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JP2016167386A - Composite material of ferromagnetic metal nanostructure and two-dimensional structure substrate, manufacturing method thereof, and electrode material using the same - Google Patents

Composite material of ferromagnetic metal nanostructure and two-dimensional structure substrate, manufacturing method thereof, and electrode material using the same Download PDF

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JP2016167386A
JP2016167386A JP2015046479A JP2015046479A JP2016167386A JP 2016167386 A JP2016167386 A JP 2016167386A JP 2015046479 A JP2015046479 A JP 2015046479A JP 2015046479 A JP2015046479 A JP 2015046479A JP 2016167386 A JP2016167386 A JP 2016167386A
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ferromagnetic metal
composite material
plating layer
base material
metal
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Application number
JP2015046479A
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Japanese (ja)
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松原 英一郎
Eiichiro Matsubara
英一郎 松原
雅樹 岩松
Masaki Iwamatsu
雅樹 岩松
博紀 有馬
Hiroki Arima
博紀 有馬
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Harima Chemical Inc
Kyoto University NUC
Original Assignee
Harima Chemical Inc
Kyoto University NUC
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Abstract

【課題】薄膜方向の引張強度などの機械強度が十分に高く、取扱いや信頼性、寿命に優れたナノワイヤー複合材を提供する。【解決手段】 基材、及び前記基材上の強磁性金属メッキ層と、前記メッキ層から前記メッキ層に対して略垂直方向に形成された強磁性金属ナノワイヤーとからなる強磁性金属ナノ構造体、を含む複合材である。記強磁性金属ナノワイヤーが、互いに密集して形成することによって、前記強磁性金属ナノ構造体は、毛足が揃った被毛状になっていることが好ましい。【選択図】図3PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nanowire composite material having sufficiently high mechanical strength such as tensile strength in a thin film direction and excellent in handling, reliability and life. A ferromagnetic metal nanostructure including a base material, a ferromagnetic metal plating layer on the base material, and a ferromagnetic metal nanowire formed from the plating layer in a direction substantially perpendicular to the plating layer. A composite material including a body. It is preferable that the ferromagnetic metal nanowires be formed in a hair-covered state in which hairs are evenly arranged by forming the ferromagnetic metal nanowires close to each other. [Selection diagram] Fig. 3

Description

本発明は、強磁性金属ナノ構造体と二次元構造基材との新規な複合材、その複合材の新規な製造方法、及びそれを用いた新規な電極材料に関する。   The present invention relates to a novel composite material of a ferromagnetic metal nanostructure and a two-dimensional structure substrate, a novel production method of the composite material, and a novel electrode material using the composite material.

金属ナノ粒子、金属ナノワイヤーなどの金属ナノ構造体は、当該金属ナノ構造体を構成する金属の種類によっては、高い触媒活性を有するなど、バルク金属材料とは異なる物性を示す。したがって、金属ナノ構造体は、電子部品、光学部品、磁性材料などの材料として様々な工業分野での利用が期待されている。   Metal nanostructures such as metal nanoparticles and metal nanowires exhibit different physical properties from bulk metal materials, such as having high catalytic activity depending on the type of metal constituting the metal nanostructure. Therefore, the metal nanostructure is expected to be used in various industrial fields as a material such as an electronic component, an optical component, and a magnetic material.

ここで金属ナノロッド、金属ナノチューブを含む金属ナノワイヤーの製造方法としては、例えば、微小な孔を有する多孔性膜などのテンプレートの孔内で金属の電解析出を行ない、ロッド状またはチューブ状の金属ナノ構造体を成長させる方法が挙げられる(テンプレート法)。   Here, as a method for producing metal nanorods and metal nanowires including metal nanotubes, for example, metal electrodeposition is carried out in the pores of a template such as a porous film having fine pores, and rod-like or tube-like metal A method of growing nanostructures is exemplified (template method).

その他のより簡便な金属ナノワイヤーを製造する方法として、特許文献1は、強磁性金属を磁場中でナノワイヤー化させる方法が記載されており、また、これらナノワイヤーをシート状にして、二次電池用電極の材料として利用することも提案されている。この金属ナノワイヤーは、ワイヤー同士が絡まり合って不織布状である三次元構造を有し、これに電極活物質層を形成することによって、高容量、高サイクル特性、高レート特性を実現した電極が得られることを示している。   As another simpler method for producing metal nanowires, Patent Document 1 describes a method of forming a ferromagnetic metal into a nanowire in a magnetic field. Utilization as a material for battery electrodes has also been proposed. This metal nanowire has a three-dimensional structure in which the wires are entangled with each other in the form of a nonwoven fabric. By forming an electrode active material layer on the metal nanowire, an electrode that realizes high capacity, high cycle characteristics, and high rate characteristics can be obtained. It shows that it is obtained.

特開2011−58021号公報JP 2011-58021 A

しかしながら、上記の従来技術で得られた不織布状の金属ナノワイヤーは、ナノ粒子やナノワイヤーなどのナノ材料が示す大きな比表面積を有し、金属箔状の性質も有し、その上取扱いが容易であるという優れた特徴を持っている一方で、シート状に成形すると柔らかく、機械的強度、特に二次元膜方向の引張強度が不十分であるという欠点がある。そのため金属ナノワイヤーのシートは、ロールtoロール方式で連続して製造することが極めて難しく、また信頼性が低く、寿命にも問題がある。   However, the non-woven metal nanowires obtained by the above-mentioned conventional technology have a large specific surface area exhibited by nanomaterials such as nanoparticles and nanowires, and also have metal foil-like properties, and are easy to handle. On the other hand, it has the disadvantage that it is soft when molded into a sheet and has insufficient mechanical strength, particularly tensile strength in the two-dimensional film direction. Therefore, the metal nanowire sheet is extremely difficult to continuously produce in a roll-to-roll manner, has low reliability, and has a problem in life.

本発明は、その点を克服するために、金属箔や高分子膜などの基材と金属ナノワイヤーを複合化し、シートの二次元方向(基材の表面に対して平行方向)の引張り強さなどの機械強度が十分に高く、しかも取扱い、信頼性、そして寿命に優れた複合材を提供しようとするものである。   In order to overcome this problem, the present invention combines a substrate such as a metal foil or a polymer film with metal nanowires, and the tensile strength in the two-dimensional direction of the sheet (the direction parallel to the surface of the substrate). Therefore, it is intended to provide a composite material having a sufficiently high mechanical strength and excellent in handling, reliability, and life.

本発明は、磁場中での液相還元法による簡便な製造方法を用いて、基材(金属箔や高分子薄膜など)と金属ナノワイヤーとを複合化して、基材そのものの機械的強度及び物理的性質と、ナノ構造体の特徴である高比表面積に起因する特性とを併せ持つナノ複合材料を提供する。そして、それを二次電池電極材料として使用する可能性を提供するものである。   The present invention combines a substrate (metal foil, polymer thin film, etc.) and a metal nanowire using a simple manufacturing method by a liquid phase reduction method in a magnetic field, and the mechanical strength of the substrate itself and Provided is a nanocomposite material having both physical properties and characteristics resulting from a high specific surface area that is a feature of nanostructures. And the possibility of using it as a secondary battery electrode material is provided.

すなわち、本発明は、基材、及び前記基材上の強磁性金属メッキ層と、前記メッキ層から前記メッキ層に対して略垂直方向に形成された強磁性金属ナノワイヤーとからなる強磁性金属ナノ構造体を含む複合材を提供する。   That is, the present invention relates to a ferromagnetic metal comprising a base material, a ferromagnetic metal plating layer on the base material, and ferromagnetic metal nanowires formed substantially perpendicular to the plating layer from the plating layer. A composite comprising a nanostructure is provided.

また、強磁性金属のイオンと還元剤とを含む溶液と接触するように前記基材を配置する工程と、前記基材に対して、基材の厚み方向に磁場をかける工程と、磁場をかけた結果、前記基材上に前記強磁性金属メッキ層を形成させるとともに、前記強磁性金属メッキ層上に磁力線と同じ方向に強磁性金属ナノワイヤーを形成させる工程と、を含む複合材の製造方法を提供する。   A step of placing the substrate in contact with a solution containing ferromagnetic metal ions and a reducing agent; a step of applying a magnetic field in the thickness direction of the substrate to the substrate; As a result, forming the ferromagnetic metal plating layer on the base material, and forming a ferromagnetic metal nanowire in the same direction as the lines of magnetic force on the ferromagnetic metal plating layer. I will provide a.

本発明の一態様である強磁性金属ナノ構造体と二次元構造基材との複合材によれば、二次元構造基材上に基材面に対して垂直方向に緻密に配向したナノ構造体の存在により、複合材全体の比表面積を著しく高めることができると同時に、外部空間とナノ構造体内部との間に物理的な隔壁が存在しないため、外部空間とナノ構造体内部との間で物質の移動が容易となる。物質の移動の点では、二次元構造基材にメッシュ状や多数の貫通孔を有する基材を用いることにより、この移動をより容易にすることも可能となる。また、この複合材はナノ構造体と二次元構造基材とが垂直配向した構造であるため、二次元構造基材の選択により、ナノ構造体部の形状および柔軟性を維持したまま、複合材全体の強度と柔軟性を両立することが可能である。また、この複合材を電池電極に用いる場合には、熱・電気伝導性の高い二次元構造基材を選択することで、熱および電子の授受を促進することができる。   According to the composite material of the ferromagnetic metal nanostructure and the two-dimensional structure base material that is one aspect of the present invention, the nanostructure densely oriented in the direction perpendicular to the base material surface on the two-dimensional structure base material In addition, the specific surface area of the entire composite can be significantly increased, and at the same time, there is no physical partition between the external space and the nanostructure, so that there is no gap between the external space and the nanostructure. The movement of the substance becomes easy. In terms of the movement of substances, this movement can be made easier by using a two-dimensional structure base material having a mesh shape or a base material having a large number of through holes. In addition, since this composite material has a structure in which the nanostructure and the two-dimensional structure base material are vertically oriented, the composite material can be maintained while maintaining the shape and flexibility of the nanostructure part by selecting the two-dimensional structure base material. It is possible to achieve both the overall strength and flexibility. Moreover, when this composite material is used for a battery electrode, heat and electron transfer can be promoted by selecting a two-dimensional structure base material having high thermal and electrical conductivity.

図1は、実施例1の複合材の製造方法の概念図である。1 is a conceptual diagram of a method for manufacturing a composite material of Example 1. FIG. 図2は、実施例1で得られた複合材の外観写真である。FIG. 2 is an external view photograph of the composite material obtained in Example 1. 図3は、実施例1で得られた複合材のSEM写真(断面)である。FIG. 3 is an SEM photograph (cross section) of the composite material obtained in Example 1. 図4は、実施例1で得られた複合材のSEM写真(表面)である。4 is a SEM photograph (surface) of the composite material obtained in Example 1. FIG. 図5は、比較例1の複合材の製造方法の概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram of a method for manufacturing the composite material of Comparative Example 1. 図6は、比較例1で得られた複合材の外観写真である。FIG. 6 is an appearance photograph of the composite material obtained in Comparative Example 1. 図7は、比較例1で得られた複合材のSEM写真(断面)である。FIG. 7 is an SEM photograph (cross section) of the composite material obtained in Comparative Example 1.

[複合材の構造]
本明細書において、複合材とは、二つ以上のものを組み合わせた複合材料のことを意味し、本発明においては、基材と、強磁性金属ナノ構造体との組み合わせた複合材料のことを意味する。
[Structure of composite material]
In the present specification, the composite material means a composite material in which two or more materials are combined. In the present invention, a composite material in which a base material and a ferromagnetic metal nanostructure are combined is referred to. means.

本発明の複合材の構成要素である基材は、厚さが小さいシート状の形状(あるいは箔のような形状)を有する材料である。厚さは、通常10μm〜1mmであるが、ロールtoロール製法でもちぎれない程度の強度のある基材が好ましい。   The base material which is a constituent element of the composite material of the present invention is a material having a sheet-like shape (or a foil-like shape) with a small thickness. The thickness is usually 10 μm to 1 mm, but a base material having such a strength that it cannot be broken by a roll-to-roll manufacturing method is preferable.

基材には様々な材料を使用することができる。例えば、金属材料、金属酸化物材料、セラミックス、有機材料、高分子材料、紙よりなるシート、不織布シートなどが挙げられる。この中では、電気伝導性、強度の観点から金属材料が好ましい。なお、基材は、孔のない平板状であってもよいし、多孔体であってもよい。   Various materials can be used for the substrate. For example, a metal material, a metal oxide material, ceramics, an organic material, a polymer material, a sheet made of paper, a nonwoven fabric sheet, and the like can be given. In this, a metal material is preferable from a viewpoint of electrical conductivity and strength. In addition, the base material without a hole may be sufficient as a base material, and a porous body may be sufficient as it.

金属材料の具体例としては、アルミニウム、珪素、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミウム、インジウム、スズ、ハフニウム、タンタル、タングステン、オスミウム、イリジウム、白金、金、及びこれらから任意に複数選択された金属合金などが挙げられる。   Specific examples of the metal material include aluminum, silicon, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, germanium, yttrium, zirconium, niobium, molybdenum, ruthenium, rhodium, palladium, silver, Examples thereof include cadmium, indium, tin, hafnium, tantalum, tungsten, osmium, iridium, platinum, gold, and metal alloys arbitrarily selected from these.

金属酸化物材料は上記金属の酸化物及び複合酸化物が挙げられ、例えば、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化チタン、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化モリブデン、酸化コバルト、酸化ビスマス、酸化クロム、酸化ニッケル、酸化銅、酸化ハフニウム、酸化タングステン、モリブデン酸亜鉛、三酸化モリブデン、スズ酸亜鉛、酸化スズなどが挙げられる。   Examples of the metal oxide material include oxides and composite oxides of the above metals, such as aluminum oxide, iron oxide, titanium oxide, manganese oxide, zirconium oxide, zinc oxide, molybdenum oxide, cobalt oxide, bismuth oxide, chromium oxide, Examples thereof include nickel oxide, copper oxide, hafnium oxide, tungsten oxide, zinc molybdate, molybdenum trioxide, zinc stannate, and tin oxide.

有機材料としては、Alq3、NPD、CuPc、ペンタセン系などの半導体有機材料も使用できる。   As the organic material, semiconductor organic materials such as Alq3, NPD, CuPc, and pentacene can also be used.

高分子材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリーレート、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ポリイミドなどのうち1種、又は2種以上の共重合体若しくは混合物から構成される芳香族炭化水素系高分子が挙げられる。   Polymer materials include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polytrimethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate, polyether ether ketone, polyether ketone, polysulfone, polyether sulfone, polyphenylene sulfide, polyarylate, poly Aromatic hydrocarbon polymers composed of one or two or more copolymers or mixtures of ether imide, polystyrene, polyimide and the like can be mentioned.

また、オレフィン系高分子フィルムの非制限的な例としては、低密度又は高密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリメチルペンテンなどのうち1種又は2種以上の共重合体若しくは混合物から構成されるフィルムが挙げられる。   Non-limiting examples of olefin polymer films include one or more copolymers or mixtures of low density or high density polyethylene, ultrahigh molecular weight polyethylene, polypropylene, polybutene, polymethylpentene, and the like. The film comprised from these is mentioned.

また、フッ素系高分子フィルムの非制限的な例としては、ポリフッ化ビニリデン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体、及びこれらの混合物から構成されるフィルムが挙げられる。   Non-limiting examples of the fluorine polymer film include polyvinylidene fluoride, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-perfluoroethylene film. Examples include films composed of fluoroalkyl vinyl ether copolymers, polychlorotrifluoroethylene, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene-vinylidene fluoride copolymers, and mixtures thereof.

その他、ポリカーボネート、フェノール樹脂、メラミン樹脂、(メタ)クリレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂なども使用することができる。   In addition, polycarbonate, phenol resin, melamine resin, (meth) acrylate resin, unsaturated polyester resin, epoxy resin, polyurethane resin, and the like can also be used.

なお、本発明の基材の表面状態は特に限定されるものでない。基材の表面が完全に平滑でなくても、本発明の複合材を形成することができる。   In addition, the surface state of the base material of the present invention is not particularly limited. Even if the surface of the substrate is not completely smooth, the composite material of the present invention can be formed.

次に、強磁性金属ナノ構造体について説明する。強磁性金属ナノ構造体は、強磁性金属メッキ層と、前記メッキ層から前記メッキ層に対して略垂直方向に形成された強磁性金属ナノワイヤーとから構成される。   Next, the ferromagnetic metal nanostructure will be described. The ferromagnetic metal nanostructure includes a ferromagnetic metal plated layer and ferromagnetic metal nanowires formed in a direction substantially perpendicular to the plated layer from the plated layer.

強磁性金属メッキ層は、前記基材の表面に接触するように配置されている。強磁性金属メッキ層の厚さは、10μm〜100μm程度であるが、特に限定されず、用途によって変更することができる。   The ferromagnetic metal plating layer is disposed so as to contact the surface of the substrate. The thickness of the ferromagnetic metal plating layer is about 10 μm to 100 μm, but is not particularly limited and can be changed depending on the application.

強磁性金属メッキ層は、基材の上の一部のみ覆っている状態でもよいが、基材全体にわたって覆われている方が、材料の性能として優れているため好ましい。本発明によれば、強磁性金属メッキ層は、十分な強度で基材と結合しているため、複合材としての強度も高いものである。   Although the ferromagnetic metal plating layer may be in a state of covering only a part of the base material, it is preferable that the ferromagnetic metal plating layer is covered over the entire base material because of excellent material performance. According to the present invention, since the ferromagnetic metal plating layer is bonded to the base material with sufficient strength, the strength as a composite material is also high.

強磁性金属メッキ層の成分は、磁性を帯びる金属又は金属合金であれば特に限定されるものではない。成分としては、ニッケル、コバルト、鉄、及びそれらから任意に選択される少なくとも2種の金属合金を含む金属であることが好ましい。強磁性金属メッキ層は、強磁性金属以外の他の金属を含むことができる。強磁性金属メッキ層の成分中、他の金属成分の含有量は、好ましくは30%以下、より好ましくは10%以下、さらに好ましくは5%以下であり、他の金属成分を全く含まなくてもよい。   The component of the ferromagnetic metal plating layer is not particularly limited as long as it is a metal or metal alloy having magnetism. The component is preferably a metal including nickel, cobalt, iron, and at least two metal alloys arbitrarily selected from them. The ferromagnetic metal plating layer can contain other metals other than the ferromagnetic metal. Of the components of the ferromagnetic metal plating layer, the content of other metal components is preferably 30% or less, more preferably 10% or less, and even more preferably 5% or less. Good.

次に強磁性金属ナノワイヤーについて説明する。   Next, the ferromagnetic metal nanowire will be described.

強磁性金属ナノワイヤーは、強磁性金属メッキ層から突出しているファイバー状の形状を有する強磁性金属である。本明細書で使用される用語「ワイヤー」は、ロッドやファイバーなどの意味を含まれる。なお、ナノワイヤーと称する場合は、直径又は長さがナノスケールであるワイヤーを指すものとする。   The ferromagnetic metal nanowire is a ferromagnetic metal having a fiber shape protruding from the ferromagnetic metal plating layer. As used herein, the term “wire” includes meanings such as rods and fibers. In addition, when calling it a nanowire, the diameter or length shall point out the wire which is a nano scale.

強磁性金属ナノワイヤーの断面の形状は特に限定されず、通常円又は楕円である。直径(楕円の場合は、長径)は、通常10nm〜300nm、好ましくは50nm〜200nmである。強磁性金属ナノワイヤーの長さは、通常10μm〜800μm、好ましくは200μm〜500μmである。強磁性金属ナノワイヤーの断面は、強磁性金属メッキ層との境界部分から先端近くまでほぼ同じ面積にすることができる。   The shape of the cross section of the ferromagnetic metal nanowire is not particularly limited, and is usually a circle or an ellipse. The diameter (in the case of an ellipse, the major axis) is usually 10 nm to 300 nm, preferably 50 nm to 200 nm. The length of the ferromagnetic metal nanowire is usually 10 μm to 800 μm, preferably 200 μm to 500 μm. The cross section of the ferromagnetic metal nanowire can be made substantially the same area from the boundary portion with the ferromagnetic metal plating layer to the vicinity of the tip.

強磁性金属ナノワイヤーは、強磁性金属メッキ層から複数本突出しており、強磁性金属メッキ層上の一部又は全体にわたって存在する。   A plurality of ferromagnetic metal nanowires protrude from the ferromagnetic metal plating layer and exist over a part or the whole of the ferromagnetic metal plating layer.

強磁性金属ナノワイヤーの密度は、強磁性金属メッキ層1mmあたり、5万本〜10万本であるが、できるだけ密度が高い方が、高い導電性や高い比表面積の複合材が得られるため好ましい(例えば図3のような状態である)。 The density of the ferromagnetic metal nanowires is 50,000 to 100,000 per 1 mm 2 of the ferromagnetic metal plating layer, but the higher the density possible, the higher the conductivity and the higher specific surface area of the composite material can be obtained. Preferred (for example, the state as shown in FIG. 3).

強磁性金属ナノワイヤーの形状は、強磁性金属メッキ層から強磁性金属メッキ層に対して垂直方向に形成されるが、強磁性金属ナノワイヤーの長さが長い場合は、自重により強磁性金属ナノワイヤーが傾いてもよい。   The shape of the ferromagnetic metal nanowire is formed in a direction perpendicular to the ferromagnetic metal plated layer from the ferromagnetic metal plated layer. However, when the length of the ferromagnetic metal nanowire is long, the ferromagnetic metal nanowire is caused by its own weight. The wire may tilt.

強磁性金属ナノワイヤーは、基材から強磁性金属ナノワイヤーが発生し、先端にかけて密集して毛皮の毛のように一方向に揃っている状態であることが好ましい。これにより、複合材は互いのナノワイヤーで形成される3次元構造を維持しつつ、高い導電性や高い比表面積を有することができる。なお、本明細書において、このように一方向に揃った状態(例えば図3のような状態)のことを被毛状と称する。   The ferromagnetic metal nanowires are preferably in a state where the ferromagnetic metal nanowires are generated from the base material, are densely packed toward the tip, and are aligned in one direction like fur hair. Thereby, a composite material can have high electroconductivity and a high specific surface area, maintaining the three-dimensional structure formed with a mutual nanowire. In the present specification, the state aligned in one direction in this way (for example, the state as shown in FIG. 3) is referred to as a coat.

強磁性金属ナノワイヤーの成分は、強磁性金属メッキ層と同様に、磁性を帯びる金属又は金属合金であれば特に限定されるものではない。成分としては、ニッケル、コバルト、鉄、及びそれらから任意に選択される少なくとも2種の金属合金を含む、金属であることが好ましい。強磁性金属メッキ層は、強磁性金属以外の他の金属を含むことができる。強磁性金属メッキ層の成分中、他の金属成分の含有量は、好ましくは30%以下、より好ましくは、10%以下、さらに好ましくは5%以下であり、他の金属成分を全く含まないようにすることもできる。   The component of the ferromagnetic metal nanowire is not particularly limited as long as it is a metal or metal alloy having magnetism like the ferromagnetic metal plating layer. The component is preferably a metal including nickel, cobalt, iron, and at least two metal alloys arbitrarily selected from them. The ferromagnetic metal plating layer can contain other metals other than the ferromagnetic metal. Of the components of the ferromagnetic metal plating layer, the content of other metal components is preferably 30% or less, more preferably 10% or less, and even more preferably 5% or less, and does not contain any other metal components. It can also be.

強磁性金属メッキ層と、強磁性金属ナノワイヤーとは、同じ成分であっても、違う成分であってもよいが、製造の簡便性や導電性の観点から同じ成分であることが好ましい。   The ferromagnetic metal plating layer and the ferromagnetic metal nanowire may be the same component or different components, but are preferably the same component from the viewpoint of ease of production and conductivity.

以上、説明した本発明の複合材は、高い比表面積を有し、かつ基材の表面に対して平行な方向の引張強度が高い。このような複合材は、生産性が高く、二次電池の電極材料として使用することが期待される。   The composite material of the present invention described above has a high specific surface area and a high tensile strength in a direction parallel to the surface of the substrate. Such a composite material has high productivity and is expected to be used as an electrode material for a secondary battery.

[複合材の製造方法]
次に、本発明の複合材の製造方法について説明する。
[Production method of composite material]
Next, the manufacturing method of the composite material of this invention is demonstrated.

本発明の製造方法は、強磁性金属のイオンを還元させて、基材上に析出させる方法を採用する。   The production method of the present invention employs a method of reducing ferromagnetic metal ions and precipitating them on a substrate.

[磁石及び基材の配置]
強磁性金属を基材上に析出させるための反応槽に、基材を入れ、基材の厚み方向に磁場が印加できるように磁石を配置する。なお、磁場は基材の厚み方向に垂直な方向(基材の表面に対して平行な方向)にかけても、強磁性金属メッキ層及び強磁性金属ナノワイヤーは、均一に成長せず、基材上にワイヤーが全く成長できないところもできてしまうため、好ましくない。
[Arrangement of magnet and substrate]
The base material is placed in a reaction vessel for depositing the ferromagnetic metal on the base material, and a magnet is arranged so that a magnetic field can be applied in the thickness direction of the base material. Even when the magnetic field is applied in a direction perpendicular to the thickness direction of the base material (a direction parallel to the surface of the base material), the ferromagnetic metal plating layer and the ferromagnetic metal nanowire do not grow uniformly on the base material. However, it is not preferable because the wire cannot be grown at all.

磁石の種類は、板状磁石や電磁、超電導マグネットなどが利用でき、磁力は1mTから500mT好ましくは10mTから300mTである。   As the type of magnet, a plate magnet, electromagnetic, superconducting magnet or the like can be used, and the magnetic force is 1 mT to 500 mT, preferably 10 mT to 300 mT.

反応槽中に基材の厚み方向が上下方向に配置した場合は、磁石は反応槽の上下に設置する。磁石の位置は、反応槽に接するように配置してもよいし、一定距離を離した状態で配置してよい。   When the thickness direction of the substrate is arranged in the vertical direction in the reaction tank, the magnets are installed above and below the reaction tank. The position of the magnet may be arranged so as to be in contact with the reaction vessel, or may be arranged in a state where a certain distance is separated.

また、磁束密度を調整するため、上記磁石の他に棒磁石などを反応槽中に配置することもできる。   Moreover, in order to adjust a magnetic flux density, a bar magnet etc. other than the said magnet can also be arrange | positioned in a reaction tank.

[強磁性金属のイオン含有溶液の調製]
次に、強磁性金属のイオン含有水溶液を調製する。強磁性金属のイオンを含む溶液は、通常、0.001〜1mol/l程度の濃度である。濃度が上記範囲内である場合は、形成するワイヤーの長さがほぼ均一となるため、複合材のどの部分においても所定の特性を発揮させることができる。
[Preparation of ion-containing solution of ferromagnetic metal]
Next, an ion-containing aqueous solution of a ferromagnetic metal is prepared. The solution containing ferromagnetic metal ions usually has a concentration of about 0.001 to 1 mol / l. When the concentration is within the above range, the length of the wire to be formed is substantially uniform, so that the predetermined characteristics can be exhibited in any part of the composite material.

強磁性金属のイオンの原料としては、強磁性金属塩を使用することができ、例えば、金属酢酸塩、金属の塩化物、金属硫酸塩、金属硝酸塩などが挙げられる。例えば、これらの塩は、水和物であってもよく、無水物であってもよい。強磁性金属の金属塩としては、例えば、酢酸コバルト(II)四水和物、酢酸コバルト(II)無水物、硫酸コバルト(II)七水和物、硫酸コバルト(II)無水物、塩化コバルト(II)六水和物、塩化コバルト(II)無水物、硝酸コバルト(II)六水和物、硝酸コバルト(II)無水物、酢酸ニッケル(II)四水和物、酢酸ニッケル(II)無水物、塩化ニッケル(II)六水和物、塩化ニッケル(II)無水物、硫酸ニッケル(II)六水和物、硫酸ニッケル(II)無水物、硝酸ニッケル(II)六水和物、硝酸ニッケル(II)無水物、硫酸鉄(II)七水和物、硫酸鉄(II)無水物などが挙げられる。   Ferromagnetic metal ions can be used as the raw material of the ferromagnetic metal ions, and examples thereof include metal acetates, metal chlorides, metal sulfates, and metal nitrates. For example, these salts may be hydrates or anhydrides. Examples of the metal salt of the ferromagnetic metal include cobalt acetate (II) tetrahydrate, cobalt acetate (II) anhydride, cobalt sulfate (II) heptahydrate, cobalt sulfate (II) anhydride, cobalt chloride ( II) hexahydrate, cobalt chloride (II) anhydride, cobalt nitrate (II) hexahydrate, cobalt nitrate (II) anhydride, nickel acetate (II) tetrahydrate, nickel acetate (II) anhydride , Nickel chloride (II) hexahydrate, nickel chloride (II) anhydride, nickel sulfate (II) hexahydrate, nickel sulfate (II) anhydride, nickel nitrate (II) hexahydrate, nickel nitrate ( II) Anhydride, iron (II) sulfate heptahydrate, iron (II) sulfate anhydride and the like.

強磁性金属のイオン含有溶液の溶媒は、扱いやすさの観点で水が好ましいが、有機溶媒も使用することができる。   The solvent of the ferromagnetic metal ion-containing solution is preferably water from the viewpoint of ease of handling, but an organic solvent can also be used.

前記有機溶媒としては、特に限定されないが、例えば、炭素数1〜6のアルコール、炭素数2〜4のアルキレングリコール、炭素数3〜6のケトン、炭素数3〜6のアルキレングリコールアルキルエーテルなどが挙げられる。   The organic solvent is not particularly limited, and examples thereof include alcohols having 1 to 6 carbon atoms, alkylene glycols having 2 to 4 carbon atoms, ketones having 3 to 6 carbon atoms, and alkylene glycol alkyl ethers having 3 to 6 carbon atoms. Can be mentioned.

前記アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、プロピルアルコール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノールなどが挙げられる。前記アルキレングリコールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコールなどが挙げられる。前記アルキレングリコールアルキルエーテルとしては、例えば、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコールブチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテルなどが挙げられる。前記ケトンとしては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、エチルイソブチルケトン、メチルイソブチルケトンなどが挙げられる。   Examples of the alcohol include methanol, ethanol, isopropyl alcohol, propyl alcohol, butanol, pentanol, and hexanol. Examples of the alkylene glycol include ethylene glycol and propylene glycol. Examples of the alkylene glycol alkyl ether include ethylene glycol methyl ether, ethylene glycol mono-n-propyl ether, propylene glycol methyl ether, propylene glycol ethyl ether, propylene glycol butyl ether, and propylene glycol propyl ether. Examples of the ketone include acetone, methyl ethyl ketone, ethyl isobutyl ketone, and methyl isobutyl ketone.

これらの有機溶媒のなかでは、入手容易性や、液相中における金属粒子の分散性に優れる観点から、プロピレングリコールが好ましい。   Among these organic solvents, propylene glycol is preferable from the viewpoint of availability and excellent dispersibility of metal particles in the liquid phase.

本発明の製造方法は、強磁性金属のイオンを還元して析出させた強磁性金属からなるナノ粒子核を形成させ、強磁性金属ナノ構造体を生成する。この生成をより効率よく行なう観点から、強磁性金属のイオン含有溶液に前記強磁性金属のナノ粒子核を形成させるための核形成剤を加えることが好ましい。また、室温において、還元反応を促進する観点から、前記核形成剤は、前記還元を促進する触媒作用を有する金属を含むものであることが好ましい。   According to the production method of the present invention, a nanoparticle nucleus composed of a ferromagnetic metal formed by reducing and precipitating a ferromagnetic metal ion is formed to generate a ferromagnetic metal nanostructure. From the viewpoint of more efficiently performing this generation, it is preferable to add a nucleating agent for forming the ferromagnetic metal nanoparticle nuclei to the ferromagnetic metal ion-containing solution. From the viewpoint of promoting the reduction reaction at room temperature, the nucleating agent preferably contains a metal having a catalytic action for promoting the reduction.

前記核形成剤としては、特に限定されないが、例えば、塩化白金酸六水和物(H[PtCl]・6HO)、塩化鉛、硝酸銀などが挙げられる。これらのなかでは、還元反応を良好に進行させる観点から、塩化白金酸六水和物が好ましい。前記核形成剤は、ナノ粒子核を良好に形成させる観点から、例えば、強磁性金属よりもイオン化傾向が小さい金属を有するものより選択することが望ましい。 Examples of the nucleating agent is not particularly limited, for example, chloroplatinic acid hexahydrate (H 2 [PtCl 6] · 6H 2 O), lead chloride, silver nitrate and the like. Of these, chloroplatinic acid hexahydrate is preferred from the viewpoint of favorably proceeding the reduction reaction. From the viewpoint of satisfactorily forming nanoparticle nuclei, for example, the nucleating agent is preferably selected from those having a metal having a smaller ionization tendency than a ferromagnetic metal.

[還元剤の添加又は還元溶液の調製]
強磁性金属のイオンを還元し基材上に析出するため、強磁性金属のイオン含有溶液に、還元剤を加える。還元剤を加える際は、操作が容易である観点から、強磁性金属含有溶液とは別に還元剤を含む還元溶液を調製し、それを、強磁性金属のイオン含有溶液に添加することが好ましい。
[Addition of reducing agent or preparation of reducing solution]
In order to reduce the ferromagnetic metal ions and deposit them on the substrate, a reducing agent is added to the ferromagnetic metal ion-containing solution. When adding the reducing agent, it is preferable to prepare a reducing solution containing the reducing agent separately from the ferromagnetic metal-containing solution and add it to the ferromagnetic metal ion-containing solution from the viewpoint of easy operation.

還元剤としては、ヒドラジン類、次亜リン酸、水素化ホウ素およびそれらの塩、ジメチルアミンボラン(DMAB)などが挙げられる。金属の強磁性の特性を維持し、強磁場印加の効果を十分に発揮させ、かつ高純度の強磁性金属ナノ構造体を得ることができる観点から、好ましくはヒドラジン類である。   Examples of the reducing agent include hydrazines, hypophosphorous acid, borohydride and salts thereof, dimethylamine borane (DMAB), and the like. From the viewpoints of maintaining the ferromagnetic properties of the metal, sufficiently exhibiting the effect of applying a strong magnetic field, and obtaining a highly pure ferromagnetic metal nanostructure, hydrazines are preferred.

前記溶液中における還元剤の濃度は、還元反応を良好に行なう観点から、前記溶液中における強磁性金属のイオンの濃度の10倍程度とすることが望ましい。   The concentration of the reducing agent in the solution is preferably about 10 times the concentration of ferromagnetic metal ions in the solution from the viewpoint of good reduction reaction.

前記溶液のpHは、溶媒にpH調整剤を加えることにより調整することができる。かかるpHは、還元反応を良好に進行させる観点から、好ましくは10〜13である。   The pH of the solution can be adjusted by adding a pH adjuster to the solvent. Such pH is preferably 10 to 13 from the viewpoint of favorably proceeding the reduction reaction.

前記pH調整剤としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられる。液相中における前記pH調整剤の濃度は、適切な大きさの金属ナノ構造体を得る観点から、好ましくは0.1mol/l〜1mol/lである。   Examples of the pH adjuster include sodium hydroxide and potassium hydroxide. The concentration of the pH adjusting agent in the liquid phase is preferably 0.1 mol / l to 1 mol / l from the viewpoint of obtaining a metal nanostructure having an appropriate size.

なお、強磁性金属のイオン含有溶液、又は還元溶液には、分散剤又は添加剤を適宜加えることができる。   In addition, a dispersing agent or an additive can be appropriately added to the ferromagnetic metal ion-containing solution or the reducing solution.

[反応]
次に、配置した反応槽中で磁場をかけながら、調製した強磁性金属のイオン含有溶液と、還元剤(場合によっては還元溶液)とを混合させ、反応させる。反応は、反応速度を高めるため室温よりも高い温度であることが好ましく、例えば、40〜100℃、より好ましくは50〜90℃で行う。
[reaction]
Next, while applying a magnetic field in the arranged reaction vessel, the prepared ferromagnetic metal ion-containing solution and a reducing agent (in some cases, a reducing solution) are mixed and reacted. The reaction is preferably performed at a temperature higher than room temperature in order to increase the reaction rate, for example, 40 to 100 ° C, more preferably 50 to 90 ° C.

反応は1時間程度行う。反応終了後、基材を取り出し、イオン交換水及びエタノールで洗浄する。   The reaction is carried out for about 1 hour. After completion of the reaction, the substrate is taken out and washed with ion exchange water and ethanol.

このような反応を行うことによって、基材上の一部又は全体にわたって、強磁性金属のメッキ層及び前記メッキ層から垂直に突出した強磁性金属ナノワイヤーが形成される。強磁性金属のナノワイヤーは、磁場の作用により磁場方向に沿って配列するなどの自己組織化が生じさせることができる。これにより、ナノ構造を形成させることができる。   By performing such a reaction, a ferromagnetic metal plating layer and a ferromagnetic metal nanowire protruding perpendicularly from the plating layer are formed over a part or the whole of the substrate. Ferromagnetic metal nanowires can cause self-organization such as alignment along the magnetic field direction by the action of a magnetic field. Thereby, a nanostructure can be formed.

得られる複合材は、基材に対して垂直に無数のワイヤーが成長し、極めて高い比表面積を有する強磁性金属を有する。この高い比表面積を利用して、本発明の複合材を燃料電池の電極の材料として利用することが期待される。   The resulting composite material has a ferromagnetic metal with an infinite number of wires growing perpendicular to the substrate and having a very high specific surface area. By utilizing this high specific surface area, it is expected that the composite material of the present invention is used as a material for an electrode of a fuel cell.

以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、これらの実施例は、本発明を好適に説明するための例示に過ぎず、なんら本発明を限定するものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, these Examples are only the illustrations for demonstrating this invention suitably, and do not limit this invention at all.

実施例、比較例において、ワイヤーの状態を確認するために、SEM画像を用いて確認した。SEMは、日本電子製のFE−SEM(SM−Z11040TTV)を使用した。   In Examples and Comparative Examples, confirmation was made using SEM images in order to confirm the state of the wires. SEM used was FE-SEM (SM-Z11040TTV) manufactured by JEOL.

[実施例1]
厚み方向に磁化された磁束密度が約30mTの板状磁石上に反応槽を設置し、基材面に対して垂直方向の磁場が印加されるように前記反応槽の底面に二次元構造の基材である厚みが30μmの銅箔基材を設置した(図1)。続いて前記反応槽内で塩化Ni(II)6水和物(1.9008g)とクエン酸3Na・2水和物(0.8821g)とH[PtCl]・6HO(0.0540M)水溶液(0.2956g)を含む苛性ソーダによりpH12.5で80℃に調整した混合水溶液(80g)と、ヒドラジン・1水和物(4g)を含む苛性ソーダによりpH12.5で80℃に調整した水溶液(84g)とを混合し、80℃で1時間反応させ、銅箔と、銅箔上に形成されたNiメッキ層と、Niメッキ層から垂直に形成したNiナノワイヤーとを含む複合化した金属ナノ構造複合箔を得た。複合箔は続いて、イオン交換水、およびエタノールで洗浄し、乾燥により溶剤を除去した。
[Example 1]
A reaction vessel is installed on a plate magnet having a magnetic flux density of about 30 mT magnetized in the thickness direction, and a two-dimensional structure base is formed on the bottom surface of the reaction vessel so that a magnetic field perpendicular to the substrate surface is applied. A copper foil base material having a thickness of 30 μm was installed (FIG. 1). Subsequently, Ni (II) chloride hexahydrate (1.9008 g), 3Na citrate dihydrate (0.8821 g), and H 2 [PtCl 6 ] .6H 2 O (0.0540M) in the reaction vessel. ) Mixed aqueous solution (80 g) adjusted to 80 ° C. with caustic soda containing aqueous solution (0.2956 g) and aqueous solution adjusted to 80 ° C. with caustic soda containing hydrazine monohydrate (4 g) (84 g) was mixed and reacted at 80 ° C. for 1 hour, and a composite metal containing copper foil, Ni plating layer formed on the copper foil, and Ni nanowires formed vertically from the Ni plating layer A nanostructured composite foil was obtained. The composite foil was subsequently washed with ion exchanged water and ethanol, and the solvent was removed by drying.

得られた金属ナノ構造複合箔の外観写真(図2)、SEM画像(図3、図4)を以下に示す。銅箔とNiナノワイヤーとが、Niめっき層を介して結合している様子が観測された。また、Niナノワイヤー同士が密集して、毛足が一方向に並んだ被毛状になっていることが確認された。   The appearance photograph (FIG. 2) and SEM images (FIGS. 3 and 4) of the obtained metal nanostructure composite foil are shown below. It was observed that the copper foil and the Ni nanowire were bonded via the Ni plating layer. Moreover, it was confirmed that Ni nanowires are densely packed and hairs are in a hair-like shape in which the hairs are aligned in one direction.

[比較例1]
厚み方向に磁化された磁束密度が約200mTの対向する2枚の板状磁石の間に反応槽を設置し、基材面に対して略平行方向の磁場が印加されるように前記反応槽の上面に二次元構造基材である厚みが30μmの銅箔基材を設置した(図5)。続いて実施例1と同様に前記反応槽内で塩化Ni(II)6水和物(1.9001g)とクエン酸3Na・2水和物(0.8817g)とH[PtCl]・6HO(0.0540M)水溶液(0.2948g)を含む苛性ソーダによりpH12.5で80℃に調整した混合水溶液(80g)と、ヒドラジン・1水和物(4g)を含む苛性ソーダによりpH12.5で80℃に調整した水溶液(84g)とを混合し、80℃で1時間反応させ、表面がNiめっきされた上記設置銅箔と、その周囲を覆う不織布状のNiナノワイヤーとの複合物を得た。複合物は続いてイオン交換水、およびエタノールで洗浄し、乾燥により溶剤を除去した。
[Comparative Example 1]
A reaction vessel is installed between two opposing plate magnets having a magnetic flux density of about 200 mT magnetized in the thickness direction, and a magnetic field in a direction substantially parallel to the substrate surface is applied. A copper foil base material having a thickness of 30 μm, which is a two-dimensional structure base material, was placed on the upper surface (FIG. 5). Subsequently, in the same reaction vessel as in Example 1, Ni (II) chloride hexahydrate (1.9001 g), 3Na citrate dihydrate (0.8817 g), and H 2 [PtCl 6 ] · 6H A mixed aqueous solution (80 g) adjusted to 80 ° C. at pH 12.5 with caustic soda containing 2 O (0.0540 M) aqueous solution (0.2948 g) and caustic soda containing hydrazine monohydrate (4 g) at pH 12.5 An aqueous solution (84 g) adjusted to 80 ° C. is mixed and reacted at 80 ° C. for 1 hour to obtain a composite of the above-mentioned installation copper foil whose surface is Ni-plated and a non-woven Ni nanowire covering the periphery. It was. The composite was subsequently washed with ion exchanged water and ethanol, and the solvent was removed by drying.

得られた複合物の外観写真(図6)とSEM画像(図7)を以下に示すが、銅箔上に一部不織布状のNiが形成されたが、基材の多くの部分でNiメッキ層とNiナノワイヤーの結合が確認できないものであった。   An appearance photograph (FIG. 6) and an SEM image (FIG. 7) of the obtained composite are shown below. A part of the nonwoven fabric Ni was formed on the copper foil. The bond between the layer and the Ni nanowire could not be confirmed.

実施例1の複合箔の表面方向の引張強度(JIS Z2240に基づく試験)を確認したが、従来のナノワイヤーのみ材料が5N/mm以下であったのに比べて、実施例1の複合材は約350N/mmの極めて高い強度を有していることも確認できた。 Although the tensile strength (test based on JIS Z2240) of the surface direction of the composite foil of Example 1 was confirmed, the composite material of Example 1 was compared with the conventional nanowire only in which the material was 5 N / mm 2 or less. Has also been confirmed to have a very high strength of about 350 N / mm 2 .

[効果]
以下、各構成の効果について列挙する。
[1]基材、及び前記基材上の強磁性金属メッキ層と、前記メッキ層から前記メッキ層に対して略垂直方向に形成された強磁性金属ナノワイヤーとからなる強磁性金属ナノ構造体、を含む複合材は、従来の金属ナノワイヤーのシートに比べて、高い比表面積である上、引張強度が高く、ロールtoロール法によるシート形成も期待できるものである。また、強磁性金属メッキ層は、十分な強さで基材と融着しているため、複合材が分解する恐れも少ない。
[2]前記強磁性金属ナノワイヤー同士が密集して、毛足が一方向に並んだ被毛状になっている場合は、互いのナノワイヤーで形成される3次元構造を維持しつつ、高い電気伝導性及び高い比表面積を有する複合材となる。
[3]前記強磁性金属メッキ層と、前記強磁性金属ナノワイヤーとが同じ成分である場合には、複合材の製造が容易となり、強磁性金属メッキ層と、強磁性金属ナノワイヤーとの接続が強固である。
[4]前記強磁性金属ナノワイヤーが、ニッケル、コバルト、鉄、及びそれらの合金からなる群から選択される少なくとも一種である場合は、電極材料として極めて有効である。
[5]前記基材が金属であれば、導電性が高く電極材料として有用である。
[6]前記基材が、銅箔であれば、導電性が高く、極めて電極材料に適しており、さらに、引っ張り強度も高いため、生産性が高く、取扱いが容易である。
[7]前記複合材を、電極材料として使用している二次電池は、前記複合材が高い生産性で製造できるため、コストメリットのある二次電池となる。
[8]強磁性金属のイオンと還元剤とを含む溶液と接触するように基材を配置する工程と、前記基材に対して、基材の厚み方向に磁場をかける工程と、磁場をかけた結果、前記基材上に強磁性金属メッキ層を形成させるとともに、前記強磁性金属メッキ層上に磁力線と同じ方向に強磁性金属ナノワイヤーを形成させる工程と、を含む複合材の製造方法であれば、容易に本発明の複合材を製造することができ、しかも、当該複合材は、高い引張強度を有する。本発明の製造方法によれば、基材上に均一に、強磁性金属メッキ層及び強磁性金属ナノワイヤーを形成できる。
[9]前記還元剤がヒドラジン類であれば、還元反応が容易に進み、強磁性金属の析出速度が速い。
[10]前記方法において、前記強磁性金属のイオンが、ニッケル、コバルト、鉄からなる群から選択される少なくとも一種の金属のイオンである場合は、いずれも強い磁性金属であるため、本製造方法で容易に金属ナノワイヤーを製造できる。
[11]前記方法において、前記基材が銅箔である場合は、安定な基材であるため取扱いが容易である上、導電性が高く、電極材料に極めて適している。
[effect]
The effects of each configuration are listed below.
[1] A ferromagnetic metal nanostructure comprising a base material, a ferromagnetic metal plating layer on the base material, and a ferromagnetic metal nanowire formed in a direction substantially perpendicular to the plating layer from the plating layer The composite material containing, has a high specific surface area as compared with a conventional metal nanowire sheet, has a high tensile strength, and can be expected to form a sheet by a roll-to-roll method. Further, since the ferromagnetic metal plating layer is fused with the base material with sufficient strength, there is little risk of the composite material being decomposed.
[2] When the ferromagnetic metal nanowires are densely packed and the hairs are in a hair-like shape arranged in one direction, the three-dimensional structure formed by the nanowires is maintained and high. The composite material has electrical conductivity and a high specific surface area.
[3] When the ferromagnetic metal plating layer and the ferromagnetic metal nanowire are the same component, the manufacture of the composite material is facilitated, and the connection between the ferromagnetic metal plating layer and the ferromagnetic metal nanowire is facilitated. Is strong.
[4] When the ferromagnetic metal nanowire is at least one selected from the group consisting of nickel, cobalt, iron, and alloys thereof, it is extremely effective as an electrode material.
[5] If the substrate is a metal, it has high conductivity and is useful as an electrode material.
[6] If the base material is a copper foil, it has high conductivity, is extremely suitable as an electrode material, and also has high tensile strength, so that productivity is high and handling is easy.
[7] A secondary battery using the composite material as an electrode material is a secondary battery with cost merit because the composite material can be manufactured with high productivity.
[8] A step of disposing a base material so as to come into contact with a solution containing ions of a ferromagnetic metal and a reducing agent, a step of applying a magnetic field in the thickness direction of the base material to the base material, and applying a magnetic field As a result, forming a ferromagnetic metal plating layer on the substrate and forming a ferromagnetic metal nanowire on the ferromagnetic metal plating layer in the same direction as the lines of magnetic force. If it exists, the composite material of this invention can be manufactured easily, and the said composite material has high tensile strength. According to the production method of the present invention, the ferromagnetic metal plating layer and the ferromagnetic metal nanowire can be uniformly formed on the substrate.
[9] If the reducing agent is hydrazines, the reduction reaction proceeds easily and the deposition rate of the ferromagnetic metal is fast.
[10] In this method, when the ferromagnetic metal ions are ions of at least one metal selected from the group consisting of nickel, cobalt, and iron, all of them are strong magnetic metals. Can easily produce metal nanowires.
[11] In the above method, when the base material is a copper foil, the base material is a stable base material, so that it is easy to handle and has high conductivity and is extremely suitable as an electrode material.

本発明の複合材は、上記性質を利用して、電極材料として、さらには、触媒、電池セル、フィルター、膜材料、吸収・吸着剤、ナノ複合材料、透明導電膜用材料、接着剤用フィラー、導電性ペースト、プリンタブルエレクトロニクス材料、電子部品、配線材料、MEMS構成材料、センサー材料、被覆材料、バイオ・メディカルデバイス材料、放熱・熱交換材料、光・電気・磁気応答材料、反射防止材料、エミッタ、磁性付与材、磁性シート、吸音材、水素吸蔵材料、電子素子用材料、電磁波遮蔽材にも利用できる。   The composite material of the present invention utilizes the above properties, and as an electrode material, further, a catalyst, a battery cell, a filter, a film material, an absorbent / adsorbent, a nanocomposite material, a transparent conductive film material, and an adhesive filler , Conductive paste, printable electronics materials, electronic components, wiring materials, MEMS component materials, sensor materials, coating materials, bio / medical device materials, heat dissipation / heat exchange materials, photo / electric / magnetic response materials, antireflection materials, emitters It can also be used for magnetism imparting materials, magnetic sheets, sound absorbing materials, hydrogen storage materials, electronic device materials, and electromagnetic wave shielding materials.

Claims (11)

基材、及び
前記基材上の強磁性金属メッキ層と、前記メッキ層から前記メッキ層に対して略垂直方向に形成された強磁性金属ナノワイヤーとからなる強磁性金属ナノ構造体、を含む複合材。
A ferromagnetic metal nanostructure comprising a base material, and a ferromagnetic metal plating layer on the base material, and a ferromagnetic metal nanowire formed in a direction substantially perpendicular to the plating layer from the plating layer. Composite material.
前記強磁性金属ナノワイヤーが互いに密集して形成することによって、前記強磁性金属ナノ構造体が、毛足が揃った被毛状になっている、請求項1に記載の複合材。   The composite material according to claim 1, wherein the ferromagnetic metal nanowires are formed so as to be densely packed with each other, whereby the ferromagnetic metal nanostructure has a hair-like shape in which hairs are aligned. 前記強磁性金属メッキ層と、前記強磁性金属ナノワイヤーとが同じ成分である、請求項1に記載の複合材。   The composite material according to claim 1, wherein the ferromagnetic metal plating layer and the ferromagnetic metal nanowire are the same component. 前記強磁性金属ナノワイヤーが、ニッケル、コバルト、鉄、及びそれらの合金からなる群から選択される少なくとも一種である、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の複合材。   The composite material according to any one of claims 1 to 3, wherein the ferromagnetic metal nanowire is at least one selected from the group consisting of nickel, cobalt, iron, and alloys thereof. 前記基材が、金属である、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の複合材。   The composite material according to claim 1, wherein the base material is a metal. 前記基材が、銅箔である、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の複合材。   The composite material according to claim 1, wherein the base material is a copper foil. 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の複合材を、電極材料として使用している二次電池。   The secondary battery which uses the composite material as described in any one of Claims 1 thru | or 6 as an electrode material. 強磁性金属のイオンと還元剤とを含む溶液と接触するように基材を配置する工程と、
前記基材に対して、基材の厚み方向に磁場をかける工程と、
磁場をかけた結果、前記基材上に前記強磁性金属メッキ層を形成させるとともに、強磁性金属メッキ層から磁力線と同じ方向に強磁性金属ナノワイヤーを形成させる工程と、を含む複合材の製造方法。
Placing the substrate in contact with a solution containing ferromagnetic metal ions and a reducing agent;
Applying a magnetic field in the thickness direction of the base material to the base material;
Forming a ferromagnetic metal plating layer on the substrate as a result of applying a magnetic field, and forming a ferromagnetic metal nanowire from the ferromagnetic metal plating layer in the same direction as the lines of magnetic force. Method.
前記還元剤がヒドラジン類である、請求項8に記載の方法。   The method according to claim 8, wherein the reducing agent is hydrazines. 前記強磁性金属のイオンが、ニッケル、コバルト、鉄からなる群から選択される少なくとも一種の金属のイオンである、請求項8又は9に記載の方法。   The method according to claim 8 or 9, wherein the ferromagnetic metal ions are ions of at least one metal selected from the group consisting of nickel, cobalt, and iron. 前記基材が、銅箔である請求項8乃至10のいずれか一項に記載の方法。
The method according to claim 8, wherein the substrate is a copper foil.
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