説明

磁性体

【課題】高周波領域において透磁率の低下が少なく、ミリ波領域まで優れた電磁波吸収特性を有する磁性体を提供する。
【解決手段】複数の磁性材料粒子と、該磁性材料粒子間に存在する、少なくともヤング率が900GPa以上でかつデバイ温度が900K以上の炭素構造材料とからなる磁性体。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、透磁率に優れた磁性体、及び電磁波吸収材に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、エレクトロニクス分野において、電子機器の小型化、高周波数化が進んでおり、その結果LSIやマイクロプロセッサなどは不要ノイズが放射し易くなっている。更に、通信分野での無線LANや光ファイバーを用いた高速通信網などはもちろん、高度な道路交通システムとしてETS(自動料金収受システム),AHS(走行支援道路システム)にもGHz帯の周波数が利用される予定であり、今後、高周波利用範囲は更に拡大していくことが予想される。加えて、最近の電子機器の低消費電力化によるノイズマージン低下や電子機器の小型化により、機器内部のノイズ環境はさらに悪化し、EMI(Electro-Magnetic Interference)による誤動作が問題になっている。
【0003】
上記問題への対策の一つとして、磁性体を電磁波吸収体に利用することが考えられている。例えば、電子機器内部でのEMIを低減させるために、電子機器内部に電波吸収体を配置するなどの対策がとられている。従来、GHz帯用電波吸収体としては、ゴムや樹脂などの電気的絶縁性有機物とスピネル結晶構造の軟磁性金属酸化物材料や軟磁性金属材料などの磁性損失材料とを複合化してシート状にしたものが主に使用されている。
軟磁性金属材料については、粒子の厚さを表皮深さ以下の扁平形状とすることによる渦電流の抑制効果及び形状磁気異方性の効果によって電磁波吸収体としての限界周波数は10GHz程度まで伸ばすことができる。
一方、ミリ波領域に対応する電磁波吸収体としては、従来からカーボンブラック粒子やカーボンファイバー等のカーボン系材料を、ゴムや樹脂などの電気的絶縁性有機物に分散させた電磁波吸収体が知られている。
【0004】
高温の環境下においても使用し得る、耐熱性のある電磁波吸収体として、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属および元素周期律表第VIII族に含まれる金属から選ばれた少なくとも1種を担持したカーボンナノチューブを含む電磁波吸収材が開示されている
(特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】特開2003−124011号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、スピネル結晶構造の軟磁性金属酸化物材料の比透磁率は、スネークの限界則に従い、GHz帯では急激に減少してしまう。そのため、電磁波吸収体としての限界周波数は数GHzである。さらにカーボン系材料については、電磁波吸収性能としては十分とは言えない。上記特許文献1に開示された電磁波吸収材は、高周波域における電磁波吸収性は必ずしも十分なものとはいえない。そこでミリ波領域まで使用できる電磁波吸収特性に優れた新しい電磁波吸収材の開発が望まれている。
一方、初期透磁率の高いセンダストなどの磁性体金属材料は、アンテナ磁心等の材料として使われてきたが、高周波(GHz帯)における透磁率の損失が大きく、高周波領域に適用できる材料とはなっていない。このようなセンダストの高周波領域における透磁率の損失の増大の大きな理由のひとつに磁歪が大きいことにあると考えられる。すなわち、高周波領域で磁歪が生じることにより磁壁移動速度が律速になって実効透磁率が低下する。 本発明の目的は、ミリ波領域まで優れた電磁波吸収特性を有する磁性体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
磁性体金属材料の高周波領域における損失の増大の大きな理由のひとつに磁歪が大きいことにある。そこで、磁性体金属材料中に添加すると磁歪を緩和して、高周波領域での透磁率特性、損失を改善することが可能な無機材料について検討した。
デバイ温度は、各固体に固有な、比熱の温度変化の傾きを示す値であり、デバイ温度が小さい物質は低い温度で比熱の飽和に達し、逆にデバイ温度が大きい物質は、比熱の温度変化の傾きが小さく、飽和するのに高い温度を要する。
デバイ温度が高い磁性材料は振動の伝わりが早く、高周波領域での磁歪に対して追従し易くなるので、高周波領域での緩和効果を示すことが出来る。本発明において、磁性材料粒子にデバイ温度が900K以上の炭素構造材料を添加することにより、磁歪の追従性が向上する傾向のあることを確認した。
一方、デバイ温度が900K以上の炭素構造材料であっても、上記向上効果の極めて少ない炭素構造材料が存在することを見出した。そこで鋭意研究した結果、磁歪の追従性が向上効果には、ヤング率の影響も受けることを見出した。すなわち、ヤング率が高い材料は弾性変形領域が広く、磁歪緩和の際に弾性的な挙動を示すことができる。その結果、大きい磁歪を緩和する際にも塑性変形せず、常に同じ緩和効果を示すことが出来る。本発明において、デバイ温度が900K以上であっても、ヤング率が900K以下の炭素構造材を磁性材料粒子に添加しても磁歪の追従性の向上効果が少ないことを確認できた。上記知見から、ヤング率が900GPa以上でかつデバイ温度が900K以上の炭素構造材料を磁性材料粒子に添加することにより、高い周波領域においても透磁率の低下を顕著に抑制できることを見出し、本発明を完成させた。
以下、単層カーボンナノチューブ(Single-Wall Carbon Nanotubess)をSWCNTということがある。また、多層カーボンナノチューブ(Multi-Wall Carbon Nanotubess)をMWCNTということがある。
【0008】
すなわち、本発明の第1の態様は、(1)複数の磁性材料粒子と、該磁性材料粒子間に存在する、少なくともヤング率が900GPa以上でかつデバイ温度が900K以上の炭素構造材料とからなることを特徴とする磁性体に関する発明である。
また、本発明の第1の態様においては、下記(2)〜(7)の態様とすることができる。
(2)前記炭素構造材料の平均間隔が10μm以下である。
(3)前記炭素構造材料が、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、及びフラーレンから選択される1種又は2種以上含む。
(4)前記磁性材料粒子が(i)Fe、(ii)Ni、(iii)Co、(iv)Al、Mg、Co、Ni、Mo、B、Si、Sr及びNbからなる群より選択される1種又は2種以上の元素を含む鉄系合金、(v)Mn系合金、及び(vi)Sm-Co化合物(サマリウム磁石)から選択される1種又は2種以上を含む強磁性材料である。
(5)前記(iv)鉄系合金が、Fe-Ni系合金(パーマロイ)、Fe-Si系合金(ケイ素鉄)、Fe-Si-Al系合金(センダスト)、Fe-Ni-Mo(スーパーマロイ)、Fe-Co系合金(パーメンジュール)、Fe-C-B系合金(アモルファス)、Fe-Ni-Cr系合金(ステンレス)、Fe-Ni-Co-Al系合金(アルニコ磁石)、Nd-Fe-B化合物(ネオジウム磁石)、酸化鉄、Fe-Pt系合金から選択される1種又は2種以上であり、(v)Mn系合金がMn-Zn系合金 (MnZnフェライト)又はMn-Al系合金(MnAl磁石)である。
(6)前記磁性材料粒子がFe-Si-Al系合金(センダスト)を含む強磁性材料である。
(7)前記磁性体中の磁性材料粒子と炭素構造材料の体積割合(磁性材料粒子/炭素構造材料)が70〜99%/1〜30%からなる。
(8)前記炭素構造材料が粒子径1〜100μmの範囲にある磁性材料粒子間に存在している。
【0009】
本発明の第2の態様は、(9)前記(1)ないし(8)のいずれかに記載の磁性体が、該磁性体を構成する磁性材料粒子及び炭素構造材料よりも高電気抵抗率を有する結合材に混在していることを特徴とする、電磁波吸収材に関する発明である。
本発明の第2の態様においては、下記(9)の態様とすることができる。
(10)前記結合材がエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、及びエチレン−酢酸ビニル−塩化ビニルグラフト共重合体から選択される1種又は2種以上である。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、従来の磁性体よりも高周波領域において透磁率の低下が相対的に少ない、優れた透磁性を有する磁性体を提供できる。更に、本発明によれば、準ミリ波領域からミリ波領域にわたって使用可能な電波吸収特性を有する電磁波吸収材を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下、本発明の構成について詳述する。尚、本発明の第1の態様及び第2の態様における磁性体は、実質的には磁性材料と記載することもできる。
〔1〕第1の態様
本発明の第1の態様である「磁性体」は、複数の磁性材料粒子と、該磁性材料粒子間に存在する、少なくともヤング率が900GPa以上でかつデバイ温度が900K以上の炭素構造材料とからなることを特徴とする。
以下に炭素構造材料、ヤング率、デバイ温度、及び炭素構造材料の平均間隔の測定、並びに磁性材料粒子等について説明する。
(1)炭素構造材料
炭素構造材料としては、一般に単層カーボンナノチューブ(SWCNT)、多層カーボンナノチューブ(MWCNT)、カーボンナノホーン、フラーレン、フラーレン重合物、フラーレン誘導体、カーボンナノファイバー、活性炭素等が挙げられるが、本発明で使用する炭素構造材料としては、これらの中でも単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノファイバー、フラーレン、フラーレン重合物、及びフラーレン誘導体が好ましい。
(i)カーボンナノチューブ
カーボンナノチューブとは、グラファイトの1枚面を巻いた筒状形状を有するものをいい、1層に巻かれたものを単層カーボンナノチューブ、2層に巻かれたものを2層カーボンナノチューブ、多層に巻かれたものを多層カーボンナノチューブという。
【0012】
(ii)カーボンナノホーン
カーボンナノホーンとはグラファイトの1枚面が円錐状に巻かれた形状を有しており、1層に巻かれたものを単層カーボンナノホーンといい、2層に巻かれたものを2層カーボンナノホーンといい、3層以上の多層に巻かれたものを多層カーボンナノホーンという。
(iii)フラーレン
フラーレンとは炭素原子からなるクラスターで、炭素の同素体であり、通常はC36、C60、C70、C76、C78、C80、C82、C84などから選ばれる。フラーレン重合物とは、2個のC60が結合して出来た二量体や、さらに密に結合した落花生型などのC120、3個が結合したトリマーのC180やn個が結合したポリマーなども合成されている。
フラーレン誘導体とは前記フラーレンが官能基化修飾されたものであれば特に限定しないが、本発明では−OH、−OSOH、−COOH、−SOH、−OPO(OH)の官能基の内、少なくとも1つ以上含むものが好ましい。
(iv)カーボンナノファイバー
カーボンナノファイバーとは直径が1〜500nmであり、長さが1μm以上の成分組成が炭素50%以上であるものとし、ロッド状でも中空状でもよい。
【0013】
(2)デバイ温度の測定
ナノカーボンのデバイ温度は、参考文献2(J. Hone, B. Batlogg, Z. Benes, A. T. Johnson, J. E. Fischer Science 289 1730 (2000))の記載に基き求めた温度である。すなわち、フォノンDOSを用いて測定材料について1〜300Kの範囲における比熱Cを測定し、その測定点を縦軸に比熱C、横軸に測定温度の3乗値にして、図にプロットして第一次近似直線を引き、その傾きを算出してデバイ温度を決定した。
測定材料は、上記に記載したと同じ炭素構造材料、貴金属のナノチューブであるAgチューブ及びPtチューブを用いた。その結果、下記の値が得られた。
尚、上記したように、磁性材料粒子にデバイ温度が900K以上の下記炭素構造材料を添加することにより、磁歪の追従性が向上する効果が得られる。
(a)単層カーボンナノチューブ(SWCNT):2000K
(b)多層カーボンナノチューブ(MWCNT):1000K
(c)カーボンナノホーン:1200K
(d)フラーレン:1800K
(e)カーボンファイバー:2230K
(f)カーボンウィスカー:1800K
(g)Agチューブ:225K
(h)Ptチューブ:240K
上記測定値から、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、及びフラーレンは高いヤング率、すなわち高い弾性率を有していることがわかる。
【0014】
尚、上記測定に用いた炭素構造材料は、以下の通りである。
(a)単層カーボンナノチューブ(SWCNT)
Sun Nanotech Co Ltd製、商品名:SWCNT
(b)多層カーボンナノチューブ(MWCNT)(*層数は2〜10層)
Sun Nanotech Co Ltd製、商品名:B−MWNT
(c)カーボンナノホーン
NEC(株)製、カーボンナノホーン
(d)フラーレン
フロンティアカーボン(株)製、商品名:フラーレンC60−SUH
(e)カーボンファイバー
昭和電気工業(株)製、商品名:気相成長炭素繊維
(f)カーボンウィスカー
東海カーボン(株)製、商品名:トーカブラック
(g)Agチューブ
田中貴金属工業(株)、商品名:Agコロイド
(h)Ptチューブ
田中貴金属工業(株)、商品名:Ptファイバー
【0015】
(3)ヤング率の測定
本発明において、炭素構造材料のヤング率は、参考文献1( Wong E W, Sheehan P E and Lieber C M 1997 Science 277 1971)の記載に基づき、原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope; AFM)を用いて得られる測定値である。MoS基板に炭素構造材料の一端を固定し、他端をAFMの探針のスキャンモードにより接触させ、振動させてナノカーボンが元の状態に回復することからヤング率を求めた。また参考として貴金属のナノチューブであるAgチューブとPtチューブをそれぞれ準備し、同様にヤング率を測定した。各無機材料のヤング率の測定結果、は以下の通りである。
尚、上記したように、下記のヤング率が900GPa以上でかつデバイ温度が900K以上の炭素構造材料を磁性材料粒子に添加することにより、高い周波領域においても透磁率の低下を顕著に抑制できる。
(a)単層カーボンナノチューブ(SWCNT):5000GPa
(b)多層カーボンナノチューブ(MWCNT):1000GPa
(c)カーボンナノホーン:4200GPa
(d)フラーレン:1100GPa
(e)カーボンナノファイバー:680GPa
(f)カーボンウィスカー:800GPa
(g)Agチューブ:82.7GPa
(h)Ptチューブ:168GPa
【0016】
(4)炭素構造材料の平均間隔の測定
(i)炭素構造材料の平均間隔について
上記したように、ヤング率が900GPa以上でかつデバイ温度が900K以上の炭素構造材料を磁性材料に添加することにより、高周波領域においても透磁率の低下を顕著に抑制することができる。
一方、炭素構造材料を磁性材料に添加する際に、混合方法により分散状態が相違し、高周波領域における透磁率の低下抑制効果も異なってくることを見出した。前記分散状態は、炭素構造材料と磁性材料の混合時間の影響を受ける。本発明において、磁性材料に添加した炭素構造材料の平均が10μm以下の距離で分散している場合には、高周波領域における透磁率の低下を更に抑制できることを見出した。
これは磁歪の緩和を行うに際して緩和効果を示す炭素構造材料が弾性変形するときに、距離が10μm以下の領域では磁歪のほとんどを緩和できるためと推定される。
(ii)炭素構造材料の平均間隔の測定
炭素構造材料の平均間隔の測定を走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope、SEM)観察にて行う。
SEM写真中の炭素構造材料において炭素構造材料の最小寸法以下の間隔で接している凝集体、もしくは単体で存在する炭素構造材料を10個選定する。選定はSEM写真の中央から4隅に直線を引き、その直線状にある炭素構造材料を、中央に近い順番に10個を選ぶという方法で行う。選定された炭素構造材料の凝集体もしくは単体の中心を相互に直線で結び、結んだ45本の直線の長さを足し合わせた後、45で割って平均化して平均間隔を得た。
【0017】
(5)磁性材料粒子
本発明で使用する磁性材料粒子の磁性材料は、軟磁性材料であり、(i)Fe、(ii)Ni、(iii)Co、(iv)Al、Mg、Co、Ni、Mo、B、Si、Sr及びNbからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含む鉄系合金、(v)Mn系合金、及び(vi)Sm-Co化合物(サマリウム磁石)から選択される1種又は2種以上含む強磁性材料である。
前記鉄系合金の中で好ましいのは、Fe-Ni系合金(パーマロイ)、Fe-Si系合金(ケイ素鉄)、Fe-Si-Al系合金(センダスト)、Fe-Ni-Mo(スーパーマロイ)、Fe-Co系合金(パーメンジュール)、Fe-C-B系合金(アモルファス)、Fe-Ni-Cr系合金(ステンレス)、Fe-Ni-Co-Al系合金(アルニコ磁石)、Nd-Fe-B化合物(ネオジウム磁石)、酸化鉄、Fe-Pt系合金から選択される1種又は2種以上である。また、Mn系合金としては、Mn-Zn系合金 (MnZnフェライト)及びMn-Al系合金(MnAl磁石)が例示できる。
【0018】
上記酸化鉄は、酸化鉄系磁性体粒子であれば特に限定されるものではないが、例えば、Fe2 O3 にMnO、ZnO、NiO、MgO、CuO、Li2 O等を組み合わせたフェライト;NiO-MnO-ZnO-Fe2 O3 、MnO-ZnO-Fe2 O3 、NiO-ZnO-Fe2 O3 等のスピネル型フェライト;ガーネット型フェライト;スピネル型(立方晶)のγ-Fe2 O3 、Fe3 O4 等の粒子を挙げることができる。これらのうち、本発明においては、Li、Mg、Mn、Zn、Co、Ni、Cu、Sn、Sr、Ba等を含有する鉄酸化物を使用することが好ましい。これらは単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
【0019】
これらのうち、好ましくはSi、B、Al、Co、Ni、Cr、V、Sn、Zn、Pb、Mn、Mo及びAgからなる群より選択される少なくとも1種を含むFe磁性合金粒子、Fe、Co又はNiの磁性金属単体粒子である。これらは単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中で特に好ましいのは、Fe-Si-Al系合金(センダスト)を含む強磁性材料粒子である。
【0020】
磁性材料粒子の粒子径範囲は、0.1〜300μmであるものが使用される。
上記磁性粒子のうち、粒子径が100μm以上のものは、例えば、上記金属磁性体、金属酸化物磁性体等の磁性体塊を、スタンプミル等を用いて粉砕した後に、機械的湿式分級、乾式篩い分け法、湿式篩い分け法、気流分気流分級等により分級して得ることができる。
または、研削などによる削り出しにより、同様の粒子を得ることができる。
上記粒子径が100μm以上の磁性粒子を含有する磁性粉体層(B)は、1MHz〜1GHzの電磁波を磁性損失により効率的に吸収することができる。
【0021】
(5)炭素構造材料と磁性材料粒子との配合割合
前記磁性体中の磁性材料と炭素構造材料の体積割合(磁性材料/炭素構造材料)は、70〜99%/1〜30%からなることが好ましい。
前記炭素構造材料の体積割合が1%未満では、磁性材料粉末の間に十分に行渡らないという不都合を生じ、30%を超えると透磁率が低下するという不都合を生じる。
より好ましい体積割合(磁性材料/炭素構造材料)は、80〜90%/10〜20%である。
【0022】
(6)炭素構造材料と磁性材料粒子との焼結
本発明の磁性体中の磁性材料粒子と炭素構造材料とは加熱処理して焼結させることにより一体化される。
粒子径範囲が0.1〜300μm程度の磁性材料粒子と、炭素構造材料粒子をよく混合して加熱焼結させる。前記焼結の温度条件は、金属、合金又は金属酸化物等が焼結する温度にまで加熱することにより、金属、合金又は金属酸化物が融着現象を生じて炭素構造材料に焼結する温度である。
【0023】
〔2〕第2の態様
第2の態様である「電磁波吸収材」は、第1の態様である磁性体が、該磁性体を構成する磁性材料粒子及び炭素構造材料よりも高電気抵抗率を有する結合材に混在していることを特徴とする。
上記磁性体は、そのままでは層状化が困難であるので、通常上記磁性体を結合材内に分散させた電磁波吸収材として使用される。
上記結合材としては、上記磁性材料粒子との濡れ性、混練加工時の粘度、耐熱性、耐化学性、耐水性、フィルムの物性等を考慮して熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂のうちから適宜選択することができる。なかでも、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、及びエチレン−酢酸ビニル−塩化ビニルグラフト共重合体から選択される1種又は2種以上が好ましい。上記結合材として熱可塑性樹脂を使用する場合は、例えば上記磁性材料粒子と熱可塑性樹脂とを溶融混練して、シート化した電磁波吸収材として使用される。
なお、上記磁性体は上記結合材と混在していればよく、前記態様に限定されるものではない。
【0024】
上記結合材は、上記磁性材料粒子100重量部に対して、4〜80重量部配合されることが好ましい。前記4重量部未満であると、透磁率が低くなりすぎ、前記80重量部を超える場合には粒子の充填が難しくなるという問題がある。
上記磁性粉体層(B)の厚さは、0.15〜20mmであることが好ましい。0.15mm未満であると、磁界ノイズを充分に吸収することができず、20mmを超えると、不要電磁波の吸収に対する効果に問題はないが、その厚さにより使用範囲が限定され、筐体形状に合わせた設置が難しくなる。好ましくは、0.2〜10mmである。
【0025】
〔3〕磁性体、電磁波吸収材の用途
このように、本発明の電磁波吸収材は、電磁波吸収性ハウジング、電磁波吸収用フィルム又はシートとして、筐体内の変動磁界又は電磁波の発生源に設けてなる電子機器、例えば、携帯電話機等の通信機器、テレビ、コンピュータ機等の家電機器器、心臓ペースメーカー等の医療機器、NMR分析装置の分析機器等に使用できる。
【実施例】
【0026】
以下に実施例により本発明をより具体的に説明する。
尚、本実施例において、透磁率は、JIS C2561に準拠して測定した。
すなわち、高周波における試料の透磁率を測定する場合、空胴共振器に試料を挿入して、その試料の有無によって変化する共振周波数およびQを測定して、これらから透磁率を求めた。
[実施例1、比較例1]
磁性材料粒子に本発明で使用する特定の炭素構造材料を配合して得られる磁性体は、高周波領域において透磁率の低下が抑制されることを確認するために、以下の実験を行った。
磁性材としてセンダスト(Fe-Si-Al系合金、古河テクノマテリアル(株)製、商品名:フタバロイ−R、以下、「センダスト」と記載する)をボールミルにて粉砕し、平均粒子径φ10μmの粉末を得た。
上記センダストとの複合粉末を得るために、実施例1として下記炭素構造材料(a)〜(d)、比較例1として、下記無機材料(e)〜(h)を使用した。
【0027】
(a)単層カーボンナノチューブ(SWCNT)
Sun Nanotech Co Ltd製、商品名:SWCNT
(b)多層カーボンナノチューブ(MWCNT)(*層数は2〜10層)
Sun Nanotech Co Ltd製、商品名:B−MWNT
(c)カーボンナノホーン
NEC(株)製、カーボンナノホーン
(d)フラーレン
フロンティアカーボン(株)製、商品名:フラーレンC60−SUH
(e)カーボンファイバー
昭和電気工業(株)製、商品名:気相成長炭素繊維
(f)カーボンウィスカー
東海カーボン(株)製、商品名:トーカブラック
(g)Agチューブ
田中貴金属工業(株)、商品名:Agコロイド
(h)Ptチューブ
田中貴金属工業(株)、商品名:Ptファイバー
【0028】
上記したセンダスト粉末と無機材料とをそれぞれ90:10(体積比率)の割合で配合して、遊星回転ポットミル(伊藤製作所製)を用い、200rpmで10分間混合して混合物を得た。該混合物を600℃で1時間焼結した後、再度粉砕して平均粒子径φ10μmの複合粉末を得た。得られた各サンプルについて複合粉末とエポキシ系樹脂(ストルアス社製、商品名:エポフィクス)を9:1の割合で混合後、ドーナツ形状(外形:7mm、内径:4mm、厚み:1mm)が得られる金型内で常温で1日間かけて硬化させて、該硬化成形物の透磁率を測定した。
尚、透磁率の測定には、アジテントテクノロジー社製、インピーダンスアナライザーを使用した。
測定結果を表1に示す。また、表1の数値を図1にプロットする。
図1において、縦軸は透磁率であり、横軸は周波数である。図1から実施例1におけるカーボンナノホーン、SWCNT、MWCNT、及びフラーレンは、比較例1におけるブランク(無機材料添加無し)又は他の無機材料と比較して透磁率が高く、特に高周波領域において透磁率の低下が相対的に少なく、優れた性質を有していることが確認された。
【0029】
【表1】

【0030】
[実施例2〜5、比較例2〜4]
実施例1で使用したセンダスト粉末と、実施例2〜5として、多層カーボンナノチューブ、単層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、フラーレンをそれぞれ90:10(体積比率)の割合で混合し、比較例2として炭素材料の添加なし、比較例3、4として比較例1で使用したカーボンファイバー、カーボンウィスカーとをそれぞれ90:10(体積比率)の割合で混合した。混合処理には遊星回転ポットミル(伊藤製作所製)を用い、200rpmで1分、10分、1時間、3時間、8時間、20時間の処理をそれぞれ行った。処理時間毎に600℃で1時間焼結した後、再度粉砕して平均粒子径φ10μmの複合粉末とエポキシ系樹脂(ストルアス社製、商品名:エポフィクス)(複合粉末/エポキシ系樹脂)を9/1(重量比)の割合で混合後、ドーナツ形状(外形:7mm、内径:4mm、厚み:1mm)が得られる金型内で常温で1日間かけて硬化させ、該硬化成形物について、実施例1に記載したと同様に透磁率を測定し、また下記方法により炭素材料間の平均間隔を測定した。
炭素構造材料の平均間隔の測定は、走査型電子顕微鏡(SEM)観察にて行った。すなわち、SEM写真中の炭素構造材料において炭素構造材料の最小寸法以下の間隔で接している凝集体、もしくは単体で存在する炭素構造材料を10個選定する。選定はSEM写真の中央から4隅に直線を引き、その直線状にある炭素構造材料を、中央に近い順番に10個を選ぶという方法で行う。選定された炭素構造材料の凝集体もしくは単体の中心を相互に直線で結び、結んだ45本の直線の長さを足し合わせた後、45で割って平均化して平均間隔を得た。
実施例2〜5の測定結果を表2〜5に、比較例2〜4の測定結果を表6〜8に示した。また、表2〜8の数値を図2〜8にそれぞれプロットした。
図2〜8において、縦軸は透磁率であり、横軸は周波数である。図2〜8から実施例2〜5におけるカーボンナノホーン、SWCNT、MWCNT、及びフラーレンは、ブランク又は他の無機材料と比較して透磁率が高く、さらに炭素構造材料の平均間隔が10μm以下になると効果が増大していることが観察されている。特に高周波領域において透磁率の低下が相対的に少なく、優れた性質を有していることが確認された。
【0031】
【表2】

【0032】
【表3】

【0033】
【表4】

【0034】
【表5】

【0035】
【表6】

【0036】
【表7】

【0037】
【表8】

【0038】
[実施例9]
炭素構造材料を磁性体に配合する場合に顕著な効果が生ずる配合割合を調べるために、炭素構造材料の1つである、SWCNTについて、以下の実験を行った。
使用したSWCNTとセンダスト粉末サンプルは実施例1に使用した同じものである。センダストを実施例1と同様にしてボールミルにて粉砕し、平均粒子径φ10μmの粉末を得た。
SWCNT(嵩密度:0.02g/cm)の体積をVs、前記粉砕したセンダスト粉末(嵩密度:1.30g/cm)の体積をVmとして、SWCNTの体積混合割合([Vs/(Vs+Vm)]×100)(体積%)がそれぞれ0.1体積%、1体積%、5体積%、10体積%、20体積%、30体積%、35体積%となるように遊星回転ポットミル(伊藤製作所製)を用い、200rpmで10分間混合した後に、600℃で1時間焼結し、更に再度ボールミルにて粉砕し、平均粒子径φ10μmの粉末を得た。得られた平均粒子径φ10μmの複合粉末とエポキシ系樹脂(ストルアス社製、商品名:エポフィクス)を(複合粉末/エポキシ系樹脂)9:1(重量比)の割合で混合後、ドーナツ形状(外形:7mm、内径:4mm、厚み:1mm)が得られる金型内で常温で1日間かけて硬化させ、該硬化成形物について、実施例1に記載したと同様に透磁率を測定した。
測定結果を表9に示す。また、表9の数値を図9プロットした。図9に示すように、1体積%、5体積%、10体積%、30体積%の範囲で顕著な効果が確認された。
【0039】
【表9】

【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】実施例1と比較例1における、磁性材料粒子と種々の無機材料粒子との混合物をそれぞれ焼結して得られた磁性体について、500Hzから1GHzまでの周波数における透磁率を示すグラフである。
【図2】実施例2における、磁性材料粒子と多層カーボンナノチューブとの混合物を1分〜20時間の間でそれぞれ混合した後に、焼結して得られた磁性体について、カーボンの平均粒子間距離と500Hzから1GHzまでの周波数における透磁率を示すグラフである。
【図3】実施例3における、磁性材料粒子と単層カーボンナノチューブとの混合物を1分〜20時間の間でそれぞれ混合した後に、焼結して得られた磁性体について、カーボンの平均粒子間距離と500Hzから1GHzまでの周波数における透磁率を示すグラフである。
【図4】実施例4における、磁性材料粒子とカーボンナノホーンとの混合物を1分〜20時間の間でそれぞれ混合した後に、焼結して得られた磁性体について、カーボンの平均粒子間距離と500Hzから1GHzまでの周波数における透磁率を示すグラフである。
【図5】実施例5における、磁性材料粒子とフラーレンとの混合物を1分〜20時間の間でそれぞれ混合した後に、焼結して得られた磁性体について、カーボンの平均粒子間距離と500Hzから1GHzまでの周波数における透磁率を示すグラフである。
【図6】比較例2における、磁性材料粒子をそれぞれ焼結して得られた磁性体について、500Hzから1GHzまでの周波数における透磁率を示すグラフである。
【図7】比較例3における、磁性材料粒子とカーボンファイバーとの混合物を1分〜20時間の間でそれぞれ混合した後に、焼結して得られた磁性体について、カーボンの平均粒子間距離と500Hzから1GHzまでの周波数における透磁率を示すグラフである。
【図8】比較例4における、磁性材料粒子とカーボンウィスカーとの混合物を1分〜20時間の間でそれぞれ混合した後に、焼結して得られた磁性体について、カーボンの平均粒子間距離と500Hzから1GHzまでの周波数における透磁率を示すグラフである。
【図9】実施例6における、磁性材料粒子とSWCNTとの種々の配合割合の混合物を焼結して得られた磁性体について、500Hzから1GHzまでの周波数における透磁率を示すグラフである。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の磁性材料粒子と、該磁性材料粒子間に存在する、少なくともヤング率が900GPa以上でかつデバイ温度が900K以上の炭素構造材料とからなることを特徴とする磁性体。
【請求項2】
前記炭素構造材料の平均間隔が10μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の磁性体。
【請求項3】
前記炭素構造材料が、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、及びフラーレンの中から選択される1種又は2種以上を含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の磁性体。
【請求項4】
前記磁性材料粒子が(i)Fe、(ii)Ni、(iii)Co、(iv)Al、Mg、Co、Ni、Mo、B、Si、Sr及びNbからなる群より選択される1種又は2種以上の元素を含む鉄系合金、(v)Mn系合金、及び(vi)Sm-Co化合物(サマリウム磁石)から選択される1種又は2種以上を含む強磁性材料であることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の磁性体。
【請求項5】
前記鉄系合金が、Fe-Ni系合金(パーマロイ)、Fe-Si系合金(ケイ素鉄)、Fe-Si-Al系合金(センダスト)、Fe-Ni-Mo(スーパーマロイ)、Fe-Co系合金(パーメンジュール)、Fe-C-B系合金(アモルファス)、Fe-Ni-Cr系合金(ステンレス)、Fe-Ni-Co-Al系合金(アルニコ磁石)、Nd-Fe-B化合物(ネオジウム磁石)、酸化鉄、Fe-Pt系合金から選択される1種又は2種以上であり、Mn系合金がMn-Zn系合金 (MnZnフェライト)又はMn-Al系合金(MnAl磁石)である、請求項4に記載の磁性体。
【請求項6】
前記磁性材料粒子がFe-Si-Al系合金(センダスト)を含む強磁性材料であることを特徴とする、請求項4項に記載の磁性体。
【請求項7】
前記磁性体中の磁性材料粒子と炭素構造材料の体積割合(磁性材料粒子/炭素構造材料)が70〜99%/1〜30%からなること特徴とする、請求項1ないし6のいずれか1項に記載の磁性体。
【請求項8】
前記炭素構造材料が粒子径1〜100μmの範囲にある磁性材料粒子間に存在していることを特徴とする、請求項1ないし7のいずれか1項に記載の磁性体。
【請求項9】
請求項1ないし8のいずれか1項に記載の磁性体が、該磁性体を構成する磁性材料粒子及び炭素構造材料よりも高電気抵抗率を有する結合材に混在していることを特徴とする、電磁波吸収材。
【請求項10】
前記結合材がエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、及びエチレン−酢酸ビニル−塩化ビニルグラフト共重合体から選択される1種又は2種以上である、請求項9に記載の電磁波吸収材。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate

【図8】
image rotate

【図9】
image rotate


【公開番号】特開2009−238981(P2009−238981A)
【公開日】平成21年10月15日(2009.10.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−82388(P2008−82388)
【出願日】平成20年3月27日(2008.3.27)
【出願人】(000005290)古河電気工業株式会社 (4,457)
【Fターム(参考)】