DE112022004113T5

DE112022004113T5 - Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen

Info

Publication number: DE112022004113T5
Application number: DE112022004113.7T
Authority: DE
Inventors: Hirotaka Takeda; Masumi Miyo; Naho TAKAHASHI
Original assignee: Unitika Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 2021-08-25
Filing date: 2022-08-24
Publication date: 2024-07-04
Also published as: KR20240054971A; JP7381158B2; TW202317286A; JPWO2023027085A1; JP2023164803A; WO2023027085A1

Abstract

Die Erfindung stellt einen Werkstoff zur Abschirmung bereit, der in Hitzebeständigkeit, Flexibilität und Abschirmleistung für Terahertzwellen gleichermaßen vorzüglich ist. Die Erfindung betrifft einen Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen enthaltend einen Nanodraht und ein Bindemittel.

Description

[Beschreibung der Erfindung]
[Gebiet der Technik]
Die Erfindung betrifft einen Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen.
[Technischer Hintergrund]
Seit einigen Jahren wird im Sinne der Funkkommunikation der nächsten Generation (6G, Beyond 5G) im Hinblick auf die angestrebte „mehr Geschwindigkeit“, „mehr Kapazität“, „niedrigere Latenz“ und/oder „höhere Zuverlässigkeit“ über die Nutzung von Terahertzwellen nachgedacht. Ebenfalls bei einer Schlüsseltechnologie für das automatisierte Fahren, dem Radar zur Erfassung der Umgebung im Inneren und außerhalb des Kraftfahrzeugs verspricht die Verwendung von Terahertzwellen eine hochauflösende und dreidimensionale Verfolgung.
Bei der Funkkommunikationseinheit bzw. der Erfassungseinheit, die die Hochfrequenzen wie die Terahertzwellen verarbeitet, ist die AiP (Antenna in Package), die in Anbetracht der angestrebten Verringerung der Übertragungsverluste das Antennenmodul, das Netzteilmodul, das HF-Frontend-Modul, das MMIC-Modul usw. in sich vereint, die vorherrschende Wahl. Dementsprechend besteht ein Bedarf an einem Werkstoff, der in der Lage ist, die Terahertzwellen derart abzuschirmen, dass im Inneren der Einheit keine Fehlfunktion oder Verminderung der Leistung bei den Modulen durch u. a. die Interferenz oder Oszillation der Terahertzwellen verursacht wird.
Zur Abschirmung der Hochfrequenzwellen wie der Terahertzwellen, die eine kurze Wellenlänge haben, müssen durch eine hochdichte Füllung von dem abschirmenden Füllstoff die Zwischenräume ausgefüllt werden, wobei häufig keine Flexibilität mehr gegeben ist. Infolgedessen wird ein Werkstoff zur Abschirmung aus einem Ferritbasierten Füllstoff wie ε-Eisenoxid, bei dem der Füllgrad gesenkt werden kann, und einem Harz verwendet (Patentdokument 1). Jedoch muss bei dem Werkstoff zur Abschirmung gemäß Patentdokument 1 selbst der Ferrit-basierte Füllstoff immer noch mit einem hohen Füllgrad von 30 Vol.-% (= ca. 67 Masse-%) oder mehr zugesetzt werden. Daher ist es notwendig, ein biegsames Harz mit einer niedrigen Glasübergangstemperatur zu verwenden, um eine Flexibilität zu verleihen, die einer Verarbeitung standhält, wobei wegen des verwendeten biegsamen Harzes die Hitzebeständigkeit unzulänglich ist, so dass es hinsichtlich der Betriebsumgebung Einschränkungen gab oder bei Hitze die Abschirmleistung abnahm.
[Dokumente des Standes der Technik]
[Patentdokumente]
[Patentdokument 1] Patentoffenlegungsschrift JP2019-071426
[Allgemeine Beschreibung der Erfindung]
[Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt]
Die Erfindung, die zur Lösung des oben beschriebenen Problems dient, hat zum Ziel, einen Werkstoff zur Abschirmung bereitzustellen, der in Hitzebeständigkeit, Flexibilität und Abschirmleistung für Terahertzwellen gleichermaßen vorzüglich ist.
Die Erfindung hat ferner zum Ziel, einen Werkstoff zur Abschirmung bereitzustellen, der in Hitzebeständigkeit, Flexibilität, Abschirmleistung und Antireflexeigenschaft für Terahertzwellen gleichermaßen vorzüglich ist.
[Mittel zur Lösung der Aufgabe]
Die Erfinder kamen zur Erkenntnis, dass ein Werkstoff, der einen Nanodraht enthält, das oben genannten Ziel erreicht, und gelangten zur vorliegenden Erfindung. Insbesondere gestaltet sich der Gegenstand der Erfindung folgendermaßen:

<1> Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen enthaltend einen Nanodraht und ein Bindemittel.
<2> Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen nach <1>, wobei es sich bei dem Nanodraht um einen Nanodraht handelt, dessen Hauptbestandteil mindestens ein aus der Gruppe aus Eisen, Nickel und Cobalt ausgewähltes Metall ist.
<3> Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen nach <1> oder <2>, wobei die mittlere Länge des Nanodrahtes 5 µm oder mehr beträgt.
<4> Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen nach einem der Punkte <1> bis <3>, wobei es sich bei dem Nanodraht um einen Nanodraht aus einer Mehrzahl von miteinander verbundenen Teilchen handelt.
<5> Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen nach einem der Punkte <1> bis <4>, wobei der absolute Betrag der Transmissionsdämpfung elektromagnetischer Wellen in der Bandbreite von 287,5 bis 312,5 GHz 20 dB/mm oder mehr beträgt.
<6> Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen nach einem der Punkte <1 > bis <5>, wobei der Reflexionsgrad elektromagnetischer Wellen in der Bandbreite von 287,5 bis 312,5 GHz weniger als 50 % beträgt.
<7> Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen nach einem der Punkte <1 > bis <6>, wobei der Gehalt an dem Nanodraht weniger als 67 Masse-% beträgt.
<8> Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen nach einem der Punkte <1 > bis <7>, wobei der Gehalt an dem Nanodraht 0,5 Masse-% oder mehr beträgt.
<9> Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen nach einem der Punkte <1 > bis <8>, wobei es sich bei dem Nanodraht um einen Nanodraht handelt, dessen Hauptbestandteil Eisen oder Nickel ist, und der Gehalt an dem Nanodraht 8 Masse-% oder mehr und weniger als 67 Masse-% beträgt.
<10> Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen nach einem der Punkte <1> bis <9>, wobei es sich bei dem Nanodraht um einen Nanodraht handelt, dessen Hauptbestandteil Eisen ist, und der Gehalt an dem Nanodraht 20 bis 50 Masse-% beträgt.
<11> Antenneneinheit für die Funkkommunikation, in der der Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen nach einem der Punkte <1> bis <10> enthalten ist.
<12> Erfassungseinheit, in der der Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen nach einem der Punkte <1> bis <10> enthalten ist.

[Vorteile der Erfindung]
Gemäß der Erfindung kann ein Werkstoff zur Abschirmung bereitgestellt werden, der in Hitzebeständigkeit, Flexibilität und Abschirmleistung für Terahertzwellen gleichermaßen vorzüglich ist.
Der erfindungsgemäße Werkstoff zur Abschirmung, der auch bei einer kleinen Zugabemenge eine deutlich ausreichende Abschirmleistung für Terahertzwellen aufweist, zeigt dementsprechend eine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit, ist auch in einer Form so dünn wie unter 1 mm in der Lage, eine deutlich ausreichende Abschirmleistung zu entfalten und eignet sich somit gut für den Einsatz u. a. in einer Antenneneinheit für die Funkkommunikation oder einer Erfassungseinheit.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]

[1] Sie zeigt die Transmissionsdämpfung von elektromagnetischen Wellen zwischen 0,2 und 2 THz durch den Werkstoff zur Abschirmung gemäß dem Ausführungsbeispiel 2.
[2] Sie zeigt den Reflexionsgrad von elektromagnetischen Wellen zwischen 0,2 und 2 THz durch den Werkstoff zur Abschirmung gemäß dem Ausführungsbeispiel 2.

[Ausführungsform der Erfindung]
Der erfindungsgemäße Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen enthält einen Nanodraht und ein Bindemittel. Der Gehalt an dem Nanodraht in dem Werkstoff zur Abschirmung unterliegt keiner besonderen Beschränkung und ist je nach der Abschirmfähigkeit und den mechanischen und thermischen Eigenschaften einzustellen, die gefordert werden. In der Regel erhöht sich die Abschirmleistung mit zunehmender Zugabemenge des Füllstoffs, obwohl u. a. die Flexibilität des Werkstoffs dabei abnimmt, wodurch der Umgang erschwert wird. Der Nanodraht ist dadurch gekennzeichnet, dass sich im Gegensatz zu den anderen Füllstoffen auch bei einem kleinen Gehalt eine Abschirmwirkung manifestiert, wobei bei einem Gehalt an dem Nanodraht von 0,5 Masse-% oder mehr, obwohl abhängig auch von der Form (Dicke), eine deutlich ausreichende Abschirmleistung erzielt werden kann. Der Gehalt an dem Nanodraht beträgt im Hinblick auf die weitere Steigerung der Abschirmleistung bevorzugter 1 Masse-% oder mehr, noch bevorzugter 8 Masse-% oder mehr, deutlich ausreichend bevorzugt 10 Masse-% oder mehr und noch mehr bevorzugt 20 Masse-% oder mehr. Zum anderen kann damit ein Werkstoff zur Abschirmung geschaffen werden, der sich durch die Werkstofffestigkeit und den leichten Umgang auszeichnet, während aus ihm wenig reflektierte Wellen entstehen, da die Wirkung auch bei einem kleinen Gehalt erzielt wird. Dementsprechend beträgt der Gehalt an dem Nanodraht im Hinblick auf die Flexibilität, die Hitzebeständigkeit und die Reflexionseigenschaften vorzugsweise weniger als 67 Masse-%, bevorzugter 50 Masse-% oder weniger, deutlich ausreichend bevorzugt 40 Masse-% oder weniger und deutlicher ausreichend bevorzugt 30 Masse-% oder weniger.
Insbesondere beträgt der Gehalt an dem nachstehend beschriebenen Nanodraht, dessen Hauptbestandteil das Unedelmetall Eisen, Nickel oder Cobalt ist, bei einer angestrebten hohen Abschirmwirkung vorzugsweise 20 bis 50 Masse-% und bei einer angestrebten Antireflexeigenschaft (niedrigen Reflexionsgrad) vorzugsweise 1 bis 20 Masse-%.
In der vorliegenden Beschreibung bezieht sich die Abschirmleistung auf die Eigenschaft, in Bezug auf die Terahertzwellen von 0,1 bis 10 THz die Transmission von insbesondere 287,5 bis 312,5 GHz deutlich ausreichend zu begrenzen.
Die Hitzebeständigkeit bezieht sich auf die Eigenschaft, die Form in einer Umgebung mit einer hohen Temperatur (z. B. 200 °C) behalten zu können.
Die Flexibilität bezieht sich auf die Eigenschaft, gebogen werden zu können, ohne einen Bruch zu bilden.
Die Antireflexeigenschaft bezieht sich auf die Eigenschaft, in Bezug auf die Terahertzwellen von 0,1 bis 10 THz die Reflexion von insbesondere 287,5 bis 312,5 GHz deutlich ausreichend zu begrenzen.
Bei der Abschirmleistung, der Hitzebeständigkeit und der Flexibilität handelt es sich um Eigenschaften, die dem erfindungsgemäßen Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen inhärent sind.
Bei der Antireflexeigenschaft handelt es sich nicht um eine Eigenschaft, die der erfindungsgemäße Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen zwangsläufig aufweisen muss, sondern um eine Eigenschaft, die der erfindungsgemäße Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen vorzugsweise aufweist.
Das Verfahren zur Fertigung des erfindungsgemäßen Werkstoffs zur Abschirmung von Terahertzwellen unterliegt keiner besonderen Beschränkung, wobei es beispielsweise Verfahren wie das Aufschmelzen und Extrudieren oder das Verarbeiten zu einer Tinte oder Paste und Auftragen gibt.
Das Frequenzband von Terahertzwellen liegt im Allgemeinen bei 0,1 THz bis 10 THz, wobei für die Funkkommunikation der nächsten Generation voraussichtlich das Frequenzband von 287,5 bis 312,5 GHz genutzt werden wird.
Der erfindungsgemäße Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen schirmt Terahertzwellen ab. Seine Abschirmleistung kann durch die THz-TDS (Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie) anhand der Transmissionsdämpfung bewertet werden. Je höher der absolute Betrag der Transmissionsdämpfung ist, desto besser ist die Abschirmleistung. Der absolute Betrag der Transmissionsdämpfung der Terahertzwellen beträgt vorzugsweise 20 dB/mm oder mehr, bevorzugter 50 dB/mm oder mehr und noch bevorzugter 100 dB/mm oder mehr. Bei einem absoluten Betrag der Transmissionsdämpfung von 20 dB/mm oder mehr eignet er sich auch in einer Form so dünn wie unter 1 mm für die Verwendung als Werkstoff zur Abschirmung. Insbesondere beträgt der absolute Betrag der Transmissionsdämpfung in dem Frequenzband von 287,5 GHz bis 312,5 GHz, das potenziell für die Funkkommunikation der nächsten Generation verwendet werden wird, bevorzugter 20 dB/mm oder mehr, bevorzugter 50 dB/mm oder mehr und noch bevorzugter 100 dB/mm oder mehr.
Für die Transmissionsdämpfung wird ein dadurch erhaltener Wert verwendet, dass der Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen in Form einer Folie mit einer Dicke von 0,4 bis 1,8 mm der THz-TDS (Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie) unterzogen wird.
Der erfindungsgemäße Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen weist vorzugsweise einen niedrigen Reflexionsgrad für Terahertzwellen auf. Je niedriger der Reflexionsgrad und je größer der absolute Betrag der Transmissionsdämpfung bei einem Werkstoff, desto hervorragender fällt seine Fähigkeit aus, die elektromagnetischen Wellen zu absorbieren. Hervorragende Absorption von Terahertzwellen erlaubt die Begrenzung u. a. der Verstärkung des Rauschens bedingt durch u. a. die Kopplung von reflektierten Wellen. Der Reflexionsgrad für Terahertzwellen beträgt vorzugsweise weniger als 50 %, bevorzugter weniger als 30 % und noch bevorzugter weniger als 20 %. Insbesondere beträgt der maximale Reflexionsgrad in dem Frequenzband von 287,5 GHz bis 312,5 GHz vorzugsweise weniger als 50 %, bevorzugter weniger als 30 % und noch bevorzugter weniger als 20 %.
Für den Reflexionsgrad wird ein dadurch erhaltener Wert verwendet, dass der Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen in Form einer Folie mit einer Dicke von 0,4 bis 1,8 mm der THz-TDS (Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie) unterzogen wird. Der Reflexionsgrad stellt einen Wert dar, der, bezogen auf die Reflexion einer dünnen Goldfolie als 100 %, durch Reflexion der Probe / Reflexion der dünnen Goldfolie errechnet wird.
Der Nanodraht, der erfindungsgemäß zu verwenden ist, bezieht sich auf einen faserförmigen Stoff mit einem Durchmesser im Nanomaßstab. Bei dem Nanodraht handelt es sich im Hinblick auf die Erhöhung der Permittivität und des dielektrischen Verlustfaktors des Bindemittel-Werkstoffs, der den Nanodraht enthält, und die Umwandlung der Radiowellen in Wärme vorzugsweise um einen Nanodraht, dessen Hauptbestandteil ein Metall ist. Das Metall, das den Nanodraht als Hauptbestandteil bildet, ist vorzugsweise ein Unedelmetall, damit die Grenzflächenimpedanz des Bindemittel-Werkstoffs, der den Nanodraht enthält, und die des Raums nicht weit auseinander liegen. Das Metall, das den Nanodraht als Hauptbestandteil bildet, ist vorzugsweise mindestens ein aus der Gruppe aus Eisen, Nickel und Cobalt ausgewähltes Metall. Um die magnetische Permeabilität des den Nanodraht enthaltenden Bindemittel-Werkstoffs zu erhöhen, handelt es sich bei dem Nanodraht bevorzugter um einen Nanodraht, der mindestens ein (insbesondere ein) aus der Gruppe aus den magnetischen Metallen Eisen, Nickel und Cobalt (im Folgenden als „Gruppe A“ bezeichnet) ausgewähltes Metall enthält, deutlich ausreichend bevorzugt um einen Nanodraht, dessen Hauptbestandteil mindestens ein (insbesondere ein) aus der Gruppe A ausgewähltes Metall ist, und deutlicher ausreichend bevorzugt um einen Nanodraht, dessen Hauptbestandteil Eisen oder Nickel ist. Gemäß der Erfindung bedeutet „Hauptbestandteil“, dass ihn der Nanodraht in einem Gehalt von 40 Masse-% oder mehr, insbesondere in dem größten Gehalt enthält. Dabei kann dadurch, dass der Hauptbestandteil das Unedelmetall ist, das die magnetischen Metalle Eisen, Cobalt und Nickel umfasst, ein Werkstoff zur Abschirmung geschaffen werden, mit dem dank der Passivierungsschicht auf der Oberfläche die Reflexion der Terahertzwellen und auch die Transmission deutlicher ausreichend begrenzt werden können. Eine Bildung der Passivierungsschicht kann durch die Röntgenphotoelektronenspektroskopie oder die Raman-Spektroskopie erkannt werden.
Bei dem Nanodraht, dessen Hauptbestandteil Eisen ist, beträgt der Gehalt an Eisen beispielsweise 40 Masse-% oder mehr in Bezug auf die Nanodraht-Gesamtmasse, im Hinblick auf die weitere Steigerung der Flexibilität, der Hitzebeständigkeit und der Abschirmleistung sowie die Steigerung der Antireflexeigenschaft vorzugsweise 50 Masse-% oder mehr, bevorzugter 70 Masse-% oder mehr und noch bevorzugter 70 bis 90 Masse-%. Der Nanodraht, dessen Hauptbestandteil Eisen ist, kann auch Atome außer Eisen enthalten. Die Atome außer Eisen können z. B. mindestens ein aus der Gruppe aus Nickel, Cobalt und Silber ausgewähltes Atom sein. Der Gesamtgehalt an Atomen außer Eisen beträgt in der Regel 50 Masse-% oder weniger und kann insbesondere 20 Masse-% oder weniger betragen.
Bei dem Nanodraht, dessen Hauptbestandteil Cobalt ist, beträgt der Gehalt an Cobalt beispielsweise 40 Masse-% oder mehr in Bezug auf die Nanodraht-Gesamtmasse, im Hinblick auf die weitere Steigerung der Flexibilität, der Hitzebeständigkeit und der Abschirmleistung sowie die Steigerung der Antireflexeigenschaft vorzugsweise 50 Masse-% oder mehr und bevorzugter 70 Masse-% oder mehr. Der Nanodraht, dessen Hauptbestandteil Cobalt ist, kann auch Atome außer Cobalt enthalten. Die Atome außer Cobalt können z. B. mindestens ein aus der Gruppe aus Eisen, Nickel und Silber ausgewähltes Atom sein. Der Gesamtgehalt an Atomen außer Cobalt beträgt in der Regel 50 Masse-% oder weniger und kann insbesondere 20 Masse-% oder weniger betragen.
Bei dem Nanodraht, dessen Hauptbestandteil Nickel ist, beträgt der Gehalt an Nickel beispielsweise 40 Masse-% oder mehr in Bezug auf die Nanodraht-Gesamtmasse, im Hinblick auf die weitere Steigerung der Flexibilität, der Hitzebeständigkeit und der Abschirmleistung sowie die Steigerung der Antireflexeigenschaft vorzugsweise 50 Masse-% oder mehr und bevorzugter 70 Masse-% oder mehr. Der Nanodraht, dessen Hauptbestandteil Nickel ist, kann auch Atome außer Nickel enthalten. Die Atome außer Nickel können z. B. mindestens ein aus der Gruppe aus Eisen, Cobalt und Silber ausgewähltes Atom sein. Der Gesamtgehalt an Atomen außer Nickel beträgt in der Regel 50 Masse-% oder weniger und kann insbesondere 20 Masse-% oder weniger betragen.
Bei dem Nanodraht, dessen Hauptbestandteil Silber ist, beträgt der Gehalt an Silber beispielsweise 40 Masse-% oder mehr in Bezug auf die Nanodraht-Gesamtmasse, im Hinblick auf die weitere Steigerung der Flexibilität, der Hitzebeständigkeit und der Abschirmleistung sowie die Steigerung der Antireflexeigenschaft vorzugsweise 50 Masse-% oder mehr und bevorzugter 70 Masse-% oder mehr. Der Nanodraht, dessen Hauptbestandteil Silber ist, kann auch Atome außer Silber enthalten. Die Atome außer Silber können z. B. mindestens ein aus der Gruppe aus Eisen, Nickel und Cobalt ausgewähltes Atom sein. Der Gesamtgehalt an Atomen außer Silber beträgt in der Regel 50 Masse-% oder weniger und kann insbesondere 20 Masse-% oder weniger betragen.
In der vorliegenden Beschreibung ist der Gehalt an einem Metall in dem Nanodraht mit einem auf die Nanodraht-Gesamtmasse bezogenen Wert (Masse-%) angegeben. Für den Gehalt an dem jeweiligen Metallatom ist ein dadurch gemessener Wert verwendet, dass eine Lösung, in der der Nanodraht aufgelöst ist, einer simultanen Multielementanalyse und einem Kalibrierkurvenverfahren basierend auf dem ICP-AES-Verfahren unterzogen wird.
Der Nanodraht, der erfindungsgemäß zu verwenden ist, ist aufgrund seiner hohen geometrischen Anisotropie ohne weiteres in der Lage, in dem Werkstoff Cluster mit einer Netzstruktur zu bilden, wodurch die Zugabemenge begrenzt werden kann. Die Zugabemenge lässt sich desto wirksamer begrenzen, je länger die mittlere Länge des Nanodrahtes ist, wobei die mittlere Länge des Nanodrahtes vorzugsweise 5 µm oder mehr und bevorzugter 10 µm oder mehr beträgt. Mit zunehmender Nanodrahtlänge nimmt andererseits die Verarbeitbarkeit ab, wobei die mittlere Länge vorzugsweise 50 µm oder kleiner und bevorzugter 30 µm oder kleiner beträgt.
In der vorliegenden Beschreibung ist für die mittlere Länge des Nanodrahtes ein Mittelwert von 100 beliebigen Nanodrähten abgebildet mittels Rasterelektronenmikroskops (REM) verwendet.
Der mittlere Durchmesser des erfindungsgemäßen weichmagnetischen Nanodrahtes unterliegt keiner besonderen Beschränkung, wobei er im Hinblick auf die weitere Steigerung der Flexibilität, der Hitzebeständigkeit und der Abschirmleistung sowie die Steigerung der Antireflexeigenschaft vorzugsweise 20 bis 500 nm, bevorzugter 50 bis 400 nm, noch bevorzugter 50 bis 300 nm, deutlich ausreichend bevorzugt 50 bis 200 nm und deutlicher ausreichend bevorzugt 50 bis 150 nm beträgt. Das Aspektverhältnis des Nanodrahtes unterliegt keiner besonderen Beschränkung, obwohl bei einem niedrigen Wert der Vorteil des Nanodrahtes nicht erzielt wird, wobei es beispielsweise 20 bis 500 betragen kann, während es im Hinblick auf die ausreichende Verteilung in dem Werkstoff auch bei einer kleinen Menge von dem Nanodraht vorzugsweise 40 bis 300 und im Hinblick auf die Begrenzung des Entmagnetisierungsfeldes im Inneren des Nanodrahtes bevorzugter 50 bis 200 beträgt.
In der vorliegenden Beschreibung ist für den mittleren Durchmesser des Nanodrahtes ein Mittelwert an 100 beliebigen Punkten abgebildet mittels Rasterelektronenmikroskops (REM) verwendet. Dabei gilt bei einem Nanodraht mit der unten beschriebenen Form von verbundenen Teilchen der unten beschriebene Mittelwert A der maximalen Durchmesser als der mittlere Durchmesser des betreffenden Nanodrahtes.
Der Nanodraht, der erfindungsgemäß zu verwenden ist, kann jede beliebige Geometrie aufweisen, solange er eine Faserform aufweist. Unter Faserform ist zu verstehen, dass ein Nanodraht als Ganzes gesehen eine lineare Form aufweist, wobei sowohl eine „Form von verbundenen Teilchen“, in der die Teilchen eindimensional miteinander verbunden sind, als auch eine einfache „Stabform“, davon umfasst sind.
Der Nanodraht, der erfindungsgemäß zu verwenden ist, weist im Hinblick auf die Steigerung der Antireflexeigenschaft vorzugsweise eine Form von verbundenen Teilchen. Indem der Nanodraht eine Form von verbundenen Teilchen aufweist, ergeben sich auf der Oberfläche des Nanodrahtes Unebenheiten, die die Diffusion der eintreffenden elektromagnetischen Wellen fördern, mit der Folge, dass die Terahertzwellen besser absorbiert werden, die Reflexion begrenzt und die Abschirmleistung erhöht werden kann. Ob es sich dabei um einen Nanodraht mit einer Form von verbundenen Teilchen handelt oder nicht, kann mittels REM beurteilt werden.
Als Form von verbundenen Teilchen wird im Einzelnen eine als Ganzes gesehen lineare Form bezeichnet, die aus einer Mehrzahl von Teilchen besteht, die in Reihe und aufeinanderfolgend miteinander verbunden sind. Die Teilchen an den beiden Enden sind mit je einem benachbarten Teilchen verbunden, wobei die sonstigen Teilchen jeweils mit zwei benachbarten Teilchen auf den beiden Seiten verbunden sind. In der entsprechenden Form von verbundenen Teilchen bilden in der Regel die Verbindungen (die Grenzen zwischen zwei Teilchen) eine Vertiefung, während die Teilchen eine Erhöhung bilden, so dass sich in der Verbindungsrichtung der Teilchen (Längsrichtung des Nanodrahtes) eine Vertiefung und eine Erhöhung aufeinanderfolgend wiederholen. Die Teilchen, die einen Nanodraht bilden, weisen eine im Wesentlichen sphärische Form. Die im Wesentlichen sphärische Form umfasst nicht nur eine Kugelform mit einem kreisförmigen Querschnitt, sondern auch eine dreidimensionale Form mit einem drei- oder mehreckigen, elliptischen oder aus diesen zusammengesetzten Querschnitt.
Der Nanodraht mit einer Form von verbundenen Teilchen, bei dem A (nm) den Mittelwert der maximalen Durchmesser bei dem Nanodraht und B (nm) den Mittelwert der minimalen Durchmesser bei dem Nanodraht darstellt, erfüllt insbesondere die folgende Formel (1-1), zur Steigerung der Antireflexeigenschaft und für mehr Bruchfestigkeit vorzugsweise die folgende Formel (1-1') und bevorzugter die folgende Formel (1-1"). $1,1 \leq A/B \leq 2,5$
$1,1 \leq A/B \leq 2$
$1,1 \leq A/B \leq 1,75$
Bei dem Nanodraht mit einer Form von verbundenen Teilchen bezieht sich der Durchmesser auf den Durchmesser in einem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des Nanodrahtes, wobei der maximale und der minimale Durchmesser von einem REM-Bild des Nanodrahtes abgelesen werden können. Der Nanodraht mit einer Form von verbundenen Teilchen stellt einen maximalen Durchmesser an einer Stelle bei dem Nanodraht bereit, die nicht zu den Endsegmenten gehört. Zu dem Endsegment gehört der Bereich innerhalb von 100 nm von dem Ende des Nanodrahtes. Der Mittelwert A der maximalen Durchmesser ist der Mittelwert der maximalen Durchmesser von 100 beliebigen Nanodrähten. Der Mittelwert B der minimalen Durchmesser ist der Mittelwert der minimalen Durchmesser von 100 beliebigen Nanodrähten. Aus diesen Werten wird A/B berechnet.
Bei dem Nanodraht mit einer Form von verbundenen Teilchen beträgt der Mittelwert A der maximalen Durchmesser in der Regel 50 bis 500 nm, insbesondere 50 bis 400 nm, im Hinblick auf die weitere Steigerung der Flexibilität, der Hitzebeständigkeit und der Abschirmleistung sowie die Steigerung der Antireflexeigenschaft vorzugsweise 50 bis 300 nm, bevorzugter 50 bis 200 nm, noch bevorzugter 60 bis 200 nm und am meisten bevorzugt 60 bis 150 nm.
Bei dem Nanodraht mit einer Form von verbundenen Teilchen beträgt der Mittelwert B der minimalen Durchmesser in der Regel 10 bis 200 nm, insbesondere 20 bis 200 nm, im Hinblick auf die weitere Steigerung der Flexibilität, der Hitzebeständigkeit und der Abschirmleistung sowie die Steigerung der Antireflexeigenschaft vorzugsweise 30 bis 150 nm, bevorzugter 30 bis 100 nm, noch bevorzugter 40 bis 100 nm und deutlich ausreichend bevorzugt 40 bis 90 nm.
Das Verfahren zur Fertigung des Nanodrahtes, der erfindungsgemäß zu verwenden ist, unterliegt keiner besonderen Beschränkung, wobei er dadurch erhalten werden kann, dass in einer Lösung unter bestimmten Bedingungen Metallionen reduziert werden. Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Nanodrahtes dargestellt, die die besonders bevorzugte Form von verbundenen Teilchen aufweist und dessen Hauptbestandteil mindestens ein aus der Gruppe aus Eisen, Nickel und Cobalt ausgewähltes Metall ist.
Das Metallion, das als Ausgangsstoff für den Nanodraht dient, wird in Form von einem Metallsalz wie Hydrochlorid, Sulfat und Nitrat zugeführt. Beispielhaft dafür sind Eisenchlorid, Cobaltchlorid, Nickelchlorid, Eisensulfat, Cobaltsulfat, Nickelsulfat, Eisennitrat, Cobaltnitrat und Nickelnitrat. Diese können ohne weiteres auch hydratisiert sein.
Das Metallsalz als Ausgangsstoff wird dem Reaktionssystem in Form einer Lösung zugeführt. Um eine Lösung aus dem Metallsalz zu erhalten, wird ein organisches Lösungsmittel mit hoher Polarität wie Monoalkohol, Glykol, NMP und DMSO oder Wasser benötigt. Diese können ohne weiteres einzeln oder gemischt als Lösungsmittel verwendet werden.
Der Lösung des Metallsalzes kann bei Bedarf in der Reaktion ein Komplexbildner wie EDTA und Citronensäure zugesetzt werden. Im Allgemeinen nimmt bei Zugabe eines Komplexbildners die Reaktionsaktivität ab, womit sich die Reaktion besser steuern lässt, mit Auswirkungen auf die Steuerung der Geometrie.
Der Nanodraht kann dadurch erhalten werden, dass die Metallionen in der Lösung reduziert werden. Die Reduktion kann in einem chemischen Beschichtungsverfahren unter Einsatz von einem gängigen Reduktionsmittel wie Hydrazin, Natriumborhydrid, Dimethylaminboran und Natriumhypophosphit unter den Bedingungen erfolgen, die für das jeweilige Reduktionsmittel und das zu reduzierende Metallion empfohlen werden.
Das Verfahren, wie das Reduktionsmittel dem Reaktionssystem zugeführt wird, kann je nach dem Zustand des Reduktionsmittels und den Bedingungen in dem Reaktionssystem nach Belieben gewählt werden. Ein flüssiges Mittel wie Hydrazin beispielsweise kann dem Reaktionssystem so wie es ist zugeführt werden. Ein festes Mittel wie Natriumborhydrid wird vorzugsweise zubereitet in einer Lösung zugeführt.
Die Reaktion, die der Zufuhr des Reduktionsmittels folgt, kann unter Einhaltung der entsprechenden Bedingungen zur Reduktion erfolgen. Bei Hydrazin mit mittlerer Reduktionsfähigkeit beispielsweise erfolgt die Reduktionsreaktion bei einem durch Natriumhydroxid o. Ä. alkalisch eingestellten pH-Wert bei ca. 90 °C. Bei Natriumborhydrid mit hoher Reduktionsfähigkeit erfolgt die Reduktionsreaktion bei Raumtemperatur (z. B. 20 °C).
Die Reduktionsreaktion kann sowohl im Batch-Verfahren als auch im Flow-Verfahren erfolgen.
Zur Herstellung des Nanodrahtes mit einer Form von verbundenen Teilchen wird sowohl im Batch-Verfahren als auch im Flow-Verfahren während der Reduktionsreaktion ein Magnetfeld von ca. 100 bis 150 mT angelegt. Das Verfahren, wie das Magnetfeld angelegt wird, kann je nach der Größe des Reaktionsgefäßes bzw. -flusses entsprechend gewählt werden.
Die Konzentration des jeweiligen Ausgangsstoffs kann je nach dem Fassungsvermögen des Reaktionssystems und dem Mischverfahren der Ausgangsstoffe entsprechend gewählt werden. Bei einem Fassungsvermögen der Reaktion von einigen Litern ist die Konzentration des Ausgangsmetallsalzes auf ca. 50 mmol/L einzustellen, wobei das Reduktionsmittel in einer höheren Konzentration als die eingestellte Konzentration zuzusetzen ist.
In einem Gegenstand der Erfindung entfaltet der Nanodraht, der die Abschirmleistung für die Terahertz-Radiowellen verleiht, auch bei einem kleinen Mischungsverhältnis eine hervorragende Abschirmwirkung. Dementsprechend beeinträchtigt der erfindungsgemäße Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen u. a. die Hitzebeständigkeit und die Flexibilität nicht, die dem Bindemittel inhärent sind.
Das Bindemittel unterliegt keiner besonderen Beschränkung und kann sowohl eine organische als auch eine anorganische Substanz sein. Die organische Substanz bezieht sich typischerweise auf ein Polymer, beispielhaft dafür sind z. B. Polyacrylharze; Polyurethanharze; Epoxidharze; Polyimidharze; Fluorpolymere; und verschiedene Kautschuke wie Siliconkautschuk. Im Sinne der anorganischen Substanz sind u. a. Wasserglas und Siliciumdioxid.
Wird eine organische Substanz, z. B. ein Acrylharz, Urethanharz oder ein Kautschuk wie Siliconkautschuk verwendet, ergibt der erfindungsgemäße Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen einen Werkstoff mit guter Flexibilität, der leicht zu verarbeiten ist.
Wird hingegen z. B. ein Epoxidharz verwendet, ergibt der erfindungsgemäße Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen einen Werkstoff mit guter Haftfähigkeit.
Wird hingegen z. B. ein Polyimidharz verwendet, ergibt der erfindungsgemäße Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen einen Werkstoff mit guter Hitzebeständigkeit.
Wird hingegen z. B. ein Fluorpolymer verwendet, ergibt der erfindungsgemäße Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen einen Werkstoff mit guter Anti-Schmutz-Eigenschaft.
Wird eine anorganische Substanz, z. B. Wasserglas oder Siliciumdioxid, verwendet, ergibt der erfindungsgemäße Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen einen Werkstoff, bei dem der thermische Ausdehnungskoeffizient gesenkt werden kann und der dafür geeignet ist, mit Keramik oder Metall zu kombinieren.
Dem erfindungsgemäßen Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen kann ein Additiv verschiedener Art insofern zugesetzt werden, als die Wirkung der Erfindung nicht beeinträchtigt wird.
Die Form des erfindungsgemäßen Werkstoffs zur Abschirmung von Terahertzwellen unterliegt keiner besonderen Beschränkung, wobei sie beispielsweise eine Platten-, Folien-, Beschichtungsfilm- oder Kastenform sein kann. Im Einzelnen kann der erfindungsgemäße Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen auch die Form von so genannten Pellets oder die Form eines verarbeiteten Formartikels mit einer beliebigen Geometrie aufweisen. So kann der erfindungsgemäße Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen beispielsweise auch die Form von so genannten Pellets aufweisen, die durch das Schmelzmischen von dem Nanodraht und dem Bindemittel gebildet werden. Oder der erfindungsgemäße Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen kann beispielsweise auch die Form einer Formartikel aufweisen, zu der die Pellets geformt werden. Oder der erfindungsgemäße Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen kann beispielsweise auch die Form einer Formartikel aufweisen, zu der der Nanodraht und das Bindemittel unmittelbar geformt werden. Das Verfahren zur formgebenden Verarbeitung unterliegt keiner besonderen Beschränkung, wobei es Verfahren wie z. B. Formpressen, Spritzgießen, Gießen, Schmelzmischen und Beschichten gibt.
Der erfindungsgemäße Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen, der in Hitzebeständigkeit, Flexibilität, Abschirmleistung (vorzugsweise auch Antireflexeigenschaft) für Terahertzwellen gleichermaßen vorzüglich ist, eignet sich daher für den Einsatz in einer Antenneneinheit für die Funkkommunikation oder einer Erfassungseinheit. Insbesondere wird der erfindungsgemäße Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen derart verwendet, dass er die Antennen- bzw. Erfassungseinheit bis auf das Sende-Empfangsteil ummantelt, um u. a. die Kopplung von Rauschen zu begrenzen.
[Ausführungsbeispiele]
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen konkret beschrieben, jedoch ist die Erfindung nicht durch diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
A. Bewertungen
(1) Qualitative und quantitative Bestimmung von Metallspezies in dem Nanodraht Bei dem Nanodraht, der gründlich vakuumgetrocknet wurde, erfolgte durch die ICP-AES die qualitative und quantitative Bestimmung.
(2) Mittlere Länge des Nanodrahtes
Der Nanodraht, der wie in (1) gründlich vakuumgetrocknet wurde, wurde mit dem REM mit 2000-facher Vergrößerung abgebildet. An 100 beliebigen Nanodrähten wurde die Länge gemessen und der Mittelwert berechnet.
(3) Form des Nanodrahtes
Der Nanodraht wurde mit dem REM mit 100000-facher Vergrößerung abgebildet, um die Form zu bewerten.
Bei einem Nanodraht mit der Form von verbundenen Teilchen wurden die folgenden Messungen vorgenommen.
Die Dispersion des Nanodrahtes wurde auf einem Gitter mit einem Trägerfilm getrocknet, und der erhaltene Nanodraht wurde mit einem Transmissionselektronenmikroskop mit ca. 100000- bis 1000000-facher Vergrößerung abgebildet, wobei der maximale und der minimale Durchmesser des einzelnen Nanodrahtes für 100 beliebige Nanodrähte gemessen wurden. Aus den Mittelwerten dieser Werte wurden die Werte A, B und A/B für den Nanodraht berechnet.
(4) Hitzebeständigkeit
Aus einer geformten Folie wurde 2 cm × 2 cm ausgeschnitten und in einem auf 200 °C erhitzten Ofen 5 Minuten lang in Ruhe gelassen.
Nach der Ruhezeit wurde die Form beobachtet und nach den folgenden Kriterien bewertet.

◯: Hat die Form behalten.
×: Konnte die Form nicht behalten.

(5) Flexibilität
Aus einer geformten Folie wurde 2 cm × 10 cm ausgeschnitten und bei 5 cm in der 10-cm-Richtung um 90° gebogen.
Bei der gebogenen Folie wurde die gebogene Stelle visuell betrachtet und nach den folgenden Kriterien bewertet.

◯: Kein Bruch aufgetreten.
×: Bruch aufgetreten.

(6) Transmissionsdämpfung (Abschirmleistung)
Aus einer geformten Folie wurde 2 cm × 2 cm ausgeschnitten und die Transmissionsdämpfung durch die THz-TDS (Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie) gemessen.
Der minimale absolute Betrag der Transmissionsdämpfung in dem Frequenzband von 287,5 bis 312,5 GHz in den Messergebnissen wurde als die minimale Transmissionsdämpfung definiert.
Die minimale Transmissionsdämpfung wurde nach den folgenden Kriterien bewertet.

⊚⊚: 100 dB/mm oder mehr (ausgezeichnet);
⊚: 50 dB/mm oder mehr, weniger als 100 dB/mm (sehr gut);
◯: 20 dB/mm oder mehr, weniger als 50 dB/mm (gut);
×: weniger als 20 dB/mm (ungeeignet für den praktischen Gebrauch).

(7) Reflexionsgrad (Antireflexeigenschaft).
Aus einer geformten Folie wurde 2 cm × 2 cm ausgeschnitten und die Messung erfolgte durch die THz-TDS. Als Blindprobe wurde eine dünne Goldfolie verwendet und ihr Reflexionsgrad auf 100 % gesetzt.
Der maximale Wert in dem Frequenzband von 287,5 bis 312,5 GHz in den Messergebnissen wurde als der maximale Reflexionsgrad definiert.
Der maximale Reflexionsgrad wurde nach den folgenden Kriterien bewertet.

⊚⊚: weniger als 20% (ausgezeichnet);
⊚: 20% oder mehr, weniger als 30% (sehr gut);
◯: 30% oder mehr, weniger als 50% (gut);
×: 50% oder mehr (ungeeignet für den praktischen Gebrauch).

B. Ausgangsstoff
B-1. Nanodraht bzw. - teilchen
(1) Fe20NW
9,21 Masseteile (38,4 Molteile) Nickelchlorid-Hexahydrat und 0,100 Masseteile (0,340 Molteile) Trinatriumcitrat-Dihydrat wurden in Ethylenglykol gelöst, um 400 Masseteile zuzubereiten.
1,50 Masseteile (37,5 Molteile) Natriumhydroxid wurde in Ethylenglykol gelöst, um 410 Masseteile zuzubereiten.
2,22 Masseteile (11,2 Molteile) Eisen(II)-chlorid-Tetrahydrat wurde in Ethylenglykol gelöst, um 100 Masseteile zuzubereiten.
Die drei Flüssigkeiten wurden gemischt und in einen Magnetkreis mit einem Magnetfeld von 130 mT in der Mitte gebracht, und 75,0 Masseteile (1230 Molteile) 28%iges Ammoniakwasser und 15,0 Masseteile (300 Molteile) Hydrazinmonohydrat in der Reihenfolge zugegeben und 45 Minuten lang bei 90 bis 95°C erhitzt.
Danach wurde das Anlegen des Magnetfelds eingestellt, wobei der entstandene schwarze Festkörper mit einem PTFE-Filter von T100A090C gefiltert und gesammelt, mit Wasser und Methanol jeweils dreimal gewaschen und 24 Stunden lang vakuumgetrocknet wurde, womit der Nanodraht erhalten wurde.
(2) Fe80NW
26,0 Masseteile (131 Molteile) Eisen(II)-chlorid-Tetrahydrat und 7,78 Masseteile (32,7 Molteile) Nickelchlorid-Hexahydrat wurden in 1556,22 Masseteilen Wasser gelöst, in einen Magnetkreis mit einem Magnetfeld von 130 mT in der Mitte gebracht, wobei das Bubbling mit Stickstoffgas eingeleitet wurde. 10 Minuten nach dem Einleiten des Bubblings wurde das Tröpfeln von 310 Masseteilen einer wässrigen Lösung von 12,4 Masseteilen (327 Molteilen) Natriumborhydrid gelöst in Wasser gestartet wurde. Dem 15 Minuten dauernden Tröpfeln bei Raumtemperatur folgten 10 Minuten Ruhezeit.
Danach wurden das Anlegen des Magnetfelds und das Bubbling mit Stickstoffgas eingestellt, um dann die Reaktionslösung zur Verdünnung in 1000 Masseteile Wasser zu gießen. Der entstandene schwarze Festkörper wurde mit einem PTFE-Filter von T100A090C gefiltert und gesammelt, mit Wasser und Methanol jeweils dreimal gewaschen und 24 Stunden lang vakuumgetrocknet, womit der Nanodraht erhalten wurde.
(3) FeNW
34,2 Masseteile (172 Molteile) Eisen(II)-chlorid-Tetrahydrat wurden in 1195,8 Masseteilen Wasser gelöst, in einen Magnetkreis mit einem Magnetfeld von 130 mT in der Mitte gebracht, wobei das Bubbling mit Stickstoffgas eingeleitet wurde. 10 Minuten nach dem Einleiten des Bubblings wurde das Tröpfeln von 730 Masseteilen einer wässrigen Lösung von 28,0 Masseteilen (740 Molteilen) Natriumborhydrid gelöst in Wasser gestartet wurde. Dem 15 Minuten dauernden Tröpfeln bei Raumtemperatur folgten 10 Minuten Ruhezeit.
Danach wurden das Anlegen des Magnetfelds und das Bubbling mit Stickstoffgas eingestellt, um dann die Reaktionslösung zur Verdünnung in 1000 Masseteile Wasser zu gießen. Das Anlegen des Magnetfelds und das Bubbling mit Stickstoffgas wurden eingestellt, wobei der entstandene schwarze Festkörper mit einem PTFE-Filter von T100A090C gefiltert und gesammelt, mit Wasser und Methanol jeweils dreimal gewaschen und 24 Stunden lang vakuumgetrocknet wurde, womit der Nanodraht erhalten wurde.
(4) NiNW
10,0 Masseteile (42,1 Molteile) Nickelchlorid-Hexahydrat und 0,935 Masseteile (3,18 Molteile) Trinatriumcitrat-Dihydrat wurden in Ethylenglykol gelöst, um 500 Masseteile zuzubereiten.
2,50 Masseteile (62,5 Molteile) Natriumhydroxid wurde in Ethylenglykol gelöst, um 442 Masseteile zuzubereiten.
Die beiden Flüssigkeiten wurden gemischt und in einen Magnetkreis mit einem Magnetfeld von 130 mT in der Mitte gebracht, und 55,0 Masseteile (904 Molteile) 28%iges Ammoniakwasser und 2,50 Masseteile (49,9 Molteile) Hydrazinmonohydrat in der Reihenfolge zugegeben und 15 Minuten lang bei 90 bis 95°C erhitzt.
Danach wurde das Anlegen des Magnetfelds eingestellt, wobei der entstandene schwarze Festkörper mit einem PTFE-Filter von T100A090C gefiltert und gesammelt, mit Wasser und Methanol jeweils dreimal gewaschen und 24 Stunden lang vakuumgetrocknet wurde, womit der Nanodraht erhalten wurde.
(5) AgNW
Aus der Nanodraht-Dispersion der Fa. Sigma-Aldrich wurde er mit einem PTFE-Filter von T100A090C gefiltert und gesammelt, anschließend mit Wasser und Methanol jeweils dreimal gewaschen und 24 Stunden lang vakuumgetrocknet, womit der Nanodraht erhalten wurde.
(6) NiP
Ni-Teilchen der Fa. Sigma-Aldrich (Durchmesser von 1 µm oder weniger)

Die Kennwerte der verwendeten Nanodrähte und -teilchen sind in Tabelle 1 angegeben.
[Tabelle 1]

	Nanodraht							Nanodrahtdurchmesser
	Zusammensetzung					Mittlere Länge (Aspektverhältnis)	Form	A/B Mittelw.	A Mittelw. (nm)	B Mittelw. (nm)
	Spezies	Gehalt (Masse-%)	Spezies	Gehalt (Masse-%)	Sonstiges (Masse-%)	Mittlere Länge (Aspektverhältnis)	Form	A/B Mittelw.	A Mittelw. (nm)	B Mittelw. (nm)
Fe20NW	Fe	19,8	Ni	75,4	4,7	11 µm (122)	verbundene Teilchen	1,4	90	64
Fe80NW	Fe	75,4	Ni	19,7	4,9	12 µm (126)	verbundene Teilchen.	1,2	95	83
FeNW	Fe	95,1		-	4,9	16 µm (108)	verbundene Teilchen	1,6	148	93
NiNW	Ni	93,7	-	-	6,3	24 µm (279)	verbundene Teilchen	1,5	86	57
AgNW	Ag	98,2	-	-	1,8	28 µm (218)	Stab	1,0	128	128
NiP	Ni	97,4	-	-	2,6	5 µm (1)	Teilchen	-	-	-

In Tabelle 1 bezieht sich die mittlere Länge von NiP auf die maximale Länge des Teilchens.
Das Aspektverhältnis von NiP bezieht sich auf die maximale Länge/die minimale Länge des Teilchens.
Dabei bezieht sich die maximale bzw. minimale Länge des Teilchens auf die maximale bzw. minimale Länge bei einem Durchmesser auf dem REM-Bild, der durch den Schwerpunkt des Teilchens läuft. Der Schwerpunkt ist der Punkt, an dem ein in dem Umriss des jeweiligen Teilchens zugeschnittenes homogenes Material (z. B. Papier) im Gleichgewicht punktuell getragen wird.
B-2. Bindemittel
(1) Siliconmischharz
Harz gemischt aus Fa. Momentive TSE3450 / Fa. Momentive TSE3450 = 10/1
(Massenverhältnis)
(2) Epoxidharz
Harz gemischt aus Fa. DIC EXA-4850-150 / Triethylentetetramin - 12/1
(Massenverhältnis)
(3) Fluorpolymer
Fa. AGC EA-2000. In der vorliegenden Erfindung in Toluol suspendiert verwendet.
Ausführungsbeispiel 1
65,0 Masseteile Fe20NW und 35,0 Masseteile Siliconmischharz wurden gemischt, und durch Formen mittels einer Tisch-Handpresse wurde eine Folie (Werkstoff zur Abschirmung) von 12 cm × 12 cm mit einer Dicke von 0,5 mm gefertigt.
Ausführungsbeispiel 2
3,00 Masseteile Fe20NW und 7,00 Masseteile Siliconmischharz wurden gemischt, und durch Formen mittels einer Tisch-Handpresse (Fa. Noda, RC-2000) wurde eine Folie (Werkstoff zur Abschirmung) von 12 cm × 12 cm mit einer Dicke von 0,4 mm gefertigt.
Ausführungsbeispiel 3
1,00 Masseteile Fe20NW und 9,00 Masseteile Siliconmischharz wurden gemischt, und durch Formen mittels einer Tisch-Handpresse wurde eine Folie (Werkstoff zur Abschirmung) von 12 cm × 12 cm mit einer Dicke von 0,7 mm gefertigt.
Ausführungsbeispiel 4
0,500 Masseteile Fe20NW und 9,50 Masseteile Siliconmischharz wurden gemischt, und durch Formen mittels einer Tisch-Handpresse wurde eine Folie (Werkstoff zur Abschirmung) von 12 cm × 12 cm mit einer Dicke von 0,4 mm gefertigt.
Ausführungsbeispiel 5
0,100 Masseteile Fe20NW und 9,90 Masseteile Siliconmischharz wurden gemischt, und durch Formen mittels einer Tisch-Handpresse wurde eine Folie (Werkstoff zur Abschirmung) von 12 cm × 12 cm mit einer Dicke von 0,4 mm gefertigt.
Ausführungsbeispiel 6
3,00 Masseteile Fe80NW und 7,00 Masseteile Siliconmischharz wurden gemischt, und durch Formen mittels einer Tisch-Handpresse wurde eine Folie (Werkstoff zur Abschirmung) von 12 cm × 12 cm mit einer Dicke von 0,4 mm gefertigt.
Ausführungsbeispiel 7
1,00 Masseteile Fe80NW und 9,00 Masseteile Siliconmischharz wurden gemischt, und durch Formen mittels einer Tisch-Handpresse wurde eine Folie (Werkstoff zur Abschirmung) von 12 cm × 12 cm mit einer Dicke von 1,8 mm gefertigt.
Ausführungsbeispiel 8
1,00 Masseteile FeNW und 9,00 Masseteile Siliconmischharz wurden gemischt, und durch Formen mittels einer Tisch-Handpresse wurde eine Folie (Werkstoff zur Abschirmung) von 12 cm × 12 cm mit einer Dicke von 1,6 mm gefertigt.
Ausführungsbeispiel 9
1,00 Masseteile NiNW und 9,00 Masseteile Siliconmischharz wurden gemischt, und durch Formen mittels einer Tisch-Handpresse wurde eine Folie (Werkstoff zur Abschirmung) von 12 cm × 12 cm mit einer Dicke von 1,6 mm gefertigt.
Ausführungsbeispiel 10
3,00 Masseteile AgNW und 7,00 Masseteile Siliconmischharz wurden gemischt, und durch Formen mittels einer Tisch-Handpresse wurde eine Folie (Werkstoff zur Abschirmung) von 12 cm × 12 cm mit einer Dicke von 0,4 mm gefertigt.
Ausführungsbeispiel 11
3,00 Masseteile Fe20NW und 7,00 Masseteile Epoxidharz wurden gemischt, und durch Formen mittels einer Tisch-Handpresse wurde eine Folie (Werkstoff zur Abschirmung) von 12 cm × 12 cm mit einer Dicke von 0,4 mm gefertigt.
Ausführungsbeispiel 12
3,00 Masseteile AgNW und 7,00 Masseteile Epoxidharz wurden gemischt, und durch Formen mittels einer Tisch-Handpresse wurde eine Folie (Werkstoff zur Abschirmung) von 12 cm × 12 cm mit einer Dicke von 0,4 mm gefertigt.
Ausführungsbeispiel 13
3,00 Masseteile Fe20NW und 7,00 Masseteile Fluorpolymer wurden gemischt, und durch Trocknen (Entfernen von Toluol) in einer Metallform von 10 cm × 10 cm und thermisches Härten bei 350 °C wurde eine Folie (Werkstoff zur Abschirmung) mit einer Dicke von 0,4 mm gefertigt.
Ausführungsbeispiel 14
1,00 Masseteile Fe20NW und 9,00 Masseteile Fluorpolymer wurden gemischt, und durch Trocknen (Entfernen von Toluol) in einer Metallform von 10 cm × 10 cm und thermisches Härten bei 350 °C wurde eine Folie (Werkstoff zur Abschirmung) mit einer Dicke von 0,4 mm gefertigt.
Ausführungsbeispiel 15
3,00 Masseteile NiNW und 7,00 Masseteile Fluorpolymer wurden gemischt, und durch Trocknen (Entfernen von Toluol) in einer Metallform von 10 cm × 10 cm und thermisches Härten bei 350 °C wurde eine Folie (Werkstoff zur Abschirmung) mit einer Dicke von 0,4 mm gefertigt.
Ausführungsbeispiel 16
1,00 Masseteile NiNW und 9,00 Masseteile Fluorpolymer wurden gemischt, und durch Trocknen (Entfernen von Toluol) in einer Metallform von 10 cm × 10 cm und thermisches Härten bei 350 °C wurde eine Folie (Werkstoff zur Abschirmung) mit einer Dicke von 0,4 mm gefertigt.
Vergleichsbeispiel 1
Durch Formen des Siliconmischharzes mittels einer Tisch-Handpresse wurde eine Folie von 12 cm × 12 cm mit einer Dicke von 0,6 mm gefertigt.
Vergleichsbeispiel 2
Durch Formen von 1,00 Masseteil NiP und 9,00 Masseteilen Siliconmischharz mittels einer Tisch-Handpresse wurde eine Folie von 12 cm × 12 cm mit einer Dicke von 0,6 mm gefertigt.
Vergleichsbeispiel 3
Durch Formen von 3,00 Masseteilen NiP und 7,00 Masseteilen Siliconmischharz mittels einer Tisch-Handpresse wurde eine Folie von 12 cm × 12 cm mit einer Dicke von 0,4 mm gefertigt.
Vergleichsbeispiel 4
Durch Formen von 8,00 Masseteilen NiP und 2,00 Masseteilen Siliconmischharz mittels einer Tisch-Handpresse wurde eine Folie von 12 cm × 12 cm mit einer Dicke von 0,4 mm gefertigt.
Vergleichsbeispiel 5
Durch Formen von 3,00 Masseteilen NiP und 7,00 Masseteilen Epoxidharz mittels einer Tisch-Handpresse wurde eine Folie von 12 cm × 12 cm mit einer Dicke von 0,4 mm gefertigt.
Vergleichsbeispiel 6
Durch Formen von 8,00 Masseteilen NiP und 2,00 Masseteilen Epoxidharz mittels einer Tisch-Handpresse wurde eine Folie von 12 cm × 12 cm mit einer Dicke von 0,4 mm gefertigt.

Die Ausführungen und Bewertungen der erhaltenen Folien sind in Tabellen 2 und 3 dargestellt.
[Tabelle 2]

	Werkstoff zur Abschirmung					Bewertung
	Nanodraht bzw. teilchen			Bindemittel		Flexibili tät	Hitzebeständi gkeit	Abschirmleistung Transmissionsdämpfung		Antireflexeigenschaft Reflexionsgrad
	Art	Gehalt (Masse- %)	Gehalt (Volumen -%)	Art	Gehalt (Masse %)	Flexibili tät	Hitzebeständi gkeit	Min. Transmissionsdäm pfung (dB/mm)	Bewertu ng	Max. Reflexionsg rad (%)	Bewertu ng
Ausführungsbeisp iel 1	Fe20NW 6	65	20	Siliconmisch harz	35	◯	◯	159	⊚⊚	28	⊚
Ausführungsbeisp iel 2	Fe20NW	30	4,7	Siliconmisch harz	70	◯	◯	123	⊚⊚	23	⊚
Ausführungsbeisp iel 3	Te20NW	10	1,3	Siliconmisch harz	90	◯	◯	52	⊚	12	⊚⊚
Ausführungsbeisp iel 4	Fe20NW	5	0,6	Siliconmisch harz	95	◯	◯	32	◯	13	⊚⊚
Ausführungsbeisp iel 5	Fe20NW	1	0,1	Siliconmisch harz	99	◯	◯	22	◯	8	⊚⊚
Ausführungsbeisp iel 6	Fe80NW	30	4,7	Siliconmisch harz	70	◯	◯	110	⊚⊚	19	⊚⊚
Ausführungsbeisp iel 7	Fe80NW	10	1,3	Siliconmisch harz	90	◯	◯	51	⊚	12	⊚⊚
Ausführungsbeisp iel 8	FeNW	10	1,4	Siliconmisch harz	90	◯	◯	53	⊚	12	⊚⊚
Ausführungsbeisp iel 9	NiNW	10	1,2	Siliconmisch harz	90	◯	◯	50	⊚	13	⊚⊚
Ausführungsbeisp iel 10	AgNW	30	3,8	Siliconmisch harz	70	◯	◯	104	⊚⊚	63	×
Vergleichsbeispiel 1	-	-	-	Siliconmisch harz	100	◯	◯	3	×	11	⊚⊚
Vergleichsbeispiel 2	NiP	10	1,2	Siliconmisch harz	90	◯	◯	7	×	16	⊚⊚
Vergleichsbeispiel 3	NiP	30	4,5	Siliconmisch harz	70	◯	◯	9	×	23	⊚
Vergleichsbeispiel 4	NiP	80	31	Siliconmisch harz	20	×	◯	30	◯	59	×

[Tabelle 3]

	Werkstoff zur Abschirmung					Bewertung
	Nanodraht bzw. - teilchen			Bindemittel		Flexibilit ät	Hitzebeständig keit	Abschirmleistung Transmissionsdämpfung		Antireflexeigenschaft Reflexionsgrad
	Art	Gehalt (Masse %)	Gehalt (Volumen- %)	Art	Gehalt (Masse %)	Flexibilit ät	Hitzebeständig keit	Min. Bewertu Transmissionsdämp ng fung (dB/mm)		Max. Bewertu Reflexionsg ng rad (%)
Ausführungsbeispi el 11	Fe20NW	30	4,7	Epoxidh arz	70	◯	◯	110	⊚⊚	23	⊚
Ausführungsbeispi el 12	AgNW	30	3,8	Epoxidh arz	70	◯	◯	102	⊚⊚	61	×
Vergleichsbeispiel 5	NiP	30	4,5	Epoxidh arz	70	◯	◯	7	×	22	⊚
Vergleichsbeispiel 6	NiP	80	31	Epoxidh arz	20	×	◯	29	◯	49	Δ

[Tabelle 4]

	Werkstoff zur Abschirmung					Bewertung
	Nanodraht bzw. - teilchen			Bindemittel		Flexibili tät	Hitzebeständig keit	Abschirmleistung Transmissionsdämpfung		Antireflexeigenschaft Reflexionsgrad
	Art	Gehalt (Masse %)	Gehalt (Volumen- %)	Art	Gehalt (Masse %)	Flexibili tät	Hitzebeständig keit	Min. Transmissionsdäm pfung (dB/mm)	Bewertu ng	Max. Bewertu Reflexionsg ng rad (%)
Ausführungsbeispi el 13	Fe20NW	30	9,8	Fluorpoly mer	70	◯	◯	115	⊚⊚	15	⊚
Ausführungsbeispi el 14	Fe20NW	10	2,7	Fluorpoly mer	90	◯	O	62	⊚	8	@
Ausführungsbeispi el 1.5	NiNW	30	9,4	Fluorpoly mer	70	◯	◯	116	⊚⊚	14	⊚
Ausführungsbeispi el 16	NiNW	10	2,6	Fluorpoly mer	90	◯	◯	60	⊚	8	⊚

Die Folien (Werkstoffe zur Abschirmung) gemäß den Ausführungsbeispielen 1 bis 16, die einen Nanodraht und ein Bindemittel enthielten, waren infolgedessen in der Dämpfung (d. h. Abschirmleistung) für Terahertzwellen gleichermaßen vorzüglich. Dabei war die Abschirmleistung auch bei einer kleinen Zugabemenge des Nanodrahtes hoch, so dass sie auch in Flexibilität und Hitzebeständigkeit als Werkstoff vorzüglich waren.
Zudem wiesen die Folien (Werkstoffe zur Abschirmung) gemäß den Ausführungsbeispielen 1 bis 9, 11 und 13 bis 16, bei denen ein Nanodraht verwendet wurde, dessen Hauptbestandteil ein aus der Gruppe aus Eisen, Nickel und Cobalt ausgewähltes Metall war, infolgedessen einen niedrigen Reflexionsgrad auf, so dass die Terahertzwellen im Inneren des Formkörpers deutlicher ausreichend gedämpft werden konnten.
Die Folien gemäß den Vergleichsbeispielen 1 bis 5, die keinen Nanodraht enthielten, wiesen infolgedessen eine mangelhafte Dämpfung von Terahertzwellen auf.
In den Vergleichsbeispielen 4 und 6 wurde zur Abschirmung von Terahertzwellen die Zugabemenge des Ni-Teilchens erhöht, so dass es an Flexibilität mangelte, und wegen der großen Zugabemenge entstand ein Werkstoff mit einem hohen Reflexionsgrad.
Aus dem Vergleich zwischen den Ausführungsbeispielen 1 bis 3, 6 bis 9, 11 und 13 bis 16 und den Ausführungsbeispielen 4 bis 5, 10 und 12 wird deutlich, dass der erfindungsgemäße Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen durch die Erfüllung der folgenden Bedingungen (A1) und (A2) eine bessere Abschirmleistung und Antireflexeigenschaft (gleichermaßen mit der Note „sehr gut“ oder höher) aufweist:

(A1) Bei dem Nanodraht handelt es sich um einen Nanodraht, dessen Hauptbestandteil Eisen oder Nickel ist;
(A2) Der Gehalt an dem Nanodraht 8 Masse-% oder mehr und weniger als 67 Masse-% beträgt.

Aus dem Vergleich zwischen dem Ausführungsbeispiel 6 und den Ausführungsbeispielen 1 bis 5, 7 bis 12 und 13 bis 16 wird deutlich, dass der erfindungsgemäße Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen durch die Erfüllung der folgenden Bedingungen (B1) und (B2) eine noch bessere Abschirmleistung und Antireflexeigenschaft (gleichermaßen mit der Note „ausgezeichnet“) aufweist:

(B1) Bei dem Nanodraht handelt es sich um einen Nanodraht, dessen Hauptbestandteil Eisen ist;
(A2) Der Gehalt an dem Nanodraht 20 bis 50 Masse-% beträgt.

[Gewerbliche Anwendbarkeit]
Der erfindungsgemäße Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen ist von Nutzen in jeder Anwendung, die mindestens eine (vorzugsweise alle) der Eigenschaften: Hitzebeständigkeit, Flexibilität sowie Abschirmleistung und Antireflexeigenschaft für Terahertzwellen erfordert. Zu den entsprechenden Anwendungen gehören z. B. die Antenneneinheit für die Funkkommunikation; die Erfassungseinheit; die magnetische Feldabschirmung für die Hochfrequenzwellen und; der Absorber für elektromagnetische Wellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2019071426 [0005]

Claims

Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen enthaltend einen Nanodraht und ein Bindemittel.
Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Nanodraht um einen Nanodraht handelt, dessen Hauptbestandteil mindestens ein aus der Gruppe aus Eisen, Nickel und Cobalt ausgewähltes Metall ist.
Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen nach Anspruch 1, wobei die mittlere Länge des Nanodrahtes 5 µm oder mehr beträgt.
Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Nanodraht um einen Nanodraht aus einer Mehrzahl von miteinander verbundenen Teilchen handelt.
Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen nach Anspruch 1, wobei der absolute Betrag der Transmissionsdämpfung elektromagnetischer Wellen in der Bandbreite von 287,5 bis 312,5 GHz 20 dB/mm oder mehr beträgt.
Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen nach Anspruch 1, wobei der Reflexionsgrad elektromagnetischer Wellen in der Bandbreite von 287,5 bis 312,5 GHz weniger als 50 % beträgt.
Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen nach Anspruch 1, wobei der Gehalt an dem Nanodraht weniger als 67 Masse-% beträgt.
Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen nach Anspruch 1, wobei der Gehalt an dem Nanodraht 0,5 Masse-% oder mehr beträgt.
Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Nanodraht um einen Nanodraht handelt, dessen Hauptbestandteil Eisen oder Nickel ist, und der Gehalt an dem Nanodraht 8 Masse-% oder mehr und weniger als 67 Masse-% beträgt.
Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Nanodraht um einen Nanodraht handelt, dessen Hauptbestandteil Eisen ist, und der Gehalt an dem Nanodraht 20 bis 50 Masse-% beträgt.
Antenneneinheit für die Funkkommunikation, in der der Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen nach einem der Ansprüche 1 bis 10 enthalten ist.
Erfassungseinheit, in der der Werkstoff zur Abschirmung von Terahertzwellen nach einem der Ansprüche 1 bis 10 enthalten ist.