JP2005175069A - 赤外線吸収膜 - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明は、真空プロセスを用いずにインクジェット印刷等の低コストなプロセスにより、多孔質材料溶液を印刷、ついで焼成して、金ブラックと同等レベルの低反射率、高吸収率を有する赤外線吸収膜を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明は、多孔質材料を用いてなる赤外線吸収膜に関し、好適にはその多孔質材料は少なくとも数百ｎｍから数μｍの範囲の空孔サイズを有し、カーボンもしくはシリカなどの金属酸化物もしくは有機無機ハイブリッド材料もしくは前記組成のメソポーラス材料からなる。このような赤外線吸収膜は、多孔質材料前駆体溶液を基板上に塗布し、ついで焼成することにより製造される。
【選択図】 図１
【解決手段】 本発明は、多孔質材料を用いてなる赤外線吸収膜に関し、好適にはその多孔質材料は少なくとも数百ｎｍから数μｍの範囲の空孔サイズを有し、カーボンもしくはシリカなどの金属酸化物もしくは有機無機ハイブリッド材料もしくは前記組成のメソポーラス材料からなる。このような赤外線吸収膜は、多孔質材料前駆体溶液を基板上に塗布し、ついで焼成することにより製造される。
【選択図】 図１
Description
本発明は、検出感度の向上した赤外線センサに好適な赤外線吸収膜に関する。
従来、温度変化による電気抵抗値の変化を利用して赤外線を検出する熱型赤外線センサが利用されており、その赤外線検出部は赤外線吸収膜を備える。そして、その赤外線吸収膜としては、赤外線に対して高い吸収効率を有することから金ブラック（金黒）が利用されることが多い（たとえば、特許文献１）。しかしながら、このような金ブラックは、一般的には成膜に蒸着等の真空プロセスが用いられるため、コストが高いという課題があった。
本発明は、真空プロセスを用いずにインクジェット印刷等の低コストなプロセスにより、多孔質材料溶液を印刷、焼成して、金ブラックと同等レベルの低反射率、高吸収率を有する赤外線吸収膜を提供することを目的とする。
本発明は、多孔質材料を用いてなる赤外線吸収膜を要旨とし、好適にはその多孔質材料は少なくとも数百ｎｍから数μｍの範囲の空孔サイズを有し、カーボンもしくはメソポーラス材料からなる。このような赤外線吸収膜は、多孔質材料前駆体溶液を基板上に塗布し、ついで焼成することにより製造される。
本発明によれば、真空プロセスを用いずに金ブラックと同等レベルの低反射率、高吸収率を有する赤外線吸収膜を提供しうる。すなわち、本発明の多孔質材料は、赤外線の波長と同等程度以下の表面凹凸を有することで赤外線の表面反射を抑え、赤外線の波長と同等程度以下の気孔を有することで材料内での乱反射を増加させて実効的な赤外線吸収率を増加させることができる。また、多孔質材料の比熱は低いので、赤外線センサとしての応答性向上も期待できる。
本発明における赤外線吸収膜は多孔質材料を用いてなる。好適には、この多孔質材料の空孔サイズは少なくとも数百ｎｍから数μｍの範囲を有する。このような多孔質材料はカーボンもしくはメソポーラス（細孔径が２〜５０ｎｍ）材料で形成される。
このような多孔質材料を用いた赤外線吸収膜は、好適には多孔質材料前駆体溶液を基板上にインクジェット印刷等により塗布し、ついで焼成することにより得られる。この多孔質材料前駆体溶液としては、たとえばカーボン粒子および樹脂粒子が分散媒体中に分散された溶液、またはメソポーラス骨格材料（たとえば金属アルコキシド）、界面活性剤および水を含む分散媒体中に樹脂粒子を分散した溶液が挙げられる。
本発明の多孔質材料の空孔サイズは上記の樹脂粒子の焼失により決定される。
たとえば、好適にはカーボンの多孔質材料の場合には、以下のような手順で形成される。まず、直径が数百ｎｍから数μｍの範囲のピッチコークス粒子等のカーボン粒子を、同じく直径が数百ｎｍから数μｍの範囲のアクリルやポリスチレン樹脂等の粒子と同体積程度を混合し、これをキシレンやメチルエチルケトン等の分散媒体に分散させてカーボン多孔質材料前駆体溶液とする。ここで、粘度の調整は、粒子と分散媒体の割合を調整することにより行なう。ついで、このカーボン多孔質材料前駆体溶液を、好ましくはインクジェットインクジェット印刷により、精度よく、所望の場所に塗布（印刷）する。塗布は印刷に限らず、各種の塗布方法を採用しうる。これをさらに好ましくは200〜300℃程度で、酸素雰囲気下で焼成することにより、主として分散媒体および樹脂に由来するカーボン質（マトリックス（ペースト）内の樹脂粒子が焼失して上記範囲のサイズを有する空孔が形成され、カーボン粒子が分散した、カーボン多孔質材料膜が形成される。樹脂粒子の種類等により、焼成温度やその昇温速度を適宜選定しうる。得られるカーボン多孔質材料膜の概略を図１に示す（１は基板、２はカーボン粒子、３は形成された空孔および４は形成されたカーボンマトリックスを示す。）。
メソポーラス材料の多孔質材料の場合には、たとえば以下のような手順で形成される。まず、例えば、メソポーラス骨格材料としてのケイ素エトキシドを、界面活性剤と水に混ぜて、これに直径が数百ｎｍから数μｍの範囲の樹脂、たとえばアクリル粒子もしくはポリスチレン粒子を分散させて、シリカ系メソポーラス材料前駆体溶液とする。シリカ系メソポーラス骨格材料としては、ケイ素アルコキシドに限定されず、アモルファスシリカ、アルカリシリケート等も使用しうる。界面活性剤としては、カチオン、アニオン、ノニオン等のいずれでもよいが、好適にはたとえばアルキルトリメチルアンモニウム、ジェミニ界面活性剤、エチレンオキシド/プロピレンオキシド共重合体等が挙げられる。ここで、粘度調整は、界面活性剤と水の量を調整することにより行なう。このシリカ系メソポーラス材料前駆体溶液を、インクジェットインクジェット印刷等により、精度よく、所望の場所に塗布（印刷）する。これをさらに300〜400℃程度で、酸素雰囲気下で焼成することにより、数ｎｍから数十ｎｍの気孔をもつシリカ系メソポーラス材料が形成されるとともに、アクリル粒子やポリスチレン粒子等の樹脂が焼失して数百ｎｍから数μｍの空孔をもつ多孔質材料膜が形成される。得られるシリカ系メソポーラス多孔質材料膜の概略を図１に示す（１は基板、３は形成された空孔および５は形成されたメソポーラス材料マトリックスを示す。）。
本発明においては、上記のケイ素アルコキシド等のメソポーラス骨格材料を変更することにより、各種金属酸化物、カーボン、白金および有機無機ハイブリッド系のメソポーラス材料の多孔質材料が形成可能である。その製法自体は常法によることができ、金属酸化物としては、たとえば酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化ニオブ等が挙げられる。
以上により形成された多孔質材料を用いた膜は、実効的な赤外線吸収率を増加させることができるので、たとえば赤外線センサにおける赤外線吸収膜として有効に使用しうる。
本発明によれば、真空プロセスを用いずに金ブラックと同等レベルの低反射率、高吸収率を有する赤外線吸収膜を提供しうる。この赤外線吸収膜は赤外線センサの検出感度の向上に有用である。
１…基板
２…カーボン粒子
３…空孔
４…カーボンマトリックス
５…メソポーラス材料マトリックス
２…カーボン粒子
３…空孔
４…カーボンマトリックス
５…メソポーラス材料マトリックス
Claims (11)
- 多孔質材料を用いてなる赤外線吸収膜。
- 多孔質材料の空孔サイズが少なくとも数百ｎｍから数μｍの範囲を有する請求項１記載の赤外線吸収膜。
- 多孔質材料がカーボンである請求項１もしくは２記載の赤外線吸収膜。
- 多孔質材料がメソポーラス材料である請求項１〜３のいずれか記載の赤外線吸収膜。
- 多孔質材料前駆体溶液を基板上に塗布し、ついで焼成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の赤外線吸収膜の製造方法。
- 多孔質材料前駆体溶液がカーボン粒子および樹脂粒子が分散媒体中に分散された溶液である請求項５記載の製造方法。
- 多孔質材料前駆体溶液が、メソポーラス骨格材料、界面活性剤および水を含む分散媒体中に樹脂粒子を分散した溶液である請求項５記載の製造方法。
- メソポーラス骨格材料が金属アルコキシドである請求項７記載の製造方法。
- 塗布がインクジェット印刷である請求項５記載の製造方法。
- 多孔質材料の空孔サイズが樹脂粒子の焼失により決定される請求項６〜８のいずれか記載の赤外線吸収膜。
- 請求項１〜４のいずれか記載の赤外線吸収膜を有する赤外線センサ。
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