JP2009096880A - 赤外線及び荷電粒子を放射する機能素子及び機能製品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 赤外線及び荷電粒子発生体は、半導体粒子を有機複合高分子マトリクスにダブルパーコレーション効果を起こす配合率で配合し、体温程度の低温度加熱での励起で発生した粒子間の電位を積算するように配列加工して作成した。健康医療器具としては、その荷電粒子発生体を金属帯又は非金属帯の人体接触面側に配置して構成した。半導体からの荷電粒子及び赤外線の持続的な多量発生により、顕著な体温上昇効果、血行促進効果が得られる。繊維製品に応用した場合は赤外線及び荷電粒子浸透効果で血流等が増し大きな保温効果が得られる。巨大熱電能は常温付近での温度センサー及び熱発電素子として使用できる。
【選択図】 図1
Description
さらに詳しくは、非相溶性高分子マトリクス複合体の中で配合された半導体粒子が特定の高分子又は高分子の境界に偏在する機能を応用した半導体粒子高分子複合体又は繊維の赤外線及び荷電粒子放射効果を利用した機能素子及び機能製品に関する。
さらに詳しくは、体温又は室温程度の低い温度加熱により半導体粒子から励起された電荷による粒子間の熱起電力を積算した巨大熱起電力発生素子のセンサー応用及びその熱起電力に基づく荷電粒子と赤外線の人体浸透効果を利用した保温用又は健康医療用生体応用機能製品に関するものである。
熱電素子1対では熱起電力が小さいので、半導体薄膜の製造法を利用した複数個の熱電素子を直列接続した複合熱電素子も一部製造され、センサー以外に時計用発電素子としても利用されているが、製造コストが高いので、室温付近で大きな熱起電力の得られる素子が要求されている。
英国科学誌「ネイチャー」 マテリアル 2007.1.21(JST研 究グループ 大田、細野,幾原)
しかしながら、その製造法は、イオンビームスパッタ法等の特別な真空薄膜製造装置を必要とするため、一般家庭の熱センサー及び荷電粒子浸透型機能製品に使用するのは、コスト的に問題があった。
また、薄膜法で作られる熱電素子は、ソリッドで柔軟性がなく、面積の大きいものは作りにくいので、人体に密着して使用する生体応用の機能素子又は機能製品に適用することは難しい場合もある。
Wa > 1 (1)
-1>Wa>1 (2)
Wa<−1 (3)
の3条件が生じ、これにより半導体粒子の分布が決定されることを報告している。
図1に半導体分布図を示すように、(1)と(3)の場合は、半導体粒子CはA又はB高分子の中にのみ優先的に分布し、(2)の場合は、高分子界面に分布する(非特許文献2参照。)。
Polymer Bulletin 25. P265-271 1991 Masao Sumita
本発明に係る機能素子は、半導体粉末を電気絶縁性の複数の非相溶性高分子マトリクス複合材に、複合材に対する半導体粉末の混合率を0.1−10vol%として混合し所定の形状に成型してなるものである。用途により、射出成型、押出成型、紡糸成型等が使用され、温度により励起されて出てくる赤外線及び荷電粒子を利用している機能素子又は機能製品として使用される(請求項1−4)。
サーモエレメント 日刊工業新聞社 ヨッフェ著 坂田訳P58 図2.11
大澤映二 Japan Nanonet Bulletin 108 2006.03.0 8 住友石炭鉱業kk クラスター技術研究会 06.03.27
(1)ポリプロピレンPP+ナノダイヤ粉末
パーコレーション配列
(2)ポリプロピレンPP(80%)+ポリエチレンPE(20%)+ナノダイヤ粉末
ダブルパーコレーション配列
最適配列された試料では、電気伝導度がほぼ電界強度の2乗に比例し、ナノダイヤからの荷電粒子が近接した粒子間での印加電界により加速される空間電荷律則の伝導度特性を示しており、粒子間では電気的にほぼ接続されていることが判る。ダイヤ内での電荷の移動度は1800cm2/V.sec大きく電気伝導度の電界強度依存性には余り寄与しない。
最適配列されてない試料では、発生した電荷が高分子内に充満しており、印加電界で消滅した後は電気的な接続が不充分であるため、電気伝導度は下がる。印加電圧が低い場合は消滅までに時間がかかるので、見掛け上の電気伝導度は大きい。印加電圧が500Vになると、試料(1)ではナノダイヤからの荷電粒子の供給量が不足するので、電界強度依存性は逆の傾向を示すようになる。試料(2)では、絶縁破壊が起こり始め、同様電界強度依存性は逆になる。
Claims (16)
- 半導体粒子を2種又は3種以上の非相溶性高分子に所定の割合で配合し、前記半導体粒子を特定高分子の中又は高分子の境界に分散させてなる赤外線及び荷電粒子放射特性を有する機能素子。
- 請求項1に記載の機能素子を用いて作られた繊維、不織布、糸、織物、編み物などの機能製品。
- 請求項1に記載の機能素子の半導体粒子が加熱されることにより発生する荷電粒子の量子効果に基づく巨大熱起電力を利用した低温用熱電素子。
- 請求項1に記載の機能素子又は請求項2に記載の機能製品の半導体粒子が生体温度により活性化されて発生する荷電粒子及び赤外線を人体に浸透させることを特徴とする機能製品。
- 室温付近で荷電粒子を発生させる活性化エネルギーレベル0.1−0.5eVを有する半導体又は禁制帯を有する半導体を半導体粒子の原料として用い、その半導体粒子を複合高分子絶縁体マトリクスに0.1−10vol%配合することにより、ダブルパーコレーション効果を起こさせて、赤外線及び荷電粒子の放射量を増大させたことを特徴とする請求項1に記載の機能素子。
- 室温付近で荷電粒子を発生させる活性化エネルギーレベル0.1−0.5eVを有する半導体又は禁制帯を有する半導体を半導体粒子の原料として用い、その半導体粒子を複合高分子絶縁体マトリクスに0.1−10vol%配合することにより、ダブルパーコレーション効果を起こさせて、赤外線及び荷電粒子の放射量を増大させたことを特徴とする請求項2に記載の機能製品。
- 室温付近で荷電粒子を発生させる活性化エネルギーレベル0.1−0.5eVを有する半導体又は禁制帯を有する半導体を半導体粒子の原料として用い、その半導体粒子を複合高分子絶縁体マトリクスに0.1−10vol%配合することにより、ダブルパーコレーション効果を起こさせて、赤外線及び荷電粒子の放射量を増大させたことを特徴とする請求項4に記載の機能製品。
- 人体に放射された荷電粒子の運動に影響を及ぼす100−1200Gの磁場が付与されている請求項6又は7に記載の機能製品。
- 半導体粉末として、単元素半導体に属する衝撃波で形成されたダイヤモンド,Ge,Si、化合物半導体に属するInSb,BiTe,PbTe、酸化物半導体に属するCa−Mn,Ca−Cr,Zn,Tiの酸化物、珪化物半導体に属するFeSi2,CoSi等のいずれか1種又は複数種の半導体粉末であることを特徴とする請求項1又は5に記載の機能素子。
- 半導体粉末として、単元素半導体に属する衝撃波で形成されたダイヤモンド,Ge,Si、化合物半導体に属するInSb,BiTe,PbTe、酸化物半導体に属するCa−Mn,Ca−Cr,Zn,Tiの酸化物、珪化物半導体に属するFeSi2,CoSi等のいずれか1種又は複数種の半導体粉末であることを特徴とする請求項2,4,6,7,8のいずれか1項に記載の機能製品。
- 半導体粉末として、単元素半導体に属する衝撃波で形成されたダイヤモンド,Ge,Si、化合物半導体に属するInSb,BiTe,PbTe、酸化物半導体に属するCa−Mn,Ca−Cr,Zn,Tiの酸化物、珪化物半導体に属するFeSi2,CoSi等のいずれか1種又は複数種の半導体粉末であることを特徴とする請求項3に記載の低温用熱電素子。
- 非相溶性高分子は、エポキシ系、アクリル系、カーボネイト系、ナイロン、ビニル系樹脂のいずれかの有機高分子である請求項1又は5に記載の機能素子。
- 非相溶性高分子は、エポキシ系、アクリル系、カーボネイト系、ナイロン、ビニル系樹脂のいずれか有機高分子である請求項2,4,6,7,8のいずれか1項に記載の機能製品。
- 非相溶性高分子は、エポキシ系、アクリル系、カーボネイト系、ナイロン、ビニル系樹脂のいずれかの有機高分子である請求項3に記載の低温用熱電素子。
- 半導体粒子配合の非相溶性高分子群として、ポリエチレン(PE),ポリプロピレン(PP)、ポリメタアクリレート(PMMA)を使用していることを特徴とする請求項1又は5に記載の機能素子。
- 半導体粒子配合の非相溶性高分子群として、ポリエチレン(PE),ポリプロピレン(PP)、ポリメタアクリレート(PMMA)を使用していることを特徴とする請求項2,4,6,7,8のいずれか1項に記載の機能製品。
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