかる表面の形状などの形態は、磁場強度、核形成剤濃度、還元反応速度（例えば、還元剤濃度の調整）などを組み合わせることにより、制御することができる。
【符号の説明】
【０１１６】
１ 超伝導マグネット装置
１０ 容器
１０１ ナノ粒子核
１０２ 金属ナノ粒子
１０３ 強磁性金属ナノ構造体（強磁性金属ナノファイバー）
２０１ 強磁性シート材
２０２ シート材本体
２１０ はんだ
２１１ はんだ合金
３１０ 補強シート材
３１１ シート材本体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性金属ナノ構造体を生成する生成方法であって、
強磁性金属のイオンを還元させて強磁性金属を析出させる還元工程を含み、
前記強磁性金属のイオンに磁場を印加しながら前記強磁性金属のイオンを還元させることを特徴とする強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項２】
前記還元工程において、溶媒に前記強磁性金属のイオンを加えた溶液に磁場を印加しながら、液相還元法により前記強磁性金属のイオンを還元させる
請求項１に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項３】
前記溶液は、前記強磁性金属のナノ粒子核を形成させるための核形成剤がさらに加えられたものである
請求項２に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項４】
前記核形成剤は、前記還元を促進する触媒作用を有する金属を含むものである
請求項３に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項５】
前記強磁性金属ナノ構造体がナノファイバーであり、
前記溶液中における核形成剤の濃度を調整することで、生成されるナノファイバーの形態を制御する
請求項３または４に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項６】
前記強磁性金属ナノ構造体がナノファイバーであり、
前記強磁性金属のイオンが還元されて析出する速度を制御することで、生成されるナノファイバーの形態を制御する
請求項１〜５のいずれか１項に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項７】
前記強磁性金属ナノ構造体がナノファイバーであり、
前記溶液は、前記強磁性金属のイオンを還元させる還元剤がさらに加えられたものであり、
前記溶液中における還元剤の濃度を調整することで、生成されるナノファイバーの形態を制御する
請求項６に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項８】
前記強磁性金属ナノ構造体がナノファイバーであり、
前記溶液のｐＨを調整することで、生成されるナノファイバーの形態を制御する
請求項６または７に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項９】
前記強磁性金属ナノ構造体がナノファイバーであり、
前記還元工程において印加される磁場強度を調整することで、生成されるナノファイバーの形態を制御する
請求項１〜８のいずれか１項に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項１０】
制御されるナノファイバーの形態は、ナノファイバーのアスペクト比である
請求項５〜９のいずれか１項に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項１１】
制御されるナノファイバーの形態は、ナノファイバー長手方向における、ナノファイバー断面面積の均一性または不均一性である
請求項５〜１０のいずれか１項に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項１２】
前記ナノファイバーは、複数のナノ粒子が数珠つなぎ状に配列された形態を呈する
請求項５〜１１のいずれか１項に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項１３】
前記ナノファイバーは、その断面面積がナノファイバー長手方向においてほぼ一定である形態を呈する
請求項５〜１２のいずれか１項に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項１４】
前記ナノファイバーは、アスペクト比が１０以上である
請求項５〜１３記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項１５】
前記還元工程において、前記溶液を酸素欠乏状態に維持する請求項１〜１４のいずれか１項に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項１６】
強磁性金属イオンの還元によって形成した複数の強磁性金属ナノ粒子が、磁場の作用によって配列化し、前記複数の強磁性金属ナノ粒子間の接合部分で優先的な金属の析出が起こることでファイバー状に形成されたものであることを特徴とする強磁性金属ナノファイバー。
【請求項１７】
ナノファイバー形成に用いられた核形成剤によって形成された複数のナノ粒子核が、ナノファイバー内部において長手方向に分布していることを特徴とする強磁性金属ナノファイバー。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載の強磁性金属ナノファイバーをはんだ合金中に含有していることを特徴とするはんだ。
【請求項１９】
請求項１６または１７に記載の強磁性金属ナノファイバーをシート本体中に含有していることを特徴とするシート材。
【請求項１】
強磁性金属ナノ構造体を生成する生成方法であって、
強磁性金属のイオンを還元させて強磁性金属を析出させる還元工程を含み、
前記強磁性金属のイオンに磁場を印加しながら前記強磁性金属のイオンを還元させることを特徴とする強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項２】
前記還元工程において、溶媒に前記強磁性金属のイオンを加えた溶液に磁場を印加しながら、液相還元法により前記強磁性金属のイオンを還元させる
請求項１に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項３】
前記溶液は、前記強磁性金属のナノ粒子核を形成させるための核形成剤がさらに加えられたものである
請求項２に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項４】
前記核形成剤は、前記還元を促進する触媒作用を有する金属を含むものである
請求項３に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項５】
前記強磁性金属ナノ構造体がナノファイバーであり、
前記溶液中における核形成剤の濃度を調整することで、生成されるナノファイバーの形態を制御する
請求項３または４に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項６】
前記強磁性金属ナノ構造体がナノファイバーであり、
前記強磁性金属のイオンが還元されて析出する速度を制御することで、生成されるナノファイバーの形態を制御する
請求項１〜５のいずれか１項に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項７】
前記強磁性金属ナノ構造体がナノファイバーであり、
前記溶液は、前記強磁性金属のイオンを還元させる還元剤がさらに加えられたものであり、
前記溶液中における還元剤の濃度を調整することで、生成されるナノファイバーの形態を制御する
請求項６に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項８】
前記強磁性金属ナノ構造体がナノファイバーであり、
前記溶液のｐＨを調整することで、生成されるナノファイバーの形態を制御する
請求項６または７に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項９】
前記強磁性金属ナノ構造体がナノファイバーであり、
前記還元工程において印加される磁場強度を調整することで、生成されるナノファイバーの形態を制御する
請求項１〜８のいずれか１項に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項１０】
制御されるナノファイバーの形態は、ナノファイバーのアスペクト比である
請求項５〜９のいずれか１項に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項１１】
制御されるナノファイバーの形態は、ナノファイバー長手方向における、ナノファイバー断面面積の均一性または不均一性である
請求項５〜１０のいずれか１項に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項１２】
前記ナノファイバーは、複数のナノ粒子が数珠つなぎ状に配列された形態を呈する
請求項５〜１１のいずれか１項に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項１３】
前記ナノファイバーは、その断面面積がナノファイバー長手方向においてほぼ一定である形態を呈する
請求項５〜１２のいずれか１項に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項１４】
前記ナノファイバーは、アスペクト比が１０以上である
請求項５〜１３記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項１５】
前記還元工程において、前記溶液を酸素欠乏状態に維持する請求項１〜１４のいずれか１項に記載の強磁性金属ナノ構造体の生成方法。
【請求項１６】
強磁性金属イオンの還元によって形成した複数の強磁性金属ナノ粒子が、磁場の作用によって配列化し、前記複数の強磁性金属ナノ粒子間の接合部分で優先的な金属の析出が起こることでファイバー状に形成されたものであることを特徴とする強磁性金属ナノファイバー。
【請求項１７】
ナノファイバー形成に用いられた核形成剤によって形成された複数のナノ粒子核が、ナノファイバー内部において長手方向に分布していることを特徴とする強磁性金属ナノファイバー。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載の強磁性金属ナノファイバーをはんだ合金中に含有していることを特徴とするはんだ。
【請求項１９】
請求項１６または１７に記載の強磁性金属ナノファイバーをシート本体中に含有していることを特徴とするシート材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【公開番号】特開２０１１−５８０２１（Ｐ２０１１−５８０２１Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０５６７９（Ｐ２００９−２０５６７９）
【出願日】平成２１年９月７日（２００９．９．７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度、文部科学省、知的クラスター創成事業（第ＩＩ期）「京都環境ナノクラスター」に係る委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月７日（２００９．９．７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度、文部科学省、知的クラスター創成事業（第ＩＩ期）「京都環境ナノクラスター」に係る委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【Ｆターム（参考）】
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