JP2001279305A

JP2001279305A - 鉄系ナノメートルスケール針状体およびその製造方法

Info

Publication number: JP2001279305A
Application number: JP2000093848A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Nishino; 仁西野; Haruyuki Nakaoka; 春雪中岡; Ryoichi Nishida; 亮一西田; Noboru Kawase; 昇川瀬; Takeo Matsui; 丈雄松井
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2001-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】樹脂成形品用の導電性材料、触媒および磁性
材料等として有用な、新規な鉄系材料を提供する。【解決手段】鉄系ナノメートルスケール針状体は、鉄
化合物、例えば２価の鉄の化合物を気相において還元す
ることにより製造され得るものである。この針状体は、
実質的に鉄元素からなる、太さが１，０００ｎｍ未満、
好ましくは１００ｎｍ以下であって、好ましくはアスペ
クト比が少なくとも５の極細のものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、針状体、特に、ナ
ノメートルスケールの鉄系針状体に関する。

【０００２】

【従来の技術とその課題】ＩＣトレーをはじめとする各
種の電子部品用途に用いられる樹脂成形品は、帯電に起
因する放電が電子部品を破損してしまうのを防止するた
めに、帯電防止材により導電性を付与されている場合が
多い。ここで用いられる帯電防止材は、例えば炭素繊維
や鉄粉などの導電性材料であり、樹脂成形品中において
互いに接触し合うことにより導電性の通路を形成し、樹
脂成形品に対して導電性を付与している。従って、導電
性材料は、樹脂成形品中において互いに有効に接触し合
える程度の十分な量が含まれていない限り、樹脂成形品
に導電性を付与するのは困難である。

【０００３】ところが、樹脂成形品は、多量の導電性材
料を含む場合、強度等の各種特性が損なわれる場合があ
る。また、多量の導電性材料を含む樹脂成形品は、全体
に導電性材料の色彩が強く反映され易く、着色材等を用
いて所望の色彩を自由に付与するのは困難な場合が多
い。例えば、黒色の炭素繊維を多く含む樹脂成形品は、
炭素繊維による特有の黒色を呈することになるため、着
色材を同時に含んでいても、当該着色材の色彩は反映さ
れにくい。このため、樹脂成形品の技術分野において
は、少量の添加で効果的に導電性を付与することができ
る導電性材料が求められている。

【０００４】本発明の目的は、例えば樹脂成形品用の導
電性材料等として有用な、新規な鉄系材料を実現するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の鉄系ナノメート
ルスケール針状体は、実質的に鉄元素からなる針状体で
あって、太さが１，０００ｎｍ未満である。この鉄系ナ
ノメートルスケール針状体は、好ましくは、太さが１０
０ｎｍ以下である。また、この鉄系ナノメートルスケー
ル針状体は、例えば、アスペクト比が少なくとも５であ
る。さらに、この鉄系ナノメートルスケール針状体は、
例えば、実質的に直線状である。さらに、この鉄系ナノ
メートルスケール針状体は、例えば、鉄元素以外の異種
金属元素を含有している。ここで、異種金属元素は、例
えば、クロムおよびニッケルのうちの少なくとも１種で
ある。

【０００６】本発明に係る鉄系ナノメートルスケール針
状体の製造方法は、鉄化合物を気相において還元する工
程を含んでいる。ここで、鉄化合物は、例えば２価の鉄
の化合物であり、この２価の鉄の化合物は、例えば、２
価の鉄のハロゲン化物および２価の鉄を要素とする有機
金属化合物からなる群から選択された少なくとも１種で
ある。また、この製造方法において、気相は、例えば還
元剤を含んでいる。ここで用いられる還元剤は、例えば
水素である。さらに、この製造方法では、通常、気相の
温度を２００〜１，５００℃に設定している。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の鉄系ナノメートルスケー
ル針状体は、実質的に鉄元素からなる新規な針状の極細
材料であり、鉄化合物を気相において還元することによ
り製造され得る。

【０００８】本発明の鉄系ナノメートルスケール針状体
を製造する場合に用いられる鉄化合物は、公知の各種の
鉄化合物であって特に限定されるものではないが、例え
ば、塩化鉄（ＦｅＣｌ₂）や塩化鉄４水和物（ＦｅＣｌ₂
・４Ｈ₂Ｏ）等の２価の鉄のハロゲン化物、フェロセ
ン，鉄アセチルアセトナート，鉄ベンゾイルアセトナー
ト，鉄ペンタカルボニルおよびジクロロペンタジエニル
鉄等の鉄を要素とする有機金属化合物、硫酸鉄並びに酸
化鉄を挙げることができる。このうち、２価の鉄のハロ
ゲン化物、及びフェロセン等の２価の鉄を要素とする有
機金属化合物等の、２価の鉄の化合物を用いるのが好ま
しい。このような鉄化合物は、それぞれ単独で用いられ
てもよいし、２種以上のものが併用されてもよい。

【０００９】上述の鉄化合物を気相で還元する場合に
は、通常、加熱炉中において鉄化合物を気化させ、当該
気化された鉄化合物を還元性雰囲気下で熱処理する。こ
の際、気相の温度、すなわち、加熱炉内の温度は、通
常、２００〜１，５００℃に設定するのが好ましく、４
００〜８００℃に設定するのがより好ましく、５００〜
６００℃に設定するのがさらに好ましい。この温度が２
００℃未満の場合は、目的とする鉄系ナノメートルスケ
ール針状体が得られにくい場合がある。逆に、１，５０
０℃を超えると、本発明の鉄系ナノメートルスケール針
状体の製造コストが高まり、不経済である。

【００１０】また、熱処理時間、即ち鉄化合物の還元に
要する時間は、使用する鉄化合物の種類や量などにより
異なるため、特に限定されるものではないが、通常、１
〜１，０００分程度に設定するのが好ましく、５〜１２
０分程度に設定するのがより好ましい。

【００１１】なお、加熱炉内は、還元性雰囲気に設定さ
れる前の状態において、真空状態（脱気状態）または窒
素やヘリウム等の不活性ガスを導入した不活性状態に設
定されているのが好ましい。加熱炉内がこのように設定
されていない場合、鉄化合物が気相で還元される前に例
えば酸化等の作用を受けることになるため、目的とする
鉄系ナノメートルスケール針状体が得られない可能性が
ある。

【００１２】加熱炉内を還元性雰囲気に設定するために
は、通常、還元剤を用いるのが好ましい。本発明におい
て利用する還元剤としては、水素が好ましい。

【００１３】なお、上述の還元剤は、鉄化合物と共に当
初から加熱炉内に導入されていてもよいし、加熱炉内の
温度を高めるに従って加熱炉内に徐々に導入してもよ
い。還元剤の使用量は、鉄化合物を十分に還元できる程
度に設定されていれば、特に限定されるものではない。

【００１４】本発明の鉄系ナノメートルスケール針状体
は、通常、加熱炉の内壁面等に付着した状態で得られ
る。

【００１５】上述のような製造方法により得られる本発
明の鉄系ナノメートルスケール針状体は、実質的に鉄元
素からなり、通常、円柱状、楕円柱状、三角柱状、四角
柱状または多角柱状等の形状であって極細の針状物、即
ち、太さがナノメートルスケールの針状物である。より
具体的には、太さが１，０００ｎｍ未満、好ましくは１
００ｎｍ以下の針状物である。ここで、“太さ”とは、
針状物が円柱状の場合は直径を、楕円柱状の場合は長径
を、多角柱等の角柱状の場合は最長の対角距離をそれぞ
れ意味している。換言すると、ここでの“太さ”とは、
針状物の長さ方向に対して垂直な面における最大幅を意
味している。

【００１６】また、本発明の鉄系ナノメートルスケール
針状体は、通常、実質的に直線状のものであり、また、
通常、アスペクト比（長さ／太さ）が少なくとも５、好
ましくは少なくとも１０である。

【００１７】なお、本発明の鉄系ナノメートルスケール
針状体は、上述の通り、実質的に鉄元素からなるもので
あるが、鉄元素以外の異種金属元素を微量に含んでいて
もよい。また、この異種金属元素は、鉄元素と共に化合
物を形成していてもよい。異種金属元素は、特に限定さ
れるものではないが、例えばクロムまたはニッケルを挙
げることができる。鉄系ナノメートルスケール針状体に
は、複数種類の異種金属元素、例えばクロムとニッケル
とが同時に含まれていてもよい。

【００１８】このような微量の異種金属元素を含む鉄系
ナノメートルスケール針状体は、例えば、上述の製造方
法において、上述の鉄化合物と共に、微量の異種金属化
合物、例えばクロム化合物やニッケル化合物を同時に気
相において還元すると得られる。ここで用いられる異種
金属化合物は、例えば、上述の異種金属元素のハロゲン
化物や有機金属化合物などである。因みに、上述の製造
方法において用いる加熱炉が金属製（例えばステンレス
製）のものである場合、当該加熱炉を構成する金属のコ
ンタミネーションに起因して、微量の異種金属元素を含
む鉄系ナノメートルスケール針状体が生成する場合もあ
る。

【００１９】因みに、本発明の鉄系ナノメートルスケー
ル針状体は、上述の通り実質的に鉄元素からなるため、
微量の異種金属元素を含む場合であっても、磁石に吸着
され得る。

【００２０】本発明の鉄系ナノメートルスケール針状体
は、各種の技術分野において有効に利用することができ
る。

【００２１】例えば、本発明の鉄系ナノメートルスケー
ル針状体は、樹脂成形体に対して導電性を付与するため
の導電性材料として利用することができる。この場合
は、樹脂材料に対して本発明の針状体を添加して成形材
料を調製する。そして、当該成形材料を所望の形状に成
形すると、導電性を有する樹脂成形体が得られる。ここ
で、本発明の針状体は、これまでにない極細の針状体で
あるため、樹脂材料に対して少量添加しただけでも、樹
脂材料中で相互に点接触する確率が高まることになる。
したがって、本発明の針状体は、樹脂材料に対する添加
量を抑制しながら（即ち、少量に設定しつつ）、樹脂成
形体に対して効果的な導電性を付与することができる。
また、本発明の針状体は、樹脂材料に対して少量添加す
るだけで十分に樹脂成形体の導電性を高め得るため、そ
の色彩は樹脂成形体に反映されにくい。したがって、本
発明の針状体を各種の着色材と共に樹脂材料に添加すれ
ば、これまでの導電性材料では達成が困難であった樹脂
成形体、即ち、所要の導電性を示し、しかも所望の色彩
に着色された樹脂成形体を実現することができる。

【００２２】また、本発明の鉄系ナノメートルスケール
針状体は、実質的に鉄元素からなるために従来の鉄系材
料と同じく各種の触媒として利用可能であるが、極細の
針状体である点において特徴的であるため、粉状等の鉄
系触媒に比べて高い触媒活性を発揮し得る。このため、
例えば、各種の有機合成反応用の触媒として本発明の針
状体を用いると、目的とする化合物を高収率で得ること
ができるものと考えられる。特に、本発明の針状体は、
メタンから水素ガスを製造するためのシフト反応用の触
媒として用いられた場合、効率的に水素ガスを製造する
ことができる点で有利である。

【００２３】さらに、本発明の鉄系ナノメートルスケー
ル針状体は、実質的に鉄元素からなるため、従来の鉄系
材料と同じく磁気記録媒体用の磁性材料としての用途も
期待することができる。因みに、本発明の針状体は、極
細の針状体である点において特徴的であり、そのような
特徴のため異方性が大きいので、鉄粉等の従来の磁性材
料に比べて記録性能の高い磁気記録媒体を実現する上で
有用と考えられる。

【００２４】なお、上述の各種の利用方法は、単なる例
示であり、本発明の鉄系ナノメートルスケール針状体
は、その他の技術分野における用途展開も期待すること
ができる。

【００２５】

【実施例】実施例０．４ｇの塩化鉄４水和物（ＦｅＣｌ₂・４Ｈ₂Ｏ）をニ
ッケル製ボートに設置し、加熱炉内にこのボートを配置
した。加熱炉の内部を真空脱気した後、加熱炉を作動さ
せ、内部温度が４００℃に到達した時点で加熱炉内に２
０ｃｃ／分の割合で水素を導入した。これにより、加熱
炉の内部を水素雰囲気、すなわち還元性雰囲気に設定し
た。この状態で加熱炉の内部温度を更に６００℃まで高
め、当該温度において３０分間、塩化鉄４水和物を気相
において還元した。この際、加熱炉内の圧力は５００Ｔ
ｏｒｒであった。

【００２６】還元処理後、加熱炉を常温まで冷却し、そ
の内部を観察したところ、針状の結晶が多数生成してい
ることが確認された。この結晶は、電子線回折法に従っ
て分析した結果、実質的に鉄元素からなるものであるこ
とが確認され、また、磁石にも吸着された。また、当該
結晶の形態は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観
察した結果、平均太さが５０ｎｍ、平均長さが３μｍの
柱状（アスペクト比＝６０）であることが確認された。
参考のため、ここで得られた針状の結晶のＴＥＭ写真を
図１に示す。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、例えば、樹脂成形体に
対して導電性を付与するための導電性材料、触媒および
磁性材料等として有用な、新規な鉄系材料を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で得られた針状の結晶の透過型電子顕微
鏡写真。

フロントページの続き (72)発明者西田亮一大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者川瀬昇京都府京都市下京区中堂寺南町17 株式会社関西新技術研究所内 (72)発明者松井丈雄京都府京都市下京区中堂寺南町17 株式会社関西新技術研究所内Ｆターム(参考） 4G077 AA04 BA01 DB28 HA20 4J002 AA001 DA086 FD116 GQ02 4K017 AA02 BA06 BB04 BB06 CA02 DA01 EH01 EH15 FB03 FB06 4K018 BA13 BB01 BB05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】実質的に鉄元素からなる針状体であって、
太さが１，０００ｎｍ未満である、鉄系ナノメートルス
ケール針状体。
【請求項２】前記太さが１００ｎｍ以下である、請求項
１に記載の鉄系ナノメートルスケール針状体。
【請求項３】アスペクト比が少なくとも５である、請求
項１または２に記載の鉄系ナノメートルスケール針状
体。
【請求項４】実質的に直線状である、請求項１、２また
は３に記載の鉄系ナノメートルスケール針状体。
【請求項５】前記鉄元素以外の異種金属元素を含有して
いる、請求項１、２、３または４に記載の鉄系ナノメー
トルスケール針状体。
【請求項６】前記異種金属元素がクロムおよびニッケル
のうちの少なくとも１種である、請求項５に記載の鉄系
ナノメートルスケール針状体。
【請求項７】鉄化合物を気相において還元する工程を含
む、鉄系ナノメートルスケール針状体の製造方法。
【請求項８】前記鉄化合物が２価の鉄の化合物である、
請求項７に記載の鉄系ナノメートルスケール針状体の製
造方法。
【請求項９】前記２価の鉄の化合物が２価の鉄のハロゲ
ン化物および２価の鉄を要素とする有機金属化合物から
なる群から選択された少なくとも１種である、請求項８
に記載の鉄系ナノメートルスケール針状体の製造方法。
【請求項１０】前記気相が還元剤を含んでいる、請求項
７、８または９に記載の鉄系ナノメートルスケール針状
体の製造方法。
【請求項１１】前記還元剤が水素である、請求項１０に
記載の鉄系ナノメートルスケール針状体の製造方法。
【請求項１２】前記気相の温度を２００〜１，５００℃
に設定する、請求項７、８、９、１０および１１に記載
の鉄系ナノメートルスケール針状体の製造方法。