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JP6770704B2 - Nano heterostructure permanent magnet and its manufacturing method - Google Patents
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JP6770704B2 - Nano heterostructure permanent magnet and its manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、ナノヘテロ構造を有する永久磁石及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a permanent magnet having a nanoheterostructure and a method for producing the same.

発電機、モーター等の小型化、高出力化、高密度化に伴い、高い磁気特性、特に、飽和磁化と保磁力とを高水準で兼ね備えた磁石が求められている。このような高い磁気特性を有する磁石としては、例えば、Appl.Phys.Lett.、2005年、第86巻、122509−1〜3頁(非特許文献1)に、スパッタリングにより、Sm(Co,Cu)層とFe層とをナノレベルで交互に積層した多層膜が提案されている。しかしながら、非特許文献1の多層膜の最大磁気エネルギー積は、SmCo単相の磁石に比べて10%増加した程度であり、より高い最大磁気エネルギー積を有する永久磁石が求められていた。 With the miniaturization, high output, and high density of generators and motors, magnets having high magnetic characteristics, particularly saturation magnetization and coercive force, are required at a high level. Examples of magnets having such high magnetic properties include Apple. Phys. Lett. , 2005, Vol. 86, pp. 122509-1 to 3 (Non-Patent Document 1), proposed a multilayer film in which 5 layers of Sm (Co, Cu) and Fe layers were alternately laminated at the nano level by sputtering. ing. However, the maximum magnetic energy product of the multilayer film of Non-Patent Document 1 is about 10% higher than that of the SmCo 5 single-phase magnet, and a permanent magnet having a higher maximum magnetic energy product has been required.

そこで、より高い最大磁気エネルギー積を有する永久磁石として、国際公開第2013/039216号(特許文献1)には、硬磁性体及び軟磁性体のうちの一方の無機成分からなるマトリックス中に、硬磁性体及び軟磁性体のうちの他方の無機成分が三次元的且つ周期的に配置しており、繰り返し構造の一単位が所定の長さの三次元的周期構造を有しているナノヘテロ構造永久磁石が提案されている。しかしながら、特許文献1に記載のナノヘテロ構造永久磁石の最大磁気エネルギー積は必ずしも十分に高いものではなく、更に高い最大磁気エネルギー積を有する永久磁石が求められている。 Therefore, as a permanent magnet having a higher maximum magnetic energy product, International Publication No. 2013/0392116 (Patent Document 1) states that hard magnets are contained in a matrix composed of an inorganic component of one of a hard magnetic material and a soft magnetic material. The other inorganic component of the magnetic material and the soft magnetic material is arranged three-dimensionally and periodically, and one unit of the repeating structure has a three-dimensional periodic structure of a predetermined length. Magnets have been proposed. However, the maximum magnetic energy product of the nanoheterostructure permanent magnet described in Patent Document 1 is not always sufficiently high, and a permanent magnet having a higher maximum magnetic energy product is required.

国際公開第2013/039216号International Publication No. 2013/0392216

J.Zhangら、Appl.Phys.Lett.、2005年、第86巻、122509−1〜3頁J. Zhang et al., Apple. Phys. Lett. , 2005, Vol. 86, pp. 122509-1-3

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、ナノヘテロ構造を有し、高い最大磁気エネルギー積を有する永久磁石、すなわち、飽和磁化と保磁力とを高水準で兼ね備えた永久磁石及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and is a permanent magnet having a nanoheterostructure and a high maximum magnetic energy product, that is, a permanent magnet having saturation magnetization and coercive force at a high level. It is an object of the present invention to provide a magnet and a method for manufacturing the magnet.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、ブロックコポリマーを構成する第一ポリマーブロック成分と硬磁性体前駆体及び軟磁性体前駆体のうちの一方の無機前駆体と、第二ポリマーブロック成分と硬磁性体前駆体及び軟磁性体前駆体のうちの他方の無機前駆体とを、前記硬磁性体前駆体と前記軟磁性体前駆体とが特定の割合となるように、それぞれ組み合わせて用いることによって、ブロックコポリマーの自己組織化を利用してナノ相分離構造体を形成せしめ且つ前記無機前駆体をそれぞれ硬磁性体及び軟磁性体に変換せしめると共にブロックコポリマーを除去した場合に、硬磁性体と軟磁性体とを特定の割合で含有し、前記硬磁性体及び前記軟磁性体のうちの一方の無機成分からなるマトリックス中に他方の無機成分が三次元的にナノスケールの周期性をもって配置したナノヘテロ構造を有し、飽和磁化と保磁力とを高水準で兼ね備えたナノヘテロ構造永久磁石が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent research to achieve the above object, the present inventors have made the first polymer block component constituting the block copolymer and one of the hard magnetic precursor and the soft magnetic precursor inorganic precursor. , The second polymer block component and the other inorganic precursor of the hard magnetic material precursor and the soft magnetic material precursor so that the hard magnetic material precursor and the soft magnetic material precursor have a specific ratio. By using them in combination with each other, a nanophase-separated structure was formed by utilizing the self-assembly of the block copolymer, and the inorganic precursor was converted into a hard magnetic material and a soft magnetic material, respectively, and the block copolymer was removed. In some cases, a hard magnetic material and a soft magnetic material are contained in a specific ratio, and the other inorganic component is three-dimensionally nano-sized in a matrix composed of the hard magnetic material and one of the soft magnetic materials. We have found that a nanoheterostructure permanent magnet having a nanoheterostructure arranged with scale periodicity and having both saturation magnetization and coercive force at a high level can be obtained, and have completed the present invention.

すなわち、本発明の第一のナノヘテロ構造永久磁石は、硬磁性体と軟磁性体との組合せが、硬磁性体であるNd Fe 14 Bと軟磁性体であるFeとの組合せ;硬磁性体であるSmCo と軟磁性体であるFeとの組合せ;硬磁性体であるNd Fe 14 Bと軟磁性体であるFeCoとの組合せのうちのいずれか1種であり、前記硬磁性体からなるマトリックス中に、前記軟磁性体が、三次元的且つ周期的に配置し、繰り返し構造の一単位の長さの平均値が1nm〜100nmである三次元的周期構造を有しており、前記硬磁性体と前記軟磁性体とのモル比が1:0.02〜1:0.6である、ことを特徴とするものである。また、本発明の第二のナノヘテロ構造永久磁石は、軟磁性体である鉄からなるマトリックス中に、硬磁性体であるFePtが、三次元的且つ周期的に配置し、繰り返し構造の一単位の長さの平均値が1nm〜100nmである三次元的周期構造を有しており、前記硬磁性体と前記軟磁性体とのモル比が1:0.02〜1:0.6である、ことを特徴とするものである。 That is, in the first nanoheterostructure permanent magnet of the present invention, the combination of the hard magnetic material and the soft magnetic material is a combination of Nd 2 Fe 14 B which is a hard magnetic material and Fe which is a soft magnetic material; A combination of SmCo 5 and Fe, which is a soft magnetic material; one of a combination of Nd 2 Fe 14 B, which is a hard magnetic material, and FeCo, which is a soft magnetic material, from the hard magnetic material. to become in the matrix, the soft magnetic material, three-dimensionally and periodically arranged, has a three-dimensional periodic structure average length of one unit of the repeating structure is 1 nm~100 nm, wherein It is characterized in that the molar ratio of the hard magnetic material to the soft magnetic material is 1: 0.02 to 1: 0.6. Further, in the second nanoheterostructure permanent magnet of the present invention, FePt , which is a hard magnetic material , is three-dimensionally and periodically arranged in a matrix made of iron, which is a soft magnetic material, and is a unit of a repeating structure. It has a three-dimensional periodic structure with an average length of 1 nm to 100 nm, and the molar ratio of the hard magnetic material to the soft magnetic material is 1: 0.02 to 1: 0.6. It is characterized by that.

前記第一のナノヘテロ構造永久磁石において前記マトリックス中に三次元的且つ周期的に配置されている前記軟磁性体の形状並びに前記第二のナノヘテロ構造永久磁石において前記マトリックス中に三次元的且つ周期的に配置されている前記硬磁性体の形状としては、球状、柱状、ジャイロイド状からなる群から選択される形状が好ましい。 The shape of the soft magnetic material three-dimensionally and periodically arranged in the matrix in the first nanoheterostructure permanent magnet and the three-dimensional and periodicity in the matrix in the second nanoheterostructure permanent magnet. As the shape of the hard magnetic material arranged in, a shape selected from the group consisting of a spherical shape, a columnar shape, and a gyroid shape is preferable.

また、本発明のナノヘテロ構造永久磁石の製造方法は、互いに混和しない少なくとも第一ポリマーブロック成分と第二ポリマーブロック成分とが結合してなるブロックコポリマーと、前記第一のナノヘテロ構造永久磁石の製造方法においては、硬磁性体前駆体である第一無機前駆体と、軟磁性体前駆体である第二無機前駆体と、を溶媒に溶解し、前記第二のナノヘテロ構造永久磁石の製造方法においては、軟磁性体前駆体である第一無機前駆体と、硬磁性体前駆体である第二無機前駆体と、を溶媒に溶解して、前記硬磁性体前駆体と前記軟磁性体前駆体とを1:0.02〜1:0.6のモル比で含有し、前記第一のナノヘテロ構造永久磁石の製造方法においては、前記硬磁性体前駆体と前記軟磁性体前駆体との組合せが、硬磁性体前駆体であるNd Fe 14 B前駆体と軟磁性体前駆体であるFe前駆体との組合せ;硬磁性体前駆体であるSmCo 前駆体と軟磁性体前駆体であるFe前駆体との組合せ;硬磁性体前駆体であるNd Fe 14 B前駆体と軟磁性体前駆体であるFeCo前駆体との組合せのうちのいずれか1種であり、前記第二のナノヘテロ構造永久磁石の製造方法においては、前記硬磁性体前駆体が鉄前駆体であり、前記軟磁性体前駆体がFePt前駆体である、原料溶液を調製する第一の工程と、
少なくとも、前記第一無機前駆体が導入された前記第一ポリマーブロック成分からなる第一ポリマー相と、前記第二無機前駆体が導入された前記第二ポリマーブロック成分からなる第二ポリマー相と、が自己組織化により、前記第一ポリマー相中に前記第二ポリマー相が規則的に配置したナノ相分離構造体を形成せしめる相分離処理と、前記硬磁性体前駆体及び前記軟磁性体前駆体をそれぞれ硬磁性体及び軟磁性体に変換せしめる変換処理と、前記ナノ相分離構造体から前記ブロックコポリマーを除去する除去処理とを含み、前記第一のナノヘテロ構造永久磁石の製造方法においては、前記硬磁性体と前記軟磁性体との組合せが、硬磁性体であるNd Fe 14 Bと軟磁性体であるFeとの組合せ;硬磁性体であるSmCo と軟磁性体であるFeとの組合せ;硬磁性体であるNd Fe 14 Bと軟磁性体であるFeCoとの組合せのうちのいずれか1種であって前記硬磁性体からなるマトリックス中に前記軟磁性体が三次元的且つ周期的に配置しているナノヘテロ構造永久磁石を得、前記第二のナノヘテロ構造永久磁石の製造方法においては、前記軟磁性体である鉄からなるマトリックス中に前記硬磁性体であるFePtが三次元的且つ周期的に配置しているナノヘテロ構造永久磁石を得る第二の工程と、
を含むことを特徴とする方法である。
Further, the method for producing a nanoheterostructure permanent magnet of the present invention includes a block copolymer formed by bonding at least a first polymer block component and a second polymer block component that are immiscible with each other, and a method for producing the first nanoheterostructure permanent magnet. In the method for producing the second nanoheterostructure permanent magnet, the first inorganic precursor, which is a hard magnetic material precursor, and the second inorganic precursor, which is a soft magnetic material precursor, are dissolved in a solvent. , The first inorganic precursor which is a soft magnetic material precursor and the second inorganic precursor which is a hard magnetic material precursor are dissolved in a solvent to obtain the hard magnetic material precursor and the soft magnetic material precursor. Is contained in a molar ratio of 1: 0.02 to 1: 0.6, and in the method for producing the first nanoheterostructure permanent magnet, the combination of the hard magnetic material precursor and the soft magnetic material precursor is used. , A combination of Nd 2 Fe 14 B precursor, which is a hard magnetic material precursor, and Fe precursor, which is a soft magnetic material precursor; SmCo 5 precursor, which is a hard magnetic material precursor, and Fe, which is a soft magnetic material precursor. Combination with a precursor; any one of a combination of an Nd 2 Fe 14 B precursor which is a hard magnetic precursor precursor and a FeCo precursor which is a soft magnetic material precursor, and is the second nanoheterostructure. In the method for producing a permanent magnet, the first step of preparing a raw material solution , wherein the hard magnetic material precursor is an iron precursor and the soft magnetic material precursor is a FePt precursor ,
At least, a first polymer phase composed of the first polymer block component into which the first inorganic precursor has been introduced, and a second polymer phase composed of the second polymer block component into which the second inorganic precursor has been introduced. Is self-assembled to form a nanophase-separated structure in which the second polymer phase is regularly arranged in the first polymer phase, and the hard magnetic precursor and the soft magnetic precursor. a conversion process of converting each of the hard magnetic and soft magnetic material, and a removal process of removing the block copolymer from the nano phase separation structure, in the manufacturing method of the first nano-hetero structure permanent magnets, wherein The combination of the hard magnetic material and the soft magnetic material is a combination of Nd 2 Fe 14 B, which is a hard magnetic material, and Fe, which is a soft magnetic material; SmCo 5 which is a hard magnetic material and Fe which is a soft magnetic material. Combination: Any one of a combination of Nd 2 Fe 14 B, which is a hard magnetic material, and FeCo, which is a soft magnetic material, and the soft magnetic material is three-dimensionally formed in a matrix composed of the hard magnetic material. In the method for producing the second nanoheterostructure permanent magnet obtained by obtaining the periodically arranged nanoheterostructure permanent magnets, the hard magnetic material FePt is three-dimensionally formed in the matrix made of iron which is the soft magnetic material. The second step of obtaining the nano-heterostructure permanent magnets arranged in a targeted and periodic manner,
It is a method characterized by including.

なお、本発明における「繰り返し構造の一単位の長さの平均値」とは、一方の無機成分からなるマトリックス中に配置されている他方の無機成分の隣接するもの同士の中心間の距離の平均値であり、いわゆる周期構造の間隔(d)に相当する。係る周期構造の間隔(d)は、以下のように小角X線回折により求められる。また、本発明に係る、球状、柱状、ジャイロイド状、又は層状といった構造についても、以下のように小角X線回折により測定される特徴的な回折パターンにより規定することができる。 The "mean value of the length of one unit of the repeating structure" in the present invention is the average of the distances between the centers of adjacent ones of the other inorganic components arranged in the matrix composed of one inorganic component. It is a value and corresponds to the so-called periodic structure interval (d). The interval (d) of the periodic structure is obtained by small-angle X-ray diffraction as follows. Further, the spherical, columnar, gyroid-like, or layered structure according to the present invention can also be defined by a characteristic diffraction pattern measured by small-angle X-ray diffraction as follows.

すなわち、小角X線回折により、球状、柱状、ジャイロイド状、又は層状等の形状の構造体がマトリックス中に周期的に配置した擬似結晶格子の特徴的な格子面からのBragg反射が観察される。その際、周期構造が形成されていると回折ピークが観察され、それら回折スペクトルの大きさ(q=2π/d)の比から、球状、柱状、ジャイロイド状、又は層状等の構造を特定することができる。また、係る回折ピークのピーク位置から、Braggの式(nλ=2dsinθ;λはX線波長、θは回折角を示す。)により、周期構造の間隔(d)を求めることができる。以下の表1に、各構造とピーク位置の回折スペクトルの大きさ(q)の比の関係を示す。なお、表1に示すようなピークが全て確認される必要はなく、観察されたピークから構造が特定できればよい。 That is, by small-angle X-ray diffraction, Bragg reflection from the characteristic lattice plane of the pseudo-crystal lattice in which structures having a spherical, columnar, gyroid-like, or layered shape are periodically arranged in the matrix is observed. .. At that time, when a periodic structure is formed, diffraction peaks are observed, and a spherical, columnar, gyroid, or layered structure is specified from the ratio of the magnitudes (q = 2π / d) of the diffraction spectra. be able to. Further, from the peak position of the diffraction peak, the interval (d) of the periodic structure can be obtained by Bragg's equation (nλ = 2dsinθ; λ indicates the X-ray wavelength and θ indicates the diffraction angle). Table 1 below shows the relationship between each structure and the ratio of the magnitude (q) of the diffraction spectrum at the peak position. It is not necessary to confirm all the peaks shown in Table 1, and it is sufficient if the structure can be specified from the observed peaks.

さらに、本発明に係る球状、柱状、ジャイロイド状、又は層状といった構造を透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて特定することも可能であり、それによってその形状や周期性を判別・評価することができる。さらに、様々な方向からの観察や三次元トモグラフィーを用いることによって、三次元性をより詳しく判別することも可能である。 Furthermore, it is also possible to specify a spherical, columnar, gyroid-like, or layered structure according to the present invention using a transmission electron microscope (TEM), thereby discriminating and evaluating its shape and periodicity. Can be done. Furthermore, it is possible to discriminate the three-dimensionality in more detail by observing from various directions and using three-dimensional tomography.

また、前記本発明の方法によって前記本発明のナノヘテロ構造永久磁石が得られるようになる理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、先ず、互いに混和しないA及びBの2種類のポリマーブロック成分が結合してなるブロックコポリマーは、ガラス転移点以上の温度で熱処理することでA相とB相とが空間的に分離したナノ相分離構造を構成する(自己組織化)。その際、ポリマーブロック成分の分子量比によって一般的に相分離構造は変化する。具体的には、A:Bの分子量比が1:1の場合には一般的に層状の層状構造をとり、分子量比が1:1からずれるにしたがい、二つの連続相が絡み合ったようなジャイロイド状構造から柱状構造、さらに球状構造へと変化してゆく。なお、図1は、ブロックコポリマーから生成されるナノ相分離構造を示す模式図であり、左から、層状構造(a)、ジャイロイド状構造(b)、柱状構造(c)、球状構造(d)をそれぞれ示しており、右側の構造ほど一般的にAの割合が高い。 Further, although the reason why the nanoheterostructure permanent magnet of the present invention can be obtained by the method of the present invention is not necessarily clear, the present inventors presume as follows. That is, first, the block copolymer formed by bonding two types of polymer block components, A and B, which are immiscible with each other, is nano-sized in which the A phase and the B phase are spatially separated by heat treatment at a temperature higher than the glass transition point. Consists of a phase-separated structure (self-organization). At that time, the phase separation structure generally changes depending on the molecular weight ratio of the polymer block component. Specifically, when the molecular weight ratio of A: B is 1: 1, it generally has a layered layered structure, and as the molecular weight ratio deviates from 1: 1, it looks like two continuous phases are entwined. It changes from a gyroid-like structure to a columnar structure and then to a spherical structure. Note that FIG. 1 is a schematic view showing a nanophase-separated structure produced from a block copolymer, and from the left, a layered structure (a), a gyroid-like structure (b), a columnar structure (c), and a spherical structure (d). ), And the structure on the right side generally has a higher proportion of A.

本発明のナノヘテロ構造永久磁石の製造方法においては、先ず、上記のブロックコポリマーの自己組織化を利用して、複数の無機前駆体を三次元的にナノスケールの周期性をもって配置させる。すなわち、互いに混和しない複数のポリマーブロック成分からなるブロックコポリマーは、前述のように自己組織化によりナノスケールで相分離する。その際、本発明においては、ブロックコポリマーを構成する第一ポリマーブロック成分と硬磁性体前駆体及び軟磁性体前駆体のうちの一方である第一無機前駆体と、第二ポリマーブロック成分と硬磁性体前駆体及び軟磁性体前駆体のうちの他方である第二無機前駆体とを、前記硬磁性体前駆体と前記軟磁性体前駆体とを特定の割合で、それぞれ組み合わせて用いる。これにより、第一無機前駆体及び第二無機前駆体はそれぞれ第一ポリマーブロック成分中及び第二ポリマーブロック成分中に導入された状態でブロックコポリマーの自己組織化と共にナノ相分離構造を構成し、ナノ相分離構造を所定の構造とすることによって前記無機前駆体は三次元的にナノスケールの周期性をもって配置される。 In the method for producing a nanoheterostructure permanent magnet of the present invention, first, a plurality of inorganic precursors are three-dimensionally arranged with nanoscale periodicity by utilizing the self-assembly of the block copolymer described above. That is, the block copolymer composed of a plurality of polymer block components that are immiscible with each other undergoes phase separation on a nanoscale by self-assembly as described above. At that time, in the present invention, the first polymer block component, the hard magnetic precursor, and the first inorganic precursor, which is one of the hard magnetic precursor and the soft magnetic precursor, which constitute the block copolymer, the second polymer block component, and the hard The second inorganic precursor, which is the other of the magnetic precursor and the soft magnetic precursor, is used in combination with the hard magnetic precursor and the soft magnetic precursor in a specific ratio. As a result, the first inorganic precursor and the second inorganic precursor form a nanophase separated structure together with the self-assembly of the block copolymer in a state of being introduced into the first polymer block component and the second polymer block component, respectively. By making the nanophase separated structure a predetermined structure, the inorganic precursor is three-dimensionally arranged with nanoscale periodicity.

さらに、本発明においては、前記硬磁性体前駆体及び前記軟磁性体前駆体をそれぞれ硬磁性体及び軟磁性体に変換せしめると共にブロックコポリマーを除去することによって、ナノ相分離構造の形状に応じて硬磁性体及び軟磁性体のうちの一方の無機成分からなるマトリックス中に他方の無機成分が所定の形状で三次元的に特定のナノスケールの周期性をもって配置されたナノヘテロ構造を有し、前記硬磁性体と前記軟磁性体とを特定の割合で含有する永久磁石が得られる。なお、本発明においては、前記第一無機前駆体及び前記第二無機前駆体と第一ポリマーブロック成分及び第二ポリマーブロック成分とをそれぞれ組み合わせて用いているため、各ポリマーブロック成分に対する各無機前駆体の導入量が十分に多くなり、そのため前記硬磁性体前駆体及び前記軟磁性体前駆体をそれぞれ硬磁性体及び軟磁性体に変換せしめると共にブロックコポリマーを除去してもナノスケールの三次元的周期構造が維持されると本発明者らは推察する。 Further, in the present invention, the hard magnetic material precursor and the soft magnetic material precursor are converted into the hard magnetic material and the soft magnetic material, respectively, and the block copolymer is removed, so that the nanophase-separated structure can be formed according to the shape of the nanophase-separated structure. The other inorganic component has a nanoheterostructure in which the other inorganic component is three-dimensionally arranged in a matrix composed of one of the hard magnetic material and the soft magnetic material with a specific nanoscale periodicity in a predetermined shape. A permanent magnet containing a hard magnetic material and the soft magnetic material in a specific ratio can be obtained. In the present invention, since the first inorganic precursor and the second inorganic precursor are used in combination with the first polymer block component and the second polymer block component, respectively, each inorganic precursor for each polymer block component is used. The amount of the introduced body is sufficiently large, so that the hard magnetic precursor and the soft magnetic precursor are converted into the hard magnetic material and the soft magnetic material, respectively, and even if the block copolymer is removed, the nanoscale three-dimensional The present inventors speculate that the periodic structure is maintained.

本発明によれば、硬磁性体及び軟磁性体のうちの一方の無機成分からなるマトリックス中に他方の無機成分が三次元的にナノスケールの周期性をもって配置したナノヘテロ構造を有する、飽和磁化と保磁力とを高水準で兼ね備えた永久磁石を得ることが可能となる。 According to the present invention, saturation magnetization has a nanoheterostructure in which the other inorganic component is three-dimensionally arranged with nanoscale periodicity in a matrix composed of one of the hard magnetic material and the soft magnetic material. It is possible to obtain a permanent magnet that has a high level of coercive force.

A−B型ブロックコポリマーから生成されるナノ相分離構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the nano-phase separation structure produced from the AB type block copolymer.

以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail according to its preferred embodiment.

先ず、本発明のナノヘテロ構造永久磁石について説明する。本発明のナノヘテロ構造永久磁石は、硬磁性体及び軟磁性体のうちの一方の無機成分からなるマトリックス中に、硬磁性体及び軟磁性体のうちの他方の無機成分が、三次元的且つ周期的に配置し、繰り返し構造の一単位の長さの平均値が1nm〜100nm(より好ましくは1nm〜50nm、特に好ましくは1〜30nm)である三次元的周期構造を有しており、前記硬磁性体と前記軟磁性体とのモル比が1:0.02〜1:0.6の範囲内にあるものである。 First, the nanoheterostructure permanent magnet of the present invention will be described. In the nanoheterostructure permanent magnet of the present invention, the other inorganic component of the hard magnetic material and the soft magnetic material is three-dimensional and periodic in the matrix composed of the inorganic component of one of the hard magnetic material and the soft magnetic material. It has a three-dimensional periodic structure in which the average value of the length of one unit of the repeating structure is 1 nm to 100 nm (more preferably 1 nm to 50 nm, particularly preferably 1 to 30 nm). The molar ratio of the magnetic material to the soft magnetic material is in the range of 1: 0.02 to 1: 0.6.

このような本発明のナノヘテロ構造永久磁石は、球状構造、柱状構造、ジャイロイド状構造、層状構造(好ましくは、球状構造、柱状構造)といったナノ構造を有するものであり、硬磁性体と軟磁性体との組み合わせについて、それらの配置、組成、構造スケール等を様々に制御したナノヘテロ構造を有するものとして得ることが可能である。そのため、本発明のナノヘテロ構造永久磁石によれば、硬磁性体と軟磁性体との磁気交換相互作用によりピン止め効果が発揮されるとともに、従来のナノ構造永久磁石以上の界面増大効果、ナノサイズ効果、耐久性等の飛躍的な向上が発揮され、結果として硬磁性体の高い保磁力と軟磁性体の高い飽和磁化を兼ね備えるようになる。 Such a nanoheterostructure permanent magnet of the present invention has a nanostructure such as a spherical structure, a columnar structure, a gyroid-like structure, and a layered structure (preferably a spherical structure or a columnar structure), and is a hard magnetic material and a soft magnetic material. It is possible to obtain a combination with a body as having a nanoheterostructure in which their arrangement, composition, structural scale, etc. are variously controlled. Therefore, according to the nano-heterostructure permanent magnet of the present invention, the pinning effect is exhibited by the magnetic exchange interaction between the hard magnetic material and the soft magnetic material, and the interface increasing effect and the nano-size are higher than those of the conventional nano-structured permanent magnet. The effect, durability, etc. are dramatically improved, and as a result, the hard magnetic material has a high coercive force and the soft magnetic material has a high saturation magnetization.

また、本発明のナノヘテロ構造永久磁石は、前記硬磁性体と前記軟磁性体とを硬磁性体:軟磁性体=1:0.02〜1:0.6のモル比で含有するものである。このようなモル比で硬磁性体と軟磁性体とを含有することによって、得られるナノヘテロ構造永久磁石は、飽和磁化と保磁力とを高水準で兼ね備えたものとなり、硬磁性体単相の永久磁石に対する最大磁気エネルギー積の増加率が大きくなる。一方、硬磁性体と軟磁性体とのモル比が前記下限未満となったり、前記上限を超えたりすると、飽和磁化及び保磁力が向上しにくく、硬磁性体単相の永久磁石に対する最大磁気エネルギー積の増加率が小さくなる。 Further, the nanoheterostructure permanent magnet of the present invention contains the hard magnetic material and the soft magnetic material in a molar ratio of hard magnetic material: soft magnetic material = 1: 0.02 to 1: 0.6. .. By containing a hard magnetic material and a soft magnetic material in such a molar ratio, the obtained nanoheterostructure permanent magnet has both saturation magnetization and coercive force at a high level, and the hard magnetic material single-phase permanent magnet. The rate of increase of the maximum magnetic energy product with respect to the magnet increases. On the other hand, if the molar ratio of the hard magnetic material to the soft magnetic material is less than the lower limit or exceeds the upper limit, the saturation magnetization and coercive force are difficult to improve, and the maximum magnetic energy for the permanent magnet of the hard magnetic material single phase The rate of increase in the product becomes smaller.

さらに、本発明のナノヘテロ構造永久磁石においては、前記軟磁性体からなる領域のうち、前記硬磁性体との界面からの距離が10nm以下であるという条件を満たす部分の容積が、前記軟磁性体の全容積の50vol%以上であることが好ましい。前記条件を満たす部分の軟磁性体の容積が前記下限未満になると、前記軟磁性体において磁気交換相互作用が働かない部分が多くなり、保磁力が低下する傾向にある。 Further, in the nanoheterostructure permanent magnet of the present invention, the volume of the portion of the region made of the soft magnetic material that satisfies the condition that the distance from the interface with the hard magnetic material is 10 nm or less is the volume of the soft magnetic material. It is preferably 50 vol% or more of the total volume of. When the volume of the soft magnetic material in the portion satisfying the above conditions is less than the lower limit, there are many portions of the soft magnetic material in which the magnetic exchange interaction does not work, and the coercive force tends to decrease.

本発明のナノヘテロ構造永久磁石を構成する硬磁性体としては、保磁力が高いものであれば公知の硬磁性体を使用することができるが、例えば、BaFe1219、SrFe1219、BaFe1827、SrFe1827等のフェライト系磁石、SmCo、PrFe14B、NdFe14B、DyFe14B、Sm(Fe11Ti)、Y(Fe11Ti)、SmCo17、ErCo17、YCo17、SmFe17等の希土類系磁石、FePt、FePd等の貴金属系磁石が好ましい。これらの硬磁性体は、1種を単独で使用しても2種以上を併用してもよい。 As the hard magnetic material constituting the nanoheterostructure permanent magnet of the present invention, a known hard magnetic material can be used as long as it has a high coercive force. For example, BaFe 12 O 19 , SrFe 12 O 19 , BaFe. Ferrite magnets such as 18 O 27 and SrFe 18 O 27 , SmCo 5 , Pr 2 Fe 14 B, Nd 2 Fe 14 B, Dy 2 Fe 14 B, Sm (Fe 11 Ti), Y (Fe 11 Ti), Sm Rare earth magnets such as 2 Co 17 , Er 2 Co 17 , Y 2 Co 17 , Sm 2 Fe 17 N 3 and precious metal magnets such as FePt and FePd are preferable. These hard magnetic materials may be used alone or in combination of two or more.

また、本発明のナノヘテロ構造永久磁石を構成する軟磁性体としては、保磁力が小さく透磁率が大きいものであれば公知の軟磁性体を使用することができるが、鉄、コバルト、鉄−コバルト合金(パーメンジュール等)、鉄−ニッケル合金(パーマロイ等)、鉄−貴金属合金(FePt等)、ケイ素鋼、センダスト、ソフトフェライトが好ましい。これらの軟磁性体は、1種を単独で使用しても2種以上を併用してもよい。 Further, as the soft magnetic material constituting the nanoheterostructure permanent magnet of the present invention, a known soft magnetic material can be used as long as it has a small coercive force and a large magnetic permeability, but iron, cobalt, and iron-cobalt can be used. Alloys (permendur, etc.), iron-nickel alloys (permalloy, etc.), iron-noble metal alloys (Fe 3 Pt, etc.), silicon steel, sentust, and soft ferrite are preferable. These soft magnetic materials may be used alone or in combination of two or more.

次に、このような本発明のナノヘテロ構造永久磁石の製造方法について説明する。本発明のナノヘテロ構造永久磁石の製造方法は、
互いに混和しない少なくとも第一ポリマーブロック成分と第二ポリマーブロック成分とが結合してなるブロックコポリマーと、硬磁性体前駆体及び軟磁性体前駆体のうちの一方である第一無機前駆体と、硬磁性体前駆体及び軟磁性体前駆体のうちの他方である第二無機前駆体と、を溶媒に溶解して、前記硬磁性体前駆体と前記軟磁性体前駆体とを1:0.02〜1:0.6のモル比で含有する原料溶液を調製する第一の工程と、
少なくとも、前記第一無機前駆体が導入された前記第一ポリマーブロック成分からなる第一ポリマー相と、前記第二無機前駆体が導入された前記第二ポリマーブロック成分からなる第二ポリマー相と、が自己組織化により規則的に配置したナノ相分離構造体を形成せしめる相分離処理と、前記硬磁性体前駆体及び前記軟磁性体前駆体をそれぞれ硬磁性体及び軟磁性体に変換せしめる変換処理と、前記ナノ相分離構造体から前記ブロックコポリマーを除去する除去処理とを含み、前記硬磁性体と前記軟磁性体とからなるナノヘテロ構造永久磁石を得る第二の工程と、
を含む方法である。以下に、それぞれの工程を説明する。
Next, a method for manufacturing such a nanoheterostructure permanent magnet of the present invention will be described. The method for producing a nanoheterostructure permanent magnet of the present invention is
A block copolymer formed by bonding at least a first polymer block component and a second polymer block component that are immiscible with each other, a first inorganic precursor that is one of a hard magnetic precursor and a soft magnetic precursor, and a hard The second inorganic precursor, which is the other of the magnetic precursor and the soft magnetic precursor, is dissolved in a solvent, and the hard magnetic precursor and the soft magnetic precursor are 1: 0.02. The first step of preparing a raw material solution containing a molar ratio of ~ 1: 0.6, and
At least, a first polymer phase composed of the first polymer block component into which the first inorganic precursor has been introduced, and a second polymer phase composed of the second polymer block component into which the second inorganic precursor has been introduced. A phase separation process for forming a nanophase-separated structure regularly arranged by self-assembly and a conversion process for converting the hard magnetic polymer precursor and the soft magnetic material precursor into a hard magnetic material and a soft magnetic material, respectively. A second step of obtaining a nanoheterostructure permanent magnet composed of the hard magnetic material and the soft magnetic material, which comprises a removal treatment for removing the block polymer from the nanophase separated structure.
It is a method including. Each process will be described below.

[第一の工程:原料溶液調製工程]
係る工程は、以下に説明するブロックコポリマーと以下に説明する無機前駆体とを溶媒に溶解して原料溶液を調製する工程である。
[First step: Raw material solution preparation step]
Such a step is a step of dissolving the block copolymer described below and the inorganic precursor described below in a solvent to prepare a raw material solution.

本発明で用いられるブロックコポリマーは、少なくとも第一ポリマーブロック成分と第二ポリマーブロック成分とが結合してなるものである。このようなブロックコポリマーの具体例として、繰り返し単位aを有するポリマーブロック成分A(第一ポリマーブロック成分)と、繰り返し単位bを有するポリマーブロック成分B(第二ポリマーブロック成分)と、が末端同士で結合した、−(aa…aa)−(bb…bb)−という構造をもつA−B型、A−B−A型のブロックコポリマーがある。また、1種類以上のポリマーブロック成分が中心から放射状に伸びたスター型や、ブロックコポリマーの主鎖に他のポリマー成分がぶらさがった形でもよい。 The block copolymer used in the present invention is formed by combining at least the first polymer block component and the second polymer block component. As a specific example of such a block copolymer, a polymer block component A having a repeating unit a (first polymer block component) and a polymer block component B having a repeating unit b (second polymer block component) are end-to-end. There are AB type and ABA type block copolymers having a bonded structure of-(aa ... aa)-(bb ... bb)-. Further, it may be a star type in which one or more kinds of polymer block components are radially extended from the center, or a form in which another polymer component is hung from the main chain of the block copolymer.

本発明で用いられるブロックコポリマーを構成するポリマーブロック成分は、互いに混和しないものであれば、その種類に特に限定はない。したがって、本発明で用いられるブロックコポリマーは、極性がそれぞれ異なるポリマーブロック成分からなるものが好ましい。係るブロックコポリマーの具体例としては、ポリスチレン−ポリメチルメタクリレート(PS−b−PMMA)、ポリスチレン−ポリエチレンオキシド(PS−b−PEO)、ポリスチレン−ポリビニルピリジン(PS−b−PVP)、ポリスチレン−ポリフェロセニルジメチルシラン(PS−b−PFS)、ポリイソプレン−ポリエチレンオキシド(PI−b−PEO)、ポリブタジエン−ポリエチレンオキシド(PB−b−PEO)、ポリエチルエチレン−ポリエチレンオキシド(PEE−b−PEO)、ポリブタジエン−ポリビニルピリジン(PB−b−PVP)、ポリイソプレン−ポリメチルメタクリレート(PI−b−PMMA)、ポリスチレン−ポリアクリル酸(PS−b−PAA)、ポリブタジエン−ポリメチルメタクリレート(PB−b−PMMA)等が挙げられる。中でも、ポリマーブロック成分の極性の差が大きいほど導入する前駆体も極性の差が大きいものを用いることができるため、それぞれのポリマーブロック成分に前駆体を導入し易くなるという観点から、PS−b−PVP、PS−b−PEO、PS−b−PAA等が好ましい。 The types of polymer block components constituting the block copolymer used in the present invention are not particularly limited as long as they are immiscible with each other. Therefore, the block copolymer used in the present invention is preferably composed of polymer block components having different polarities. Specific examples of such block copolymers include polystyrene-polymethylmethacrylate (PS-b-PMMA), polystyrene-polyethylene oxide (PS-b-PEO), polystyrene-polypolypyridine (PS-b-PVP), and polystyrene-polyferrose. Nyldimethylsilane (PS-b-PFS), polyisoprene-polystyrene oxide (PI-b-PEO), polybutadiene-polystyrene oxide (PB-b-PEO), polyethylethylene-polystyrene oxide (PEE-b-PEO), Polybutadiene-polyvinylpyridine (PB-b-PVP), polyisoprene-polymethylmethacrylate (PI-b-PMMA), polystyrene-polyacrylic acid (PS-b-PAA), polybutadiene-polymethylmethacrylate (PB-b-PMMA) ) Etc. can be mentioned. Above all, since the precursor to be introduced can be used as the precursor having a large difference in polarity as the difference in polarity of the polymer block components is large, PS-b can be easily introduced from the viewpoint of facilitating the introduction of the precursor into each polymer block component. -PVP, PS-b-PEO, PS-b-PAA and the like are preferable.

ブロックコポリマー及びそれを構成する各ポリマーブロック成分の分子量は、製造するナノヘテロ構造永久磁石の構造スケール(球、柱、層等のサイズや間隔)や配置に応じて適宜選択すればよい。例えば、ブロックコポリマーを構成する各ポリマーブロック成分のうち、ナノ相分離構造体の軟磁性体前駆体が導入されたポリマー相を構成するポリマーブロック成分の分子量を調整することによって軟磁性体の所定の部分の容積を所望の割合に制御することができ、軟磁性体前駆体が導入されたポリマー相を構成するポリマーブロック成分の分子量を大きくすると、軟磁性体の所定の部分の容積の割合を大きくすることができる。また、軟磁性体前駆体が導入されたポリマー相を構成するポリマーブロック成分と硬磁性体前駆体が導入されたポリマー相を構成するポリマーブロック成分との分子量の比を調整することによって軟磁性体の所定の部分の容積を所望の割合に制御することができ、軟磁性体前駆体が導入されたポリマー相を構成するポリマーブロック成分の分子量を相対的に大きくすると、軟磁性体の所定の部分の容積の割合を大きくすることができる。なお、各ポリマーブロック成分の数平均分子量としては100〜1000万(より好ましくは1000〜100万)が好ましい。また、後述する熱処理(焼成)又は光照射により容易に分解されるブロックコポリマーや、溶媒により容易に除去されるブロックコポリマーを用いることが好ましい。 The molecular weight of the block copolymer and each polymer block component constituting the block copolymer may be appropriately selected according to the structural scale (size and spacing of spheres, columns, layers, etc.) and arrangement of the nanoheterostructure permanent magnets to be produced. For example, among the polymer block components constituting the block copolymer, the molecular weight of the polymer block component constituting the polymer phase into which the soft magnetic precursor of the nanophase separated structure has been introduced is adjusted to determine a predetermined value of the soft magnetic material. The volume of the portion can be controlled to a desired ratio, and when the molecular weight of the polymer block component constituting the polymer phase into which the soft magnetic material precursor is introduced is increased, the ratio of the volume of a predetermined portion of the soft magnetic material is increased. can do. Further, the soft magnetic material is prepared by adjusting the ratio of the molecular weights of the polymer block component constituting the polymer phase into which the soft magnetic material precursor is introduced and the polymer block component constituting the polymer phase into which the hard magnetic material precursor is introduced. The volume of the predetermined portion of the soft magnetic material can be controlled to a desired ratio, and when the molecular weight of the polymer block component constituting the polymer phase into which the soft magnetic material precursor is introduced is relatively increased, the predetermined portion of the soft magnetic material is formed. The proportion of the volume of can be increased. The number average molecular weight of each polymer block component is preferably 1 to 10 million (more preferably 10 to 1 million). Further, it is preferable to use a block copolymer which is easily decomposed by heat treatment (calcination) or light irradiation described later, or a block copolymer which is easily removed by a solvent.

本発明で用いられる硬磁性体前駆体及び軟磁性体前駆体は、それぞれ前述した硬磁性体及び軟磁性体を後述する変換処理によって形成できる無機前駆体であれば特に制限はない。具体的には、前記硬磁性体及び前記軟磁性体を構成する金属又は半金属の塩(例えば、炭酸塩、硝酸塩、リン酸塩、硫酸塩、酢酸塩、塩化物、有機酸塩(アクリル酸塩等))、前記金属又は前記半金属を含む炭素数1〜4のアルコキシド(例えば、メトキシド、エトキシド、プロポキシド、ブトキシド)、前記金属又は前記半金属の錯体(例えば、アセチルアセトナート錯体)、前記金属又は前記半金属を含む有機金属化合物又は有機半金属化合物(例えば、フェニル基、炭素数5以上の長鎖炭化水素鎖、シクロオクタテトラエン環、シクロペンタジエニル環、及びアミノ基からなる群から選択される少なくとも1種の構造を備えるもの)が好ましい。このような硬磁性体前駆体及び軟磁性体前駆体は、目的とするナノヘテロ構造永久磁石を構成する硬磁性体と軟磁性体との組み合わせに応じて、且つ、それらが前述の諸条件を満たすように1種又は2種以上を適宜選択して使用される。 The hard magnetic material precursor and the soft magnetic material precursor used in the present invention are not particularly limited as long as they are inorganic precursors that can be formed by the conversion treatment described above for the hard magnetic material and the soft magnetic material, respectively. Specifically, salts of the hard magnetic material and the metal or semi-metal constituting the soft magnetic material (for example, carbonate, nitrate, phosphate, sulfate, acetate, chloride, organic acid salt (acrylic acid). Salts, etc.)), alkoxides having 1 to 4 carbon atoms containing the metal or the semimetal (eg, methoxydo, ethoxydo, propoxide, butoxide), complexes of the metal or the semimetal (eg, acetylacetonate complex), It is composed of the metal or an organic metal compound containing the semimetal or an organic semimetal compound (for example, a phenyl group, a long chain hydrocarbon chain having 5 or more carbon atoms, a cyclooctatetraene ring, a cyclopentadienyl ring, and an amino group. Those having at least one structure selected from the group) are preferred. Such hard magnetic precursors and soft magnetic precursors satisfy the above-mentioned conditions according to the combination of the hard magnetic material and the soft magnetic material constituting the target nanoheterostructure permanent magnet. As described above, one type or two or more types are appropriately selected and used.

本発明で用いられる溶媒としては、用いるブロックコポリマーと第一及び第二無機前駆体とを溶解できるものであればよく、特に限定されないが、例えば、アセトン、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、クロロホルム、ベンゼン等が挙げられる。このような溶媒は、1種を単独で用いてもよく、また2種以上を混合して用いてもよい。 The solvent used in the present invention may be any solvent that can dissolve the block copolymer used and the first and second inorganic precursors, and is not particularly limited, but for example, acetone, tetrahydrofuran (THF), toluene, propylene glycol monomethyl. Examples thereof include ether acetate (PGMEA), propylene glycol monomethyl ether (PGME), chloroform, benzene and the like. As such a solvent, one kind may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used.

なお、本明細書において、「溶解」とは、物質(溶質)が溶媒に溶けて均一混合物(溶液)となる現象であって、溶解後、溶質の少なくとも一部がイオンとなる場合、溶質がイオンに解離せず分子状で存在している場合、分子やイオンが会合して存在している場合、等が含まれる。 In the present specification, "dissolution" is a phenomenon in which a substance (solute) dissolves in a solvent to form a homogeneous mixture (solution), and when at least a part of the solute becomes an ion after dissolution, the solute becomes This includes cases where the substances are present in a molecular form without being dissociated into ions, cases where molecules and ions are associated with each other, and the like.

本発明においては、前記第一ポリマーブロック成分と前記硬磁性体前駆体及び前記軟磁性体前駆体のうちの一方である第一無機前駆体と、前記第二ポリマーブロック成分と前記前駆体のうちの他方である第二無機前駆体とを、前記硬磁性体前駆体と前記軟磁性体前駆体とのモル比が1:0.02〜1:0.6となるように、それぞれ組み合わせて用いる。このようなモル比で硬磁性体前駆体と軟磁性体前駆体とを用いることによって、硬磁性体と軟磁性体とを硬磁性体:軟磁性体=1:0.02〜1:0.6のモル比で含有し、飽和磁化と保磁力とを高水準で兼ね備え、硬磁性体単相の永久磁石に対する最大磁気エネルギー積の増加率が大きいナノヘテロ構造永久磁石を得ることができる。一方、硬磁性体前駆体と軟磁性体前駆体とのモル比が前記下限未満となったり、前記上限を超えたりすると、得られるナノヘテロ構造永久磁石は、硬磁性体と軟磁性体とのモル比が前記下限未満となったり、前記上限を超えたりするため、飽和磁化及び保磁力が向上しにくく、硬磁性体単相の永久磁石に対する最大磁気エネルギー積の増加率が小さくなる。 In the present invention, one of the first polymer block component, the hard magnetic precursor, and the soft magnetic precursor, the first inorganic precursor, the second polymer block component, and the precursor. The second inorganic precursor, which is the other of the above, is used in combination so that the molar ratio of the hard magnetic precursor and the soft magnetic precursor is 1: 0.02 to 1: 0.6. .. By using the hard magnetic material precursor and the soft magnetic material precursor in such a molar ratio, the hard magnetic material and the soft magnetic material can be made into a hard magnetic material: soft magnetic material = 1: 0.02 to 1: 0. It is possible to obtain a nanoheterostructure permanent magnet containing a molar ratio of 6 and having a high level of saturation magnetization and coercive force, and a large increase rate of the maximum magnetic energy product with respect to a hard magnetic single-phase permanent magnet. On the other hand, when the molar ratio of the hard magnetic material precursor to the soft magnetic material precursor is less than the lower limit or exceeds the upper limit, the obtained nanoheterostructure permanent magnet is obtained by the molar ratio of the hard magnetic material and the soft magnetic material. Since the ratio is less than the lower limit or exceeds the upper limit, the saturation magnetization and coercive force are difficult to improve, and the rate of increase of the maximum magnetic energy product with respect to the permanent magnet of the hard magnetic material single phase becomes small.

また、本発明においては、前記第一ポリマーブロック成分との溶解度パラメータの差が2(cal/cm1/2以下である第一無機前駆体と、前記第二ポリマーブロック成分との溶解度パラメータの差が2(cal/cm1/2以下である第二無機前駆体とを組み合わせて用いることが好ましい。このような条件を満たす第一無機前駆体と第二無機前駆体とを組み合わせて用いることにより、後述するナノ相分離構造体を形成する工程において、より確実に、第一ポリマーブロック成分中に第一無機前駆体が、第二ポリマーブロック成分中に第二無機前駆体がそれぞれ十分に導入された状態でブロックコポリマーの自己組織化と共にナノ相分離構造が構成され、前記無機前駆体は三次元的にナノスケールの周期性をもって配置される。 Further, in the present invention, the solubility parameter of the first inorganic precursor having a solubility parameter difference of 2 (cal / cm 3 ) 1/2 or less from the first polymer block component and the second polymer block component. It is preferable to use it in combination with a second inorganic precursor having a difference of 2 (cal / cm 3 ) 1/2 or less. By using the first inorganic precursor and the second inorganic precursor in combination to satisfy such conditions, the first polymer block component is more reliably contained in the step of forming the nanophase separated structure described later. A nanophase-separated structure is formed by self-assembling the block copolymer in a state where the one inorganic precursor is sufficiently introduced into the second polymer block component, and the inorganic precursor is three-dimensional. It is arranged with nanoscale periodicity.

本発明に用いる前記第一ポリマーブロック成分と前記第一無機前駆体との溶解度パラメータの差は、前記第一ポリマーブロック成分と前記第二無機前駆体との溶解度パラメータの差よりも小さいことが好ましい。また、前記第二ポリマーブロック成分と前記第二無機前駆体との溶解度パラメータの差は、前記第二ポリマーブロック成分と前記第一無機前駆体との溶解度パラメータの差よりも小さいことが好ましい。さらに、これらの両方の条件を満たすことがより好ましい。 The difference in solubility parameter between the first polymer block component and the first inorganic precursor used in the present invention is preferably smaller than the difference in solubility parameter between the first polymer block component and the second inorganic precursor. .. Further, it is preferable that the difference in the solubility parameter between the second polymer block component and the second inorganic precursor is smaller than the difference in the solubility parameter between the second polymer block component and the first inorganic precursor. Further, it is more preferable to satisfy both of these conditions.

さらに、本発明において用いる前記第一無機前駆体は前記第二ポリマーブロック成分との溶解度パラメータの差が2(cal/cm1/2超であることが好ましい。また、前記第二無機前駆体は前記第一ポリマーブロック成分との溶解度パラメータの差が2(cal/cm1/2超であることが好ましい。さらに、これらの両方の条件を満たすことがより好ましい。 Further, the first inorganic precursor used in the present invention preferably has a solubility parameter difference of more than 2 (cal / cm 3 ) 1/2 from the second polymer block component. Further, it is preferable that the difference in solubility parameter between the second inorganic precursor and the first polymer block component is more than 2 (cal / cm 3 ) 1/2 . Further, it is more preferable to satisfy both of these conditions.

このような条件を満たす第一無機前駆体と第二無機前駆体とを組み合わせて用いることにより、後述するナノ相分離構造体を形成する工程において、第一ポリマーブロック成分中に不純物として第二無機前駆体の一部が、また、第二ポリマーブロック成分中に不純物として第一無機前駆体の一部が導入されてしまうことがより確実に防止される傾向にあり、得られるナノヘテロ構造永久磁石におけるマトリックスを構成する無機成分の純度及び/又はマトリックス中に配置される無機成分の純度がより向上する傾向にある。 By using the first inorganic precursor and the second inorganic precursor in combination to satisfy such conditions, in the step of forming the nanophase-separated structure described later, the second inorganic as an impurity in the first polymer block component. In the obtained nanoheterostructure permanent magnet, a part of the precursor and a part of the first inorganic precursor as an impurity tend to be more surely prevented from being introduced into the second polymer block component. The purity of the inorganic components constituting the matrix and / or the purity of the inorganic components arranged in the matrix tends to be further improved.

このような条件を満たす第一及び第二ポリマーブロック成分と第一及び第二無機前駆体との組み合わせとしては、第一ポリマーブロック成分がポリスチレン成分、ポリイソプレン成分及びポリブタジエン成分からなる群から選択される少なくとも1種の極性の小さいポリマーブロック成分であり、第二ポリマーブロック成分がポリメチルメタクリレート成分、ポリエチレンオキシド成分、ポリビニルピリジン成分及びポリアクリル酸成分からなる群から選択される少なくとも1種の極性の大きいポリマーブロック成分であり、第一無機前駆体が前記有機金属化合物及び前記有機半金属化合物からなる群から選択される少なくとも1種の極性の小さい無機前駆体であり、第二無機前駆体が前記金属又は前記半金属の塩、前記金属又は前記半金属を含む炭素数1〜4のアルコキシド、ならびに前記金属又は前記半金属のアセチルアセトナート錯体からなる群から選択される少なくとも1種の極性の大きい無機前駆体である組み合わせが好ましい。 As a combination of the first and second polymer block components and the first and second inorganic precursors satisfying such conditions, the first polymer block component is selected from the group consisting of the polystyrene component, the polyisoprene component and the polybutadiene component. At least one polymer block component having a low polarity, and the second polymer block component is selected from the group consisting of a polymethyl methacrylate component, a polyethylene oxide component, a polyvinyl pyridine component, and a polyacrylic acid component. It is a large polymer block component, the first inorganic precursor is at least one less polar inorganic precursor selected from the group consisting of the organometallic compound and the organic semi-metal compound, and the second inorganic precursor is said. At least one highly polar selected from the group consisting of a metal or a salt of the half metal, an alkoxide having 1 to 4 carbon atoms containing the metal or the half metal, and an acetylacetonate complex of the metal or the half metal. Combinations that are inorganic precursors are preferred.

また、前記第一無機前駆体及び前記第二無機前駆体のうちの少なくとも一方(より好ましくは両方)は、用いる溶媒との溶解度パラメータの差が2(cal/cm1/2以下であることが好ましい。このような条件を満たす第一無機前駆体及び/又は第二無機前駆体を用いることにより、溶媒に無機前駆体がより確実に溶解し、後述するナノ相分離構造体を形成する工程においてポリマーブロック成分中に無機前駆体がより確実に導入される傾向にある。 Further, at least one (more preferably both) of the first inorganic precursor and the second inorganic precursor has a solubility parameter difference of 2 (cal / cm 3 ) 1/2 or less from the solvent used. Is preferable. By using the first inorganic precursor and / or the second inorganic precursor satisfying such conditions, the inorganic precursor is more reliably dissolved in the solvent, and the polymer block is formed in the step of forming the nanophase separated structure described later. Inorganic precursors tend to be more reliably introduced into the components.

なお、本発明における「溶解度パラメータ」とは、ヒルデブラントによって導入された正則溶液論により定義されたいわゆる「SP値」であり、以下の式:
溶解度パラメータδ[(cal/cm1/2]=(ΔE/V)1/2
(式中、ΔEはモル蒸発エネルギー[cal]、Vはモル体積[cm]を示す。)
に基づいて求められる値である。
The "solubility parameter" in the present invention is a so-called "SP value" defined by the regular solution theory introduced by Hildebrand, and the following equation:
Solubility parameter δ [(cal / cm 3 ) 1/2 ] = (ΔE / V) 1/2
(In the formula, ΔE indicates the molar evaporation energy [cal], and V indicates the molar volume [cm 3 ].)
It is a value obtained based on.

さらに、得られる原料溶液における溶質(ブロックコポリマー、第一無機前駆体及び第二無機前駆体)の割合は特に限定されないが、原料溶液の全量を100質量%としたときに、溶質の合計量を0.1〜30質量%程度とすることが好ましく、0.5〜10質量%とすることがより好ましい。また、ブロックコポリマーに対する第一及び第二無機前駆体の使用量を調整することにより、各ポリマーブロック成分に導入される各無機前駆体の量が調整されるため、得られるナノヘテロ構造永久磁石における軟磁性体の所定の部分の容積を所望の割合に制御することができる。例えば、軟磁性体前駆体が導入されたポリマー相を構成するポリマーブロック成分に導入される無機前駆体の量を多くすると、軟磁性体の所定の部分の容積の割合を大きくすることができる。 Further, the ratio of solutes (block copolymer, first inorganic precursor and second inorganic precursor) in the obtained raw material solution is not particularly limited, but when the total amount of the raw material solution is 100% by mass, the total amount of solutes is taken. It is preferably about 0.1 to 30% by mass, and more preferably 0.5 to 10% by mass. Further, by adjusting the amount of the first and second inorganic precursors used for the block copolymer, the amount of each inorganic precursor introduced into each polymer block component is adjusted, so that the softness in the obtained nanoheterostructure permanent magnet is adjusted. The volume of a predetermined portion of the magnetic material can be controlled to a desired ratio. For example, by increasing the amount of the inorganic precursor introduced into the polymer block component constituting the polymer phase into which the soft magnetic precursor is introduced, the ratio of the volume of a predetermined portion of the soft magnetic material can be increased.

[第二の工程:ナノヘテロ構造永久磁石形成工程]
この工程は、以下に詳述する相分離処理と変換処理と除去処理とを含み、硬磁性体と軟磁性体とからなるナノヘテロ構造永久磁石を調製する工程である。
[Second step: Nano heterostructure permanent magnet forming step]
This step includes a phase separation treatment, a conversion treatment, and a removal treatment described in detail below, and is a step of preparing a nanoheterostructure permanent magnet composed of a hard magnetic material and a soft magnetic material.

先ず、前記第一の工程において調製された原料溶液は、ブロックコポリマー、硬磁性体前駆体及び軟磁性体前駆体を含むものであるが、本発明においては、前記第一ポリマーブロック成分と硬磁性体前駆体及び軟磁性体前駆体のうちの一方である第一無機前駆体と、前記第二ポリマーブロック成分と前記前駆体のうちの他方である第二無機前駆体とを、前記硬磁性体前駆体と前記軟磁性体前駆体とのモル比が1:0.02〜1:0.6となるように、それぞれ組み合わせて用いる。このとき、前記第一ポリマーブロック成分との溶解度パラメータの差が2(cal/cm1/2以下である第一無機前駆体と、前記第二ポリマーブロック成分との溶解度パラメータの差が2(cal/cm1/2以下である第二無機前駆体とを組み合わせて用いることが好ましい。これにより、第一無機前駆体及び第二無機前駆体はそれぞれ第一ポリマーブロック成分中及び第二ポリマーブロック成分中に十分に導入された状態で存在する。そのため、ブロックコポリマーの自己組織化によりナノ相分離構造体を形成せしめる相分離処理により、第一無機前駆体が導入された第一ポリマーブロック成分からなる第一ポリマー相と第二無機前駆体が導入された第二ポリマーブロック成分からなる第二ポリマー相とが規則的に配置し、前記無機前駆体は三次元的にナノスケールの周期性をもって配置される。 First, the raw material solution prepared in the first step contains a block copolymer, a hard magnetic precursor and a soft magnetic precursor, but in the present invention, the first polymer block component and the hard magnetic precursor are contained. The first inorganic precursor, which is one of the body and soft magnetic precursors, and the second inorganic precursor, which is the other of the second polymer block component and the precursor, are the hard magnetic precursors. And the soft magnetic precursor are used in combination so that the molar ratio is 1: 0.02 to 1: 0.6. At this time, the difference in solubility parameter between the first polymer block component and the first inorganic precursor is 2 (cal / cm 3 ) 1/2 or less, and the difference in solubility parameter between the second polymer block component is 2 (Cal / cm 3 ) It is preferable to use it in combination with a second inorganic precursor having a concentration of 1/2 or less. As a result, the first inorganic precursor and the second inorganic precursor are present in a state of being sufficiently introduced into the first polymer block component and the second polymer block component, respectively. Therefore, the first polymer phase and the second inorganic precursor consisting of the first polymer block component into which the first inorganic precursor was introduced are introduced by the phase separation treatment that forms the nanophase separated structure by the self-assembly of the block copolymer. The second polymer phase composed of the second polymer block component is regularly arranged, and the inorganic precursor is three-dimensionally arranged with nanoscale periodicity.

このような相分離処理としては、特に限定されないが、用いるブロックコポリマーのガラス転移点以上の温度で熱処理することにより、ブロックコポリマーは自己組織化され、相分離構造が得られる。 Such a phase separation treatment is not particularly limited, but by heat treatment at a temperature equal to or higher than the glass transition point of the block copolymer to be used, the block copolymer is self-assembled and a phase separation structure is obtained.

次に、本発明においては、相分離処理により形成されたナノ相分離構造体に対して、前記硬磁性体前駆体及び前記軟磁性体前駆体をそれぞれ硬磁性体及び軟磁性体に変換せしめる変換処理と、前記ナノ相分離構造体から前記ブロックコポリマーを除去する除去処理とが施される。係る変換処理により前記硬磁性体前駆体及び前記軟磁性体前駆体をそれぞれ硬磁性体及び軟磁性体に変換せしめると共に、係る除去処理によりブロックコポリマーを除去することによって、ナノ相分離構造の種類(形状)に応じて硬磁性体及び軟磁性体のうちの一方の無機成分からなるマトリックス中に他方の無機成分が球状、柱状、ジャイロイド状、又は層状といった形状で三次元的に特定のナノスケールの周期性をもって配置され、前記硬磁性体と前記軟磁性体とを1:0.02〜1:0.6のモル比で含有する本発明のナノヘテロ構造永久磁石が得られる。 Next, in the present invention, the nanophase-separated structure formed by the phase separation treatment is converted into a hard magnetic material and a soft magnetic material, respectively, of the hard magnetic material precursor and the soft magnetic material precursor. A treatment and a removal treatment for removing the block copolymer from the nanophase separated structure are performed. By the conversion treatment, the hard magnetic material precursor and the soft magnetic material precursor are converted into the hard magnetic material and the soft magnetic material, respectively, and by removing the block copolymer by the removal treatment, a type of nanophase-separated structure ( Depending on the shape), the other inorganic component is in a matrix composed of one of the hard magnetic material and the soft magnetic material in a spherical, columnar, gyroid-like, or layered shape, which is a three-dimensionally specific nanoscale. The nanoheterostructure permanent magnet of the present invention is obtained, which is arranged with a periodicity of 1 and contains the hard magnetic material and the soft magnetic material in a molar ratio of 1: 0.02 to 1: 0.6.

このような変換処理としては、前記無機前駆体が前記無機成分に変換される温度以上で加熱して無機成分に変換する工程であってもよいし、前記無機前駆体を加水分解するとともに脱水縮合させて無機成分に変換する工程であってもよい。 Such a conversion treatment may be a step of heating the inorganic precursor at a temperature higher than the temperature at which it is converted into the inorganic component to convert it into an inorganic component, or hydrolyzing the inorganic precursor and dehydrating condensation. It may be a step of converting the mixture into an inorganic component.

また、除去処理としては、ブロックコポリマーが分解する温度以上で熱処理(焼成)することによってブロックコポリマーを分解する工程であってもよいが、溶媒によりブロックコポリマーを溶解して除去する工程や、紫外線等の光照射によりブロックコポリマーを分解する工程であってもよい。 Further, the removal treatment may be a step of decomposing the block copolymer by heat treatment (calcination) at a temperature higher than the temperature at which the block copolymer is decomposed, but a step of dissolving and removing the block copolymer with a solvent, ultraviolet rays, etc. The step may be a step of decomposing the block copolymer by irradiation with light.

さらに、本発明における前記第二の工程においては、前記第一の工程において調製された原料溶液に対してブロックコポリマーが分解する温度以上で熱処理(焼成)を施すことによって、前記相分離処理、前記変換処理及び前記除去処理を一度の熱処理で行うことができる。このように一度の熱処理により前記相分離処理、前記変換処理及び前記除去処理を完結させるためには、用いるブロックコポリマーや無機前駆体の種類によっても異なるが、300〜1200℃(より好ましくは400〜900℃)で0.1〜50時間程度の熱処理を施すことが好ましい。 Further, in the second step of the present invention, the phase separation treatment is carried out by subjecting the raw material solution prepared in the first step to a heat treatment (calcination) at a temperature higher than the temperature at which the block copolymer decomposes. The conversion treatment and the removal treatment can be performed by a single heat treatment. In order to complete the phase separation treatment, the conversion treatment, and the removal treatment by one heat treatment in this way, the temperature varies depending on the type of block copolymer or inorganic precursor used, but is 300 to 1200 ° C. (more preferably 400 to 400 to 200 ° C.). It is preferable to perform heat treatment at 900 ° C. for about 0.1 to 50 hours.

このような熱処理は、不活性ガス雰囲気(例えば、窒素ガス等)中、酸化ガス雰囲気(例えば、空気等)中、あるいは還元ガス雰囲気(例えば、水素等)中で行なってもよい。不活性ガス雰囲気中で無機前駆体を無機成分に変換せしめると共にブロックコポリマーを除去することにより、ナノスケールの三次元的周期構造がより確実に維持される傾向にある。また、酸化ガス雰囲気中で無機前駆体を無機成分に変換せしめることにより、金属又は半金属の酸化物からなる硬磁性体及び軟磁性体を備える永久磁石を得ることができる。さらに、還元ガス雰囲気中で無機前駆体を無機成分に変換せしめることにより、金属又は半金属からなる硬磁性体及び軟磁性体を備える永久磁石を得ることができる。このような不活性ガス雰囲気中、酸化ガス雰囲気中、あるいは還元ガス雰囲気中での熱処理の条件は特に制限されないが、300〜1200℃(より好ましくは400〜900℃)で0.1〜50時間程度の処理が好ましい。 Such heat treatment may be performed in an inert gas atmosphere (for example, nitrogen gas), an oxidizing gas atmosphere (for example, air), or a reducing gas atmosphere (for example, hydrogen). By converting the inorganic precursors to inorganic components and removing the block copolymer in an inert gas atmosphere, the nanoscale three-dimensional periodic structure tends to be more reliably maintained. Further, by converting the inorganic precursor into an inorganic component in an oxidizing gas atmosphere, a permanent magnet having a hard magnetic material and a soft magnetic material made of a metal or metalloid oxide can be obtained. Further, by converting the inorganic precursor into an inorganic component in a reducing gas atmosphere, a permanent magnet having a hard magnetic material and a soft magnetic material made of a metal or a semimetal can be obtained. The conditions of the heat treatment in such an inert gas atmosphere, an oxidizing gas atmosphere, or a reducing gas atmosphere are not particularly limited, but are 0.1 to 50 hours at 300 to 1200 ° C. (more preferably 400 to 900 ° C.). Degree of treatment is preferred.

本発明のナノヘテロ構造永久磁石の製造方法においては、前記第一の工程の後に、前記原料溶液を熱処理容器に装入して前記第二の工程を施してもよいし、あるいは、前記原料溶液を基材の表面に塗布した後、前記第二の工程を施してもよい。後者の方法によれば、基材の表面に膜状のナノヘテロ構造永久磁石を直接形成することができる。用いる基材の種類に特に限定はなく、得られるナノヘテロ構造永久磁石の用途等に応じて適宜選択すればよい。また、原料溶液の塗布方法としては、ハケ塗り、スプレー法、ディッピング法、スピン法、カーテンフロー法等が用いられる。 In the method for producing a nanoheterostructure permanent magnet of the present invention, after the first step, the raw material solution may be charged into a heat treatment container and the second step may be performed, or the raw material solution may be used. After applying to the surface of the base material, the second step may be performed. According to the latter method, a film-like nanoheterostructure permanent magnet can be directly formed on the surface of the base material. The type of base material used is not particularly limited, and may be appropriately selected depending on the intended use of the obtained nanoheterostructure permanent magnet. Further, as a method for applying the raw material solution, a brush coating method, a spray method, a dipping method, a spin method, a curtain flow method and the like are used.

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

(実施例1−1)
ブロックコポリマーとしてポリスチレン−b−ポリ(4−ビニルピリジン)(PS−b−P4VP、PS成分の数平均分子量:13×10、PS成分の溶解度パラメータ:9.1(cal/cm1/2、P4VP成分の数平均分子量:50×10、P4VP成分の溶解度パラメータ:12.0(cal/cm1/2)0.1gと、硬磁性体前駆体であるNdFe14B前駆体(Nd前駆体及びFe前駆体)としてネオジムアセチルアセトナート(Nd(acac)、溶解度パラメータ:9.0(cal/cm1/2)0.042g及び鉄アセチルアセトナート(Fe(acac)、溶解度パラメータ:9.0(cal/cm1/2)0.214gと、軟磁性体前駆体であるFe前駆体としてピロリジンジチオカルバミン酸鉄(FePDC、溶解度パラメータ:11.4(cal/cm1/2)0.006gとを10mLのテトラヒドロフラン(THF、溶解度パラメータ:9.1(cal/cm1/2)に溶解し、原料溶液を得た。なお、この原料溶液中のNdFe14B前駆体1モルに対するFe前駆体の量は0.1モルである。
(Example 1-1)
As a block copolymer, polystyrene-b-poly (4-vinylpyridine) (PS-b-P4VP, number average molecular weight of PS component: 13 × 10 3 , solubility parameter of PS component: 9.1 (cal / cm 3 ) 1 / 2. Number average molecular weight of P4VP component: 50 × 10 3 , solubility parameter of P4VP component: 12.0 (cal / cm 3 ) 1/2 ) 0.1 g, and Nd 2 Fe 14 B, which is a hard magnetic precursor Neodim acetylacetonate (Nd (acac) 3 , solubility parameter: 9.0 (cal / cm 3 ) 1/2 ) 0.042 g and iron acetylacetonate (Fe (Fe)) as precursors (Nd precursor and Fe precursor) acac) 3 , solubility parameter: 9.0 (cal / cm 3 ) 1/2 ) 0.214 g, and iron pyrrolidine dithiocarbamate (FePDC, solubility parameter: 11.4 (FePDC, solubility parameter: 11.4) as Fe precursor, which is a soft magnetic precursor. cal / cm 3) 1/2) 0.006g and the 10mL of tetrahydrofuran (THF, solubility parameter: dissolved in 9.1 (cal / cm 3) 1/2 ), to obtain a raw material solution. The amount of Fe precursor to 1 mol of Nd 2 Fe 14 B precursor in this raw material solution is 0.1 mol.

次に、得られた原料溶液をホウ酸0.024g、水素化カルシウム1.54gとともに熱処理容器に入れ、水素5%含有アルゴン中、700℃で6時間熱処理し、酢酸による洗浄処理を行うことによって、NdFe14Bマトリックス中に球状のFeが三次元的且つ周期的に配置しており、繰り返し構造の一単位の長さの平均値が1nm〜100nmである三次元的周期構造を有しているナノヘテロ構造体(0.8cm×0.8cm×2μm、NdFe14B:Fe=1:0.1)を得た。 Next, the obtained raw material solution was placed in a heat treatment container together with 0.024 g of boric acid and 1.54 g of calcium hydride, heat-treated at 700 ° C. for 6 hours in argon containing 5% hydrogen, and washed with acetic acid. , Nd 2 Fe 14 B Spherical Fe is arranged three-dimensionally and periodically in the B matrix, and has a three-dimensional periodic structure in which the average value of the length of one unit of the repeating structure is 1 nm to 100 nm. A nanoheterostructure (0.8 cm × 0.8 cm × 2 μm, Nd 2 Fe 14 B: Fe = 1: 0.1) was obtained.

(実施例1−2〜1−6及び比較例1−1〜1−3)
NdFe14B前駆体1モルに対するFe前駆体の量がそれぞれ0.02モル(実施例1−2)、0.05モル(実施例1−3)、0.3モル(実施例1−4)、0.5モル(実施例1−5)、0.6モル(実施例1−6)、0.01モル(比較例1−1)、0.7モル(比較例1−2)、1モル(比較例1−3)となるように原料溶液を調製した以外は実施例1−1と同様にして、NdFe14Bマトリックス中に球状のFeが三次元的且つ周期的に配置しており、繰り返し構造の一単位の長さの平均値が1nm〜100nmである三次元的周期構造を有しているナノヘテロ構造体(0.8cm×0.8cm×2μm、NdFe14B:Fe=1:0.02(実施例1−2)、1:0.05(実施例1−3)、1:0.3(実施例1−4)、1:0.5(実施例1−5)、1:0.6(実施例1−6)、1:0.01(比較例1−1)、1:0.7(比較例1−2)、1:1(比較例1−3))を得た。
(Examples 1-2 to 1-6 and Comparative Examples 1-1 to 1-3)
The amount of Fe precursor per 1 mol of Nd 2 Fe 14 B precursor was 0.02 mol (Example 1-2), 0.05 mol (Example 1-3), 0.3 mol (Example 1-), respectively. 4), 0.5 mol (Example 1-5), 0.6 mol (Example 1-6), 0.01 mol (Comparative Example 1-1), 0.7 mol (Comparative Example 1-2) Spherical Fe is three-dimensionally and periodically in the Nd 2 Fe 14 B matrix in the same manner as in Example 1-1 except that the raw material solution is prepared so as to be 1 mol (Comparative Example 1-3). A nanoheterostructure (0.8 cm x 0.8 cm x 2 μm, Nd 2 Fe 14 ) that is arranged and has a three-dimensional periodic structure in which the average value of the length of one unit of the repeating structure is 1 nm to 100 nm. B: Fe = 1: 0.02 (Example 1-2), 1: 0.05 (Example 1-3), 1: 0.3 (Example 1-4), 1: 0.5 (Example) Example 1-5), 1: 0.6 (Example 1-6), 1: 0.01 (Comparative Example 1-1), 1: 0.7 (Comparative Example 1-2), 1: 1 (Comparison) Examples 1-3)) were obtained.

<最大磁気エネルギー>
実施例及び比較例で得られたナノヘテロ構造体の磁化曲線を振動試料型磁力計(東英工業(株)製、商品名:VSM−3S−15)を用いて20kOeまでの範囲について室温で測定して最大磁気エネルギー積を求め、硬磁性体であるNdFe14Bのみからなる永久磁石に対する増加率を算出した。その結果を表2に示す。
<Maximum magnetic energy>
The magnetization curves of the nanoheterostructures obtained in Examples and Comparative Examples were measured at room temperature in the range up to 20 kOe using a vibrating sample magnetometer (manufactured by Toei Kogyo Co., Ltd., trade name: VSM-3S-15). The maximum magnetic energy product was obtained, and the rate of increase with respect to the permanent magnet consisting only of the hard magnetic material Nd 2 Fe 14 B was calculated. The results are shown in Table 2.

(実施例2−1)
ブロックコポリマーとしてポリスチレン−b−ポリ(4−ビニルピリジン)(PS−b−P4VP、PS成分の数平均分子量:50×10、PS成分の溶解度パラメータ:9.1(cal/cm1/2、P4VP成分の数平均分子量:13×10、P4VP成分の溶解度パラメータ:12.0(cal/cm1/2)0.1gと、硬磁性体前駆体であるFePt前駆体(Fe前駆体及びPt前駆体)として鉄アセチルアセトナート(Fe(acac)、溶解度パラメータ:9.0(cal/cm1/2)0.066g及び白金アセチルアセトナート(Pt(acac)、溶解度パラメータ:9.0(cal/cm1/2)0.064gと、軟磁性体前駆体であるFe前駆体としてピロリジンジチオカルバミン酸鉄(FePDC、溶解度パラメータ:11.4(cal/cm1/2)0.019gとを10mLのテトラヒドロフラン(THF、溶解度パラメータ:9.1(cal/cm1/2)に溶解し、原料溶液を得た。なお、この原料溶液中のFePt前駆体1モルに対するFe前駆体の量は0.1モルである。
(Example 2-1)
As a block copolymer, polystyrene-b-poly (4-vinylpyridine) (PS-b-P4VP, number average molecular weight of PS component: 50 × 10 3 , solubility parameter of PS component: 9.1 (cal / cm 3 ) 1 / 2. Number average molecular weight of P4VP component: 13 × 10 3 , solubility parameter of P4VP component: 12.0 (cal / cm 3 ) 1/2 ) 0.1 g, FePt precursor (Fe) which is a hard magnetic precursor precursor Iron acetylacetonate (Fe (acac) 3 , solubility parameter: 9.0 (cal / cm 3 ) 1/2 ) 0.066 g and platinum acetylacetonate (Pt (acac) 2 , as precursors and Pt precursors) Solubility parameter: 9.0 (cal / cm 3 ) 1/2 ) 0.064 g, and iron pyrrolidine dithiocarbamate (FePDC, solubility parameter: 11.4 (cal / cm 3 ) as Fe precursor, which is a soft magnetic precursor. ) 1/2 ) 0.019 g was dissolved in 10 mL of tetrahydrofuran (THF, solubility parameter: 9.1 (cal / cm 3 ) 1/2 ) to obtain a raw material solution. The amount of Fe precursor per 1 mol of FePt precursor in this raw material solution is 0.1 mol.

次に、得られた原料溶液を熱処理容器に入れ、アルゴン中、700℃で6時間熱処理することによって、Feマトリックス中に球状のFePt(白金−鉄合金)が三次元的且つ周期的に配置しており、繰り返し構造の一単位の長さの平均値が1nm〜100nmである三次元的周期構造を有しているナノヘテロ構造体(0.8cm×0.8cm×2μm、FePt:Fe=1:0.1)を得た。 Next, the obtained raw material solution was placed in a heat treatment container and heat-treated in argon at 700 ° C. for 6 hours, whereby spherical FePt (platinum-iron alloy) was three-dimensionally and periodically arranged in the Fe matrix. A nanoheterostructure (0.8 cm × 0.8 cm × 2 μm, FePt: Fe = 1:) having a three-dimensional periodic structure in which the average value of the length of one unit of the repeating structure is 1 nm to 100 nm. 0.1) was obtained.

(実施例2−2〜2−6及び比較例2−1〜2−3)
FePt前駆体1モルに対するFe前駆体の量がそれぞれ0.02モル(実施例2−2)、0.05モル(実施例2−3)、0.3モル(実施例2−4)、0.5モル(実施例2−5)、0.6モル(実施例2−6)、0.01モル(比較例2−1)、0.7モル(比較例2−2)、1モル(比較例2−3)となるように原料溶液を調製した以外は実施例2−1と同様にして、Feマトリックス中に球状のFePt(白金−鉄合金)が三次元的且つ周期的に配置しており、繰り返し構造の一単位の長さの平均値が1nm〜100nmである三次元的周期構造を有しているナノヘテロ構造体(0.8cm×0.8cm×2μm、FePt:Fe=1:0.02(実施例2−2)、1:0.05(実施例2−3)、1:0.3(実施例2−4)、1:0.5(実施例2−5)、1:0.6(実施例2−6)、1:0.01(比較例2−1)、1:0.7(比較例2−2)、1:1(比較例2−3))を得た。
(Examples 2-2 to 2-6 and Comparative Examples 2-1 to 2-3)
The amount of Fe precursor per 1 mol of FePt precursor is 0.02 mol (Example 2-2), 0.05 mol (Example 2-3), 0.3 mol (Example 2-4), 0, respectively. .5 mol (Example 2-5), 0.6 mol (Example 2-6), 0.01 mol (Comparative Example 2-1), 0.7 mol (Comparative Example 2-2), 1 mol ( Spherical FePt (platinum-iron alloy) is three-dimensionally and periodically arranged in the Fe matrix in the same manner as in Example 2-1 except that the raw material solution is prepared so as to be in Comparative Example 2-3). A nanoheterostructure (0.8 cm × 0.8 cm × 2 μm, FePt: Fe = 1:) having a three-dimensional periodic structure in which the average value of the length of one unit of the repeating structure is 1 nm to 100 nm. 0.02 (Example 2-2), 1: 0.05 (Example 2-3), 1: 0.3 (Example 2-4), 1: 0.5 (Example 2-5), 1: 0.6 (Example 2-6), 1: 0.01 (Comparative Example 2-1), 1: 0.7 (Comparative Example 2-2), 1: 1 (Comparative Example 2-3)) Got

<最大磁気エネルギー>
実施例及び比較例で得られたナノヘテロ構造体の磁化曲線を振動試料型磁力計(東英工業(株)製、商品名:VSM−3S−15)を用いて20kOeまでの範囲について室温で測定して最大磁気エネルギー積を求め、硬磁性体であるFePtのみからなる永久磁石に対する増加率を算出した。その結果を表3に示す。
<Maximum magnetic energy>
The magnetization curves of the nanoheterostructures obtained in Examples and Comparative Examples were measured at room temperature in the range up to 20 kOe using a vibrating sample magnetometer (manufactured by Toei Kogyo Co., Ltd., trade name: VSM-3S-15). The maximum magnetic energy product was obtained, and the rate of increase for a permanent magnet consisting only of FePt, which is a hard magnetic material, was calculated. The results are shown in Table 3.

(実施例3−1)
ブロックコポリマーとしてポリスチレン−b−ポリ(4−ビニルピリジン)(PS−b−P4VP、PS成分の数平均分子量:18×10、PS成分の溶解度パラメータ:9.1(cal/cm1/2、P4VP成分の数平均分子量:40×10、P4VP成分の溶解度パラメータ:12.0(cal/cm1/2)0.1gと、硬磁性体前駆体であるSmCo前駆体(Sm前駆体及びCo前駆体)としてサマリウムアセチルアセトナート(Sm(acac)、溶解度パラメータ:9.0(cal/cm1/2)0.042g及びコバルトアセチルアセトナート(Co(acac)、溶解度パラメータ:8.8(cal/cm1/2)0.084gと、軟磁性体前駆体であるFe前駆体としてピロリジンジチオカルバミン酸鉄(FePDC、溶解度パラメータ:11.4(cal/cm1/2)0.022gとを10mLのテトラヒドロフラン(THF、溶解度パラメータ:9.1(cal/cm1/2)に溶解し、原料溶液を得た。なお、この原料溶液中のSmCo前駆体1モルに対するFe前駆体の量は0.4モルである。
(Example 3-1)
As a block copolymer, polystyrene-b-poly (4-vinylpyridine) (PS-b-P4VP, number average molecular weight of PS component: 18 × 10 3 , solubility parameter of PS component: 9.1 (cal / cm 3 ) 1 / 2. Number average molecular weight of P4VP component: 40 × 10 3 , solubility parameter of P4VP component: 12.0 (cal / cm 3 ) 1/2 ) 0.1 g, and SmCo 5 precursor which is a hard magnetic precursor (SmCo 5 precursor) Samalium acetylacetonate (Sm (acac) 3 , solubility parameter: 9.0 (cal / cm 3 ) 1/2 ) 0.042 g and cobalt acetylacetonate (Co (acac) 3 ) as Sm precursor and Co precursor) , Solubility parameter: 8.8 (cal / cm 3 ) 1/2 ) 0.084 g, and iron pyrrolidine dithiocarbamate (FePDC, solubility parameter: 11.4 (cal / cm) as Fe precursor, which is a soft magnetic precursor precursor. 3 ) 1/2 ) 0.022 g was dissolved in 10 mL of tetrahydrofuran (THF, solubility parameter: 9.1 (cal / cm 3 ) 1/2 ) to obtain a raw material solution. The amount of Fe precursor to 1 mol of SmCo 5 precursor in this raw material solution is 0.4 mol.

次に、得られた原料溶液を水素化カルシウム1.6gとともに熱処理容器に入れ、水素5%含有アルゴン中、700℃で6時間熱処理し、酢酸による洗浄処理を行うことによって、SmCoマトリックス中に柱状のFeが三次元的且つ周期的に配置しており、繰り返し構造の一単位の長さの平均値が1nm〜100nmである三次元的周期構造を有しているナノヘテロ構造体(0.8cm×0.8cm×2μm、SmCo:Fe=1:0.4)を作製した。 Next, the obtained raw material solution was placed in a heat treatment vessel together with 1.6 g of calcium hydride, heat-treated at 700 ° C. for 6 hours in argon containing 5% hydrogen, and washed with acetic acid to bring it into the SmCo 5 matrix. A nanoheterostructure (0.8 cm) having columnar Fes arranged three-dimensionally and periodically and having a three-dimensional periodic structure in which the average value of the length of one unit of the repeating structure is 1 nm to 100 nm. × 0.8 cm × 2 μm, SmCo 5 : Fe = 1: 0.4) was prepared.

(比較例3−1)
SmCo前駆体1モルに対するFe前駆体の量が1モルとなるように原料溶液を調製した以外は実施例3−1と同様にして、SmCoマトリックス中に柱状のFeが三次元的且つ周期的に配置しており、繰り返し構造の一単位の長さの平均値が1nm〜100nmである三次元的周期構造を有しているナノヘテロ構造体(0.8cm×0.8cm×2μm、SmCo:Fe=1:1)を得た。
(Comparative Example 3-1)
In the same manner as in Example 3-1 except that the raw material solution was prepared so that the amount of Fe precursor was 1 mol with respect to 1 mol of SmCo 5 precursor, columnar Fe was three-dimensionally and periodically in the SmCo 5 matrix. Nanoheterostructure (0.8 cm × 0.8 cm × 2 μm, SmCo 5 ) having a three-dimensional periodic structure in which the average value of the length of one unit of the repeating structure is 1 nm to 100 nm. : Fe = 1: 1) was obtained.

<最大磁気エネルギー>
実施例及び比較例で得られたナノヘテロ構造体の磁化曲線を振動試料型磁力計(東英工業(株)製、商品名:VSM−3S−15)を用いて20kOeまでの範囲について室温で測定して最大磁気エネルギー積を求め、硬磁性体であるSmCoのみからなる永久磁石に対する増加率を算出した。その結果を表4に示す。
<Maximum magnetic energy>
The magnetization curves of the nanoheterostructures obtained in Examples and Comparative Examples were measured at room temperature in the range up to 20 kOe using a vibrating sample magnetometer (manufactured by Toei Kogyo Co., Ltd., trade name: VSM-3S-15). The maximum magnetic energy product was obtained, and the rate of increase for a permanent magnet consisting only of SmCo 5 , which is a hard magnetic material, was calculated. The results are shown in Table 4.

(実施例4−1)
ブロックコポリマーとしてポリスチレン−b−ポリ(4−ビニルピリジン)(PS−b−P4VP、PS成分の数平均分子量:13×10、PS成分の溶解度パラメータ:9.1(cal/cm1/2、P4VP成分の数平均分子量:50×10、P4VP成分の溶解度パラメータ:12.0(cal/cm1/2)0.1gと、硬磁性体前駆体であるNdFe14B前駆体(Nd前駆体及びFe前駆体)としてネオジムアセチルアセトナート(Nd(acac)、溶解度パラメータ:9.0(cal/cm1/2)0.042g及び鉄アセチルアセトナート(Fe(acac)、溶解度パラメータ:9.0(cal/cm1/2)0.214gと、軟磁性体前駆体であるFeCo前駆体としてピロリジンジチオカルバミン酸鉄(FePDC、溶解度パラメータ:11.4(cal/cm1/2)0.012g及びピロリジンジチオカルバミン酸コバルト(CoPDC、溶解度パラメータ:11.4(cal/cm1/2)0.012gとを10mLのテトラヒドロフラン(THF、溶解度パラメータ:9.1(cal/cm1/2)に溶解し、原料溶液を得た。なお、この原料溶液中のNdFe14B前駆体1モルに対するFeCo前駆体の量は0.2モルである。
(Example 4-1)
As a block copolymer, polystyrene-b-poly (4-vinylpyridine) (PS-b-P4VP, number average molecular weight of PS component: 13 × 10 3 , solubility parameter of PS component: 9.1 (cal / cm 3 ) 1 / 2. Number average molecular weight of P4VP component: 50 × 10 3 , solubility parameter of P4VP component: 12.0 (cal / cm 3 ) 1/2 ) 0.1 g, and Nd 2 Fe 14 B, which is a hard magnetic precursor Neodim acetylacetonate (Nd (acac) 3 , solubility parameter: 9.0 (cal / cm 3 ) 1/2 ) 0.042 g and iron acetylacetonate (Fe (Fe)) as precursors (Nd precursor and Fe precursor) acac) 3 , solubility parameter: 9.0 (cal / cm 3 ) 1/2 ) 0.214 g, and iron pyrrolidine dithiocarbamate (FePDC, solubility parameter: 11.4 (FePDC, solubility parameter: 11.4) as FeCo precursor, which is a soft magnetic precursor precursor Cal / cm 3 ) 1/2 ) 0.012 g and cobalt pyrrolidine dithiocarbamate (CoPDC, solubility parameter: 11.4 (cal / cm 3 ) 1/2 ) 0.012 g and 10 mL tetrahydrofuran (THF, solubility parameter:: It was dissolved in 9.1 (cal / cm 3 ) 1/2 ) to obtain a raw material solution. The amount of FeCo precursor to 1 mol of Nd 2 Fe 14 B precursor in this raw material solution is 0.2 mol.

次に、得られた原料溶液をホウ酸0.024g、水素化カルシウム1.54gとともに熱処理容器に入れ、水素5%含有アルゴン中、700℃で6時間熱処理し、酢酸による洗浄処理を行うことによって、NdFe14Bマトリックス中に球状のFeCoが三次元的且つ周期的に配置しており、繰り返し構造の一単位の長さの平均値が1nm〜100nmである三次元的周期構造を有しているナノヘテロ構造体(0.8cm×0.8cm×2μm、NdFe14B:FeCo=1:0.2)を得た。 Next, the obtained raw material solution was placed in a heat treatment vessel together with 0.024 g of boric acid and 1.54 g of calcium hydride, heat-treated at 700 ° C. for 6 hours in argon containing 5% hydrogen, and washed with acetic acid. , Nd 2 Fe 14 B Spherical FeCo is three-dimensionally and periodically arranged in the B matrix, and has a three-dimensional periodic structure in which the average value of the length of one unit of the repeating structure is 1 nm to 100 nm. A nanoheterostructure (0.8 cm × 0.8 cm × 2 μm, Nd 2 Fe 14 B: FeCo = 1: 0.2) was obtained.

(比較例4−1)
NdFe14B前駆体1モルに対するFeCo前駆体の量が0.8モルとなるように原料溶液を調製した以外は実施例4−1と同様にして、NdFe14Bマトリックス中に球状のFeCoが三次元的且つ周期的に配置しており、繰り返し構造の一単位の長さの平均値が1nm〜100nmである三次元的周期構造を有しているナノヘテロ構造体(0.8cm×0.8cm×2μm、NdFe14B:FeCo=1:0.8)を得た。
(Comparative Example 4-1)
Spherical in the Nd 2 Fe 14 B matrix in the same manner as in Example 4-1 except that the raw material solution was prepared so that the amount of FeCo precursor was 0.8 mol with respect to 1 mol of Nd 2 Fe 14 B precursor. FeCo is three-dimensionally and periodically arranged, and a nanoheterostructure (0.8 cm ×) having a three-dimensional periodic structure in which the average value of the length of one unit of the repeating structure is 1 nm to 100 nm. 0.8 cm × 2 μm, Nd 2 Fe 14 B: FeCo = 1: 0.8) was obtained.

<最大磁気エネルギー>
実施例及び比較例で得られたナノヘテロ構造体の磁化曲線を振動試料型磁力計(東英工業(株)製、商品名:VSM−3S−15)を用いて20kOeまでの範囲について室温で測定して最大磁気エネルギー積を求め、硬磁性体であるNdFe14Bのみからなる永久磁石に対する増加率を算出した。その結果を表5に示す。
<Maximum magnetic energy>
The magnetization curves of the nanoheterostructures obtained in Examples and Comparative Examples were measured at room temperature in the range up to 20 kOe using a vibrating sample magnetometer (manufactured by Toei Kogyo Co., Ltd., trade name: VSM-3S-15). The maximum magnetic energy product was obtained, and the rate of increase with respect to the permanent magnet consisting only of the hard magnetic material Nd 2 Fe 14 B was calculated. The results are shown in Table 5.

表2〜5に示した結果から明らかなように、硬磁性体と軟磁性体とを含有するナノヘテロ構造永久磁石において、硬磁性体と軟磁性体とのモル比を1:0.02〜1:0.6とすることによって、硬磁性体のみからなる永久磁石に対する最大磁気エネルギー積の増加率が著しく増大することが確認された。 As is clear from the results shown in Tables 2 to 5, in the nanoheterostructure permanent magnet containing a hard magnetic material and a soft magnetic material, the molar ratio of the hard magnetic material to the soft magnetic material is 1: 0.02-1. It was confirmed that the rate of increase of the maximum magnetic energy product with respect to the permanent magnet consisting only of the hard magnetic material was remarkably increased by setting: 0.6.

具体的には、硬磁性体であるNdFe14Bと軟磁性体であるFeとを含有するナノヘテロ構造永久磁石においては、NdFe14BとFeとのモル比を1:0.02〜1:0.6(好ましくは1:0.02〜1:0.3、より好ましくは1:0.02〜1:0.1)とすることによって、NdFe14B単相の永久磁石に比べて、最大磁気エネルギー積が35%以上(好ましくは38%以上、より好ましくは40%以上)高くなることが確認された。 Specifically, in a nanoheterostructure permanent magnet containing Nd 2 Fe 14 B which is a hard magnetic material and Fe which is a soft magnetic material, the molar ratio of Nd 2 Fe 14 B and Fe is 1: 0.02. Permanent Nd 2 Fe 14 B single phase by ~ 1: 0.6 (preferably 1: 0.02 to 1: 0.3, more preferably 1: 0.02 to 1: 0.1). It was confirmed that the maximum magnetic energy product was 35% or more (preferably 38% or more, more preferably 40% or more) higher than that of the magnet.

また、硬磁性体であるFePtと軟磁性体であるFeとを含有するナノヘテロ構造永久磁石においては、FePtとFeとのモル比を1:0.02〜1:0.6(好ましくは0.1〜0.5)とすることによって、FePt単相の永久磁石に比べて、最大磁気エネルギー積が34%以上(好ましくは38%以上)高くなることが確認された。 Further, in the nanoheterostructure permanent magnet containing FePt which is a hard magnetic material and Fe which is a soft magnetic material, the molar ratio of FePt and Fe is 1: 0.02 to 1: 0.6 (preferably 0. It was confirmed that the maximum magnetic energy product was 34% or more (preferably 38% or more) higher than that of the FePt single-phase permanent magnet by setting the value to 1 to 0.5).

さらに、硬磁性体であるSmCoと軟磁性体であるFeとを含有するナノヘテロ構造永久磁石においては、SmCoとFeとのモル比を1:0.02〜1:0.6(好ましくは0.3〜0.5)とすることによって、SmCo単相の永久磁石に比べて、最大磁気エネルギー積が36%以上高くなることが確認された。 Further, in a nanoheterostructure permanent magnet containing SmCo 5 which is a hard magnetic material and Fe which is a soft magnetic material, the molar ratio of SmCo 5 and Fe is 1: 0.02 to 1: 0.6 (preferably). It was confirmed that the maximum magnetic energy product was 36% or more higher than that of the SmCo 5 single-phase permanent magnet by setting the value to 0.3 to 0.5).

また、硬磁性体であるNdFe14Bと軟磁性体であるFeCoとを含有するナノヘテロ構造永久磁石においては、NdFe14BとFeCoとのモル比を1:0.02〜1:0.6(好ましくは1:0.1〜1:0.3)とすることによって、NdFe14B単相の永久磁石に比べて、最大磁気エネルギー積が46%以上高くなることが確認された。 Further, in the nanoheterostructure permanent magnet containing Nd 2 Fe 14 B which is a hard magnetic material and Fe Co which is a soft magnetic material, the molar ratio of Nd 2 Fe 14 B and FeCo is 1: 0.02 to 1: 1. It was confirmed that the maximum magnetic energy product was 46% or more higher than that of the Nd 2 Fe 14 B single-phase permanent magnet by setting it to 0.6 (preferably 1: 0.1 to 1: 0.3). Was done.

以上説明したように、本発明によれば、硬磁性体及び軟磁性体のうちの一方の無機成分からなるマトリックス中に他方の無機成分が所定の形状で三次元的に所定のナノスケールで周期的に配置され、前記硬磁性体と前記軟磁性体とを特定の割合で含有するナノヘテロ構造を有する永久磁石を得ることが可能となる。 As described above, according to the present invention, in a matrix composed of one inorganic component of a hard magnetic material and a soft magnetic material, the other inorganic component has a predetermined shape and is three-dimensionally periodiced at a predetermined nanoscale. It is possible to obtain a permanent magnet having a nanoheterostructure in which the hard magnetic material and the soft magnetic material are contained in a specific ratio.

このようなナノヘテロ構造を有し、前記硬磁性体と前記軟磁性体とを特定の割合で含有する永久磁石は、硬磁性体と軟磁性体との磁気交換相互作用によりピン止め効果が発揮されるとともに、従来のナノ構造永久磁石以上の界面増大効果、ナノサイズ効果、耐久性等の飛躍的な向上が発揮され、結果として硬磁性体の高い保磁力と軟磁性体の高い飽和磁化をより高度に兼ね備えるようになる。したがって、本発明のナノヘテロ構造永久磁石は、モーターや発電機、各種センサー用コイル、キャップマグネット等に使用される永久磁石として有用である。 A permanent magnet having such a nanoheterostructure and containing the hard magnetic material and the soft magnetic material in a specific ratio exhibits a pinning effect by magnetic exchange interaction between the hard magnetic material and the soft magnetic material. At the same time, the interface enhancement effect, nano size effect, durability, etc. are dramatically improved over the conventional nano-structure permanent magnets, and as a result, the high coercive force of the hard magnetic material and the high saturation magnetization of the soft magnetic material are further improved. It will be highly combined. Therefore, the nanoheterostructure permanent magnet of the present invention is useful as a permanent magnet used in motors, generators, coils for various sensors, cap magnets, and the like.

Claims (6)

硬磁性体と軟磁性体との組合せが、硬磁性体であるNd Fe 14 Bと軟磁性体であるFeとの組合せ;硬磁性体であるSmCo と軟磁性体であるFeとの組合せ;硬磁性体であるNd Fe 14 Bと軟磁性体であるFeCoとの組合せのうちのいずれか1種であり、
前記硬磁性体からなるマトリックス中に、前記軟磁性体が、三次元的且つ周期的に配置し、繰り返し構造の一単位の長さの平均値が1nm〜100nmである三次元的周期構造を有しており、
前記硬磁性体と前記軟磁性体とのモル比が1:0.02〜1:0.6である、
ことを特徴とするナノヘテロ構造永久磁石。
The combination of the hard magnetic material and the soft magnetic material is a combination of Nd 2 Fe 14 B which is a hard magnetic material and Fe which is a soft magnetic material; a combination of SmCo 5 which is a hard magnetic material and Fe which is a soft magnetic material. It is one of a combination of Nd 2 Fe 14 B, which is a hard magnetic material, and FeCo, which is a soft magnetic material.
Wherein the matrix of the hard magnetic material, the soft magnetic material, three-dimensionally and periodically arranged, have a three-dimensional periodic structure average length of one unit of the repeating structure is 1nm~100nm And
The molar ratio of the hard magnetic material to the soft magnetic material is 1: 0.02 to 1: 0.6.
A nano-heterostructure permanent magnet characterized by this.
前記マトリックス中に三次元的且つ周期的に配置されている前記軟磁性体の形状が、球状、柱状、ジャイロイド状からなる群から選択される形状であることを特徴とする請求項に記載のナノヘテロ構造永久磁石。 According to claim 1, the shape of the soft magnetic body that is three-dimensionally and periodically arranged in the matrix is, globular, columnar, characterized in that it is a shape selected from the group consisting of gyroid shape Nano heterostructure permanent magnet. 互いに混和しない少なくとも第一ポリマーブロック成分と第二ポリマーブロック成分とが結合してなるブロックコポリマーと、硬磁性体前駆体である第一無機前駆体と、軟磁性体前駆体である第二無機前駆体と、を溶媒に溶解して、前記硬磁性体前駆体と前記軟磁性体前駆体とを1:0.02〜1:0.6のモル比で含有し、前記硬磁性体前駆体と前記軟磁性体前駆体との組合せが、硬磁性体前駆体であるNd Fe 14 B前駆体と軟磁性体前駆体であるFe前駆体との組合せ;硬磁性体前駆体であるSmCo 前駆体と軟磁性体前駆体であるFe前駆体との組合せ;硬磁性体前駆体であるNd Fe 14 B前駆体と軟磁性体前駆体であるFeCo前駆体との組合せのうちのいずれか1種である原料溶液を調製する第一の工程と、
少なくとも、前記第一無機前駆体が導入された前記第一ポリマーブロック成分からなる第一ポリマー相と、前記第二無機前駆体が導入された前記第二ポリマーブロック成分からなる第二ポリマー相と、が自己組織化により、前記第一ポリマー相中に前記第二ポリマー相が規則的に配置したナノ相分離構造体を形成せしめる相分離処理と、前記硬磁性体前駆体及び前記軟磁性体前駆体をそれぞれ硬磁性体及び軟磁性体に変換せしめる変換処理と、前記ナノ相分離構造体から前記ブロックコポリマーを除去する除去処理とを含み、前記硬磁性体と前記軟磁性体との組合せが、硬磁性体であるNd Fe 14 Bと軟磁性体であるFeとの組合せ;硬磁性体であるSmCo と軟磁性体であるFeとの組合せ;硬磁性体であるNd Fe 14 Bと軟磁性体であるFeCoとの組合せのうちのいずれか1種であって前記硬磁性体からなるマトリックス中に前記軟磁性体が三次元的且つ周期的に配置しているナノヘテロ構造永久磁石を得る第二の工程と、
を含むことを特徴とするナノヘテロ構造永久磁石の製造方法。
A block copolymer formed by bonding at least a first polymer block component and a second polymer block component that are immiscible with each other, a first inorganic precursor that is a hard magnetic precursor, and a second inorganic precursor that is a soft magnetic precursor. The body and the body were dissolved in a solvent, and the hard magnetic precursor and the soft magnetic precursor were contained in a molar ratio of 1: 0.02 to 1: 0.6 to obtain the hard magnetic precursor. The combination with the soft magnetic precursor is a combination of Nd 2 Fe 14 B precursor which is a hard magnetic precursor and Fe precursor which is a soft magnetic precursor; SmCo 5 precursor which is a hard magnetic precursor. Combination of body and Fe precursor which is a soft magnetic precursor; any one of a combination of Nd 2 Fe 14 B precursor which is a hard magnetic precursor precursor and FeCo precursor which is a soft magnetic precursor precursor. The first step of preparing the raw material solution that is the seed ,
At least, a first polymer phase composed of the first polymer block component into which the first inorganic precursor has been introduced, and a second polymer phase composed of the second polymer block component into which the second inorganic precursor has been introduced. Is self-assembled to form a nanophase-separated structure in which the second polymer phase is regularly arranged in the first polymer phase, and the hard magnetic material precursor and the soft magnetic material precursor. and respective hard magnetic material and the conversion process of converting the soft magnetic material, and a removal process of removing the block copolymer from the nano phase separation structure, a combination of the hard magnetic and the soft magnetic material, hard Combination of magnetic material Nd 2 Fe 14 B and soft magnetic material Fe; Combination of hard magnetic material SmCo 5 and soft magnetic material Fe; Hard magnetic material Nd 2 Fe 14 B and soft material A nanoheterostructure permanent magnet in which the soft magnetic material is three-dimensionally and periodically arranged in a matrix made of the hard magnetic material, which is any one of combinations with FeCo which is a magnetic material, is obtained. The second step and
A method for producing a nanoheterostructure permanent magnet, which comprises.
軟磁性体である鉄からなるマトリックス中に、硬磁性体であるFePtが、三次元的且つ周期的に配置し、繰り返し構造の一単位の長さの平均値が1nm〜100nmである三次元的周期構造を有しており、
前記硬磁性体と前記軟磁性体とのモル比が1:0.02〜1:0.6である、
ことを特徴とするナノヘテロ構造永久磁石。
FePt , which is a hard magnetic material , is arranged three-dimensionally and periodically in a matrix made of iron, which is a soft magnetic material, and the average value of the length of one unit of the repeating structure is three-dimensionally 1 nm to 100 nm. It has a periodic structure and
The molar ratio of the hard magnetic material to the soft magnetic material is 1: 0.02 to 1: 0.6.
A nano-heterostructure permanent magnet characterized by this.
前記マトリックス中に三次元的且つ周期的に配置されている前記硬磁性体の形状が、球状、柱状、ジャイロイド状からなる群から選択される形状であることを特徴とする請求項に記載のナノヘテロ構造永久磁石。 The fourth aspect of claim 4 , wherein the shape of the hard magnetic material three-dimensionally and periodically arranged in the matrix is a shape selected from a group consisting of a spherical shape, a columnar shape, and a gyroid shape. Nano heterostructure permanent magnet. 互いに混和しない少なくとも第一ポリマーブロック成分と第二ポリマーブロック成分とが結合してなるブロックコポリマーと、軟磁性体前駆体である鉄前駆体からなる第一無機前駆体と、硬磁性体前駆体であるFePt前駆体からなる第二無機前駆体と、を溶媒に溶解して、前記硬磁性体前駆体と前記軟磁性体前駆体とを1:0.02〜1:0.6のモル比で含有する原料溶液を調製する第一の工程と、
少なくとも、前記第一無機前駆体が導入された前記第一ポリマーブロック成分からなる第一ポリマー相と、前記第二無機前駆体が導入された前記第二ポリマーブロック成分からなる第二ポリマー相と、が自己組織化により、前記第一ポリマー相中に前記第二ポリマー相が規則的に配置したナノ相分離構造体を形成せしめる相分離処理と、前記硬磁性体前駆体及び前記軟磁性体前駆体をそれぞれ硬磁性体及び軟磁性体に変換せしめる変換処理と、前記ナノ相分離構造体から前記ブロックコポリマーを除去する除去処理とを含み、前記軟磁性体である鉄からなるマトリックス中に前記硬磁性体であるFePtが三次元的且つ周期的に配置しているナノヘテロ構造永久磁石を得る第二の工程と、
を含むことを特徴とするナノヘテロ構造永久磁石の製造方法。
A block copolymer formed by bonding at least a first polymer block component and a second polymer block component that are immiscible with each other, a first inorganic precursor composed of an iron precursor which is a soft magnetic precursor, and a hard magnetic precursor. A second inorganic precursor composed of a certain FePt precursor is dissolved in a solvent, and the hard magnetic precursor and the soft magnetic precursor have a molar ratio of 1: 0.02 to 1: 0.6. The first step of preparing the raw material solution to be contained,
At least, a first polymer phase composed of the first polymer block component into which the first inorganic precursor has been introduced, and a second polymer phase composed of the second polymer block component into which the second inorganic precursor has been introduced. Is self-assembled to form a nanophase-separated structure in which the second polymer phase is regularly arranged in the first polymer phase, and the hard magnetic material precursor and the soft magnetic material precursor. The hard magnetism is contained in a matrix made of iron, which is the soft magnetic material, including a conversion treatment for converting the above into a hard magnetic material and a soft magnetic material, and a removal treatment for removing the block polymer from the nanophase separated structure. The second step of obtaining a nanoheterostructure permanent magnet in which the body FePt is arranged three-dimensionally and periodically, and
A method for producing a nanoheterostructure permanent magnet, which comprises.
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