最新フッ素関連トピックス 2018 年 3 月号フッ素系磁性材料 1 はじめにこの 1 年余りフッ素系磁性材料の文献をよく目にする今回はその目にした文献を紹介しここ数年の日本特許を合わせて紹介しその動向を最後にまとめてみた 2 文献情報 L.B. Drissi らは下記のゲルマニウムグラ

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へいぞうさかど
5 years ago
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1 最新フッ素関連トピックス 2018 年 3 月号フッ素系磁性材料 1 はじめにこの 1 年余りフッ素系磁性材料の文献をよく目にする今回はその目にした文献を紹介しここ数年の日本特許を合わせて紹介しその動向を最後にまとめてみた 2 文献情報 L.B. Drissi らは下記のゲルマニウムグラフェンハイブリッド体をフッ素化 (3 種類 ) しその磁性特性を調べた 1) フッ素は C よりも Ge との親和性が強いが 3 種類とも安定で (1) と (2) は四面体に近い構造をとり (3) は sp 2 と sp 3 のハイブリッド構造であった磁性のない (1) と弱い強磁性の (2) は小さなバンドギャップがあり (3) は大きな間接バンドギャップを持つ反強磁性体であるこれらは太陽電池や青色紫外 LED の応用が期待されるとしている Luca Rigamonti らは下記に示す配位子を持つ四つの鉄錯体のフッ素化体 [Fe4(L 1 )2(dpmF6)6](1dpmF6) [Fe4(L 2 )2(dpmF6)6](2dpmF6) [Fe4(OMe)6(dpmF6)6](3dpmF6) [Fe4(L 2 )2(pta)6](2pta) を合成三脚状配位子 H3L 1 H3L 2 を付加することにより表面への物理吸着と化学吸着を促進させている 2) 3dpmF6 の構造を下記に示す

2 1-10kOe で磁化率の K の温度依存性を測定し下図の結果を得たここで 1dpmF6 は赤 2dpmF6 は緑 3dpmF6 は黒で示してあるこの形は Fe4 錯体の特徴である 1dpmF6 は 497±5K で分解せずに昇華するが 2dpmF6 と 2pta は 10-7mba で熱すると昇華する前に分解してしまうフッ素の導入により昇華温度を下げることはできなかったとしている Aktaf Ur Rahman らは密度汎関数理論 (DFT) を用いた F H Li をドープした MoS2 の電子的磁気的性質の研究を発表している 3) Li ドープ MoS2 では Mo の d 軌道からの電子の流れが少ないのでスピン磁気モーメントは飽和しなかった H および F ドープした MoS2 は半金属強磁性が予測され大きな磁気モーメントが得られたこれは F および H と S との間の電気陰性度の違いによると考えられる従って F や

3 H をドープした MoS2 はスピンベースの電子デバイスとして有望であるとしている Huaizhong Xing らは下記に示す 4 種類のジグザグ含フッ素 GaN ナノリボンと 5 種類の含水素 GaN リボンを作製しその電子的磁気的性質を調べた 4) F 原子が末端の Ga エッジは強磁性であるが N エッジの場合は磁性がない Ga エッジが二つの F で飽和している場合と一つの F が飽和している N エッジは半金属性であったさらに磁気的電子的性質は外部の電場によりコントロールできるさらに Ga から N への電界方向の下で半金属状態から半導体状態へ変化でき N から Ga への電界方向の下では半金属状態から磁気金属状態へ変わり非磁気金属状態へと変わることができる Zhide Hu らは PTFE ミクロ粉体を使って PTFE 有機ゲルを作製しカルボニル鉄粒子をそのチキソトロピック液体に分散させて磁性流体を合成した 5) 純粋なシリコーンオイルの磁性流体と比較して高い磁性粘性分散安定性とトライポロジー性が得られた PTFE 含有量を増やすと有機ゾルの粘性やチソトロピー性を増すことができた分散安定性が上がるのは PTFE とオイルとの水素結合により内部ネットワークミクロ構造が形成され磁性粒子との間にギャップができ粒子の集合や沈降を防ぐと考えられるまた磁性粒子がフィラーとなり有機ゲルの強度を上げる効果もあるさらにこの PTFE 有機ゲルは潤滑性があることもトライポロジーテストで分かった 3 特許情報ここ 5 年間の特許情報としては 2013 年に日立製作所が磁気特性と熱安定性に優れた Sm-Fe 系材料として Sm2Fe17F0.6 と Sm2Fe17F3 との混合物 6) や Sm2Fe17 に F をドープした系 7) を提案しているまた 2014 年には電磁材料研究所が GH 帯域において透磁率が安定していることが要求される電子部品に適した磁性薄膜として Co39Ca19F42 などを提案している 8) さらに 2017 年には NTN が耐熱性に優れた軟

4 質磁性コアの製造に使用できる磁性材料として下図に示す無機絶縁被膜 4b を有する鉄系軟磁性体粉末 4a に変成フッ素コーティング膜 ( パーフルオロ樹脂とポリイミドの混合体 )5a と PTFE 被膜 5b した 4 を提案している 9) ネオジム- 鉄 -ボロンを代表とする希土類鉄系永久磁石材料は現在磁気特性 ( エネルギー密度 ) が最も高く応用が最も広く発展速度が最も速い新世代永久磁石材料である 2018 年北京中科三環高技術が重希土類を用いてネオジム- 鉄 - ボロン母合金を処理する工程において安全便利工業的製造に適する電着法を提案している 10) それは電着液として Tb(BF4)3 Fe(BF4)2 Co(BF4)3 イオン液体 [BMIM]BF4 を作製し電気メッキする方法である重希土類元素が R2-T-B 系焼結母合金 ( ネオジム- 鉄 -ボロン) の表面に沈着する速度が速く電着工程時間を節約し生産効率を高めることができるメッキ層の厚さがより一層厚く 10~40μm にも達することができる 4 おわりにフッ素を含む磁性材料についての最近の開発状況を調べたフッ素を導入することにより大きなバンドギャップ大きな磁気モーメント昇華温度を低下させ耐熱性を向上させることなどが期待されていることが分かったまた磁性流体に PTFE ミクロ粉体を使用しチキソトロピー性を増大させトライボロジー性を付与することや永久磁石材料の工業的製法に適する電着法の電着液として BF4 陰イオンを含む金属錯体やイオン液体を使用して沈着速度の増大やメッキ層の厚膜化などが図れることも分かったこのように磁性材料におけるフッ素の利用については多様な可能性があり今後に期待したい文献 1) L.B. Drissi et al Chemical Physics Letters 659(2016) ) Luca Rigamonti et al Polyhedron 128(2017) ) Aktaf Ur Rahman et al Journal of Magnetism and Magnetic Materials 443(2017) ) Huaizhong Xing et al Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures 97(2018) ) Zhide Hu et al Journal of Magnetism and Magnetic Materials 451(2018)

5 ) 日立製作所特開 ) 日立製作所特開 ) 電磁材料研究所特開 ) NTN 特開 ) 北京中科三環高技術特表

体状態を保持したまま電気伝導の獲得という電荷が担う性質の劇的な変化が起こるすなわち電荷とスピンが分離して振る舞うことを示していますそしてこのような状況で実現している金属が通常とは異なる特異な金属であることが電気伝導度の温度依存性から明らかにされましたもともと電子が持っていた電荷やスピ

体状態を保持したまま電気伝導の獲得という電荷が担う性質の劇的な変化が起こるすなわち電荷とスピンが分離して振る舞うことを示していますそしてこのような状況で実現している金属が通常とは異なる特異な金属であることが電気伝導度の温度依存性から明らかにされましたもともと電子が持っていた電荷やスピ 4. 発表内容 : 電子は電荷とスピンを持っており電荷は電気伝導の起源スピンは磁性の起源になっています電荷同士の反発力が強い物質中では結晶の格子点上に二つの電荷が同時に存在することができませんその結果結晶の格子点の数と電子の数が等しい場合は電子が一つずつ各格子点上に止まったモット絶縁体と呼ばれる状態になります ( 図 1) モット絶縁体の多くは隣接する結晶格子点に存在する電子のスピン同士が逆向きになろうとする相互作用の効果