JP2015095638A

JP2015095638A - 電磁波吸収体

Info

Publication number: JP2015095638A
Application number: JP2013236267A
Authority: JP
Inventors: 荻野　哲; Satoru Ogino; 哲荻野; 智一彌田; Tomokazu Iyoda; 香織鎌田; Kaori Kamata; 亘田尻; Wataru Tajiri
Original assignee: SHINNIPPON DENPA KYUSHUTAI KK; Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: SHINNIPPON DENPA KYUSHUTAI KK; Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2013-11-14
Filing date: 2013-11-14
Publication date: 2015-05-18

Abstract

【課題】微小螺旋構造体（螺旋構造のベース）を有効利用すること。
【解決手段】螺旋構造のベースと前記ベースの表面を被覆する電導性層とを有する複数の電波吸収材料と、樹脂との懸濁液に対して、前記各電波吸収材料に対して外力が印加されることによって配向が制御された状態で当該樹脂を硬化させて電磁波吸収体を製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁波吸収体に関し、特に、微小な螺旋構造体であるスピルリナなどを用いた電磁波吸収体に関する。

特許文献１には、本発明者らによる、螺旋形状を有する植物プランクトンに表面改質層を形成した微小螺旋構造体が開示されている。この微小螺旋構造体は、効率的に大量生産可能な微小螺旋構造体を提供するために、螺旋形状を有する植物プランクトンが、アルスロスピラ（Arthrospira）属に属するアルスロスピラ・プラテンシス（Arthrospira Platensis）、アルスロスピラ・マキシマ（Arthrospira Maxima）、アルスロスピラ・サブサルサ（Arthrospira Subsalsa）を含み、スピルリナと称される一群の藍藻類から選択される植物プランクトンであると共に、上記表面改質層が少なくとも１層の金属メッキ層を含むものである。

特開２０１３−１５０００３号公報

しかし、引用文献１に記載された発明は、効率的に大量生産可能な微小螺旋構造体を提供するものの、その結果物についての有効利用については十分に検討がなされていなかった。

そこで、本発明は、微小螺旋構造体（螺旋構造のベース）を有効利用することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明者らが種々検討を行なった結果、引用文献１に記載されたような発明は、例えば、アレイアンテナのように指向性を有するアンテナなどの電磁波吸収体として好適に用いることができることを発見した。

本発明の電磁波吸収体は、螺旋構造のベースと前記ベースの表面を被覆する電導性層とを有する複数の電波吸収材料を備え、前記各電波吸収材料に対して外力が印加されることによって配向が制御される。

なお、本発明は、前記各電波吸収材料を含む電波吸収層と、前記配向が制御された電波吸収層を挟み込むシート層とを備えてもよいし、前記各電波吸収材料を含む電波吸収ゾルと、前記電波吸収ゾルを収容する容器とを備えてもよい。

また、各電波吸収材料と樹脂との懸濁液に対して、当該各電波吸収材料の配向が制御された状態で当該樹脂を硬化させてもよい。

螺旋構造のベースと前記ベースの表面を被覆する電導性層とを有する複数の電波吸収材料と、樹脂との懸濁液に対して、前記各電波吸収材料に対して外力が印加されることによって配向が制御された状態で当該樹脂を硬化させて電磁波吸収体を製造するとよい。

また、前記ベースとしては、引用文献１で説明されているスピルリナを用いることもできるし、カカオハスク或いはその焼成物を用いることもできる。

本発明は、電波吸収材料を配向制御することが可能となるので、指向性を有する電磁波吸収体を提供することができるという効果を有する。

本発明の実施形態の電磁波吸収体の模式的な製造工程を示す図である。図１（ｄ）に示す電磁波吸収体の拡大写真である。図１（ｄ）に示す電磁波吸収体の拡大写真である。図１（ｃ）に示す磁石３００を図１（ｃ）とは異なる態様で回転させた場合に得られる電磁波吸収体の拡大写真である。図１（ｄ）に示す電磁波吸収体の周波数と透過率との関係を示す図である。図１（ｄ）に示す電磁波吸収体の周波数と透過率との関係を示す図である。図１（ｄ）に示す電磁波吸収体の周波数と透過率との関係を示す図である。図５の実線と破線との差分を示す図である。図６の実線と破線との差分を示す図である。図７の実線と破線との差分を示す図である。

１００混合容器
１１０電磁波吸収材料
１２０液状樹脂
１２０’ 硬化樹脂
１３０懸濁液
２００成形容器
３００磁石

発明の実施の形態

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施形態の電磁波吸収体の模式的な製造工程を示す図である。まず、図１（ａ）に示すように、表面が導電性層によって被覆された複数の電磁波吸収材料１１０と、紫外線又は熱硬化性エポキシ樹脂（例えば、ポリスチレン）などの液状樹脂１２０とを混合容器１００内に投入して、これらを混合した懸濁液１３０を製造する。なお、電磁波吸収材料１１０は、液状樹脂１２０に対して、０．１ｗｔ％〜３ｗｔ％程度（例えば、０．５ｗｔ％）の割合とすればよい。

図１（ｂ）に示すように、つぎに、混合容器１００内の懸濁液１３０を、箱状の成形容器２００に移し替える。この状態では、螺旋構造の各電磁波吸収材料１１０は、それらの軸心方向が整っていない。

ここで、電磁波吸収体の厚さは、電磁波吸収の対象となる周波数帯域に影響を及ぼす。ＴＨｚ帯域の電磁波を効率よく吸収するためには、液状樹脂１２０の物性、電磁波吸収体自体の厚さによる多重散乱、マトリックスの屈折率などにもよるが、本実施形態の場合には、電磁波吸収体の厚さが０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度（例えば、０．４ｍｍ）の厚さとすることが好ましい。電磁波吸収体の厚さは、成形容器２００の底から懸濁液１３０の液面までの高さと同じとなるので、この条件で、成形容器２００に移し替える懸濁液１３０の量を決定すればよい。

図１（ｃ）に示すように、その後、成形容器２００の例えば上側に、Ｓ極面が上側になる態様で磁石３００を配置して、それを図示する方向に、Ｓ極面が上側、下側、上側・・・と交互に入れ替わる態様で回転させる。この結果、螺旋構造の各電磁波吸収材料１１０は、導電性層が磁石３００の影響を受けて、それらの軸心方向が、磁石３００の回転軸に対して例えば直交方向に向くことになる。すなわち、ここでは、各電波吸収材料１１０の配向制御を、磁石３００による磁場によって行っている。

なお、磁石３００の条件は、成形容器２００の大きさにも左右されるが、一例を示すと、３０ｍｍ×３０ｍｍ×１５ｍｍ程度の大きさで、磁束密度が３５０ｍＴ〜４５０ｍＴ程度で、ネオジムなどの希土類磁石を、懸濁液１３０の液面から１ｃｍ〜３ｃｍ程度上方で、５００ｒｐｍ〜７００ｒｍｐ程度の速度で回転させればよい。

なお、各電磁波吸収材料１１０は、単位長あたりの巻き数により、磁石３００の影響を受けた場合に、それらの軸心方向が、磁石３００の回転軸に対して沿った方向に向くことになる。具体的には、各電磁波吸収材料１１０は、相対的に巻き数が少ないときは、それらの軸心方向が磁石３００の回転軸に沿った方向に向くことになり、相対的に巻き数が多いときは、それらの軸心方向が磁石３００の回転軸に対して直交方向に向くことになる。

図１（ｄ）に示すように、その後に、液状樹脂１２０に対して所要の硬化処理を行えば、硬化樹脂１２０’となる。こうして、シート状の電磁波吸収体が完成する。電磁波吸収体は必要に応じて、表面をシート層で覆うことで強度向上、防水効果向上等を図ってもよい。

つぎに、図１に示す電磁波吸収材料１１０の製造方法について説明する。まず、電磁波吸収材料１１０は、螺旋構造のベースと当該ベースの表面を被覆する電導性層とを有する。電磁波吸収材料１１０の製造方法は、本明細書に引用により取り込んだものとする特許文献１に記載してあるものと同様でよい。

一例を挙げると、ベースには、アルスロスピラ（Arthrospira）属に属するアルスロスピラ・プラテンシス（Arthrospira Platensis）、アルスロスピラ・マキシマ（Arthrospira Maxima）、アルスロスピラ・サブサルサ（Arthrospira Subsalsa）を含み、一般にスピルリナと称される一群の藍藻類、或いは、スピルリナと同様に螺旋構造を有するカカオハスク或いはその焼成体を用いることができる。

ベース材料としてスピルリナを用いる場合には、培養液中の各種イオンが、後に続く工程に残存することによる弊害を排除するため、例えば、開口寸法２５μｍ以下のメッシュフィルタに保持しつつ流水にて濾過洗浄を行えばよい。次いで、スピルリナをエチルアルコールに投入して外膜の除去を行ったり、ホルマリン、グルタルアルデヒドなどのアルデヒド誘導体を用いて、スピルリナの細胞表面のタンパク質中のアミノ酸架橋により、形状維持を行ったりすることができる。

これにより、粘膜状の外膜溶解物が集合して多数の浮遊片を形成するとともに、色素および細胞質の一部がエチルアルコール中に溶出するので、これらの混合物を含む溶液を、例えば開口寸法２５０μｍ以上の粗いメッシュフィルタに通し、スピルリナを透過させ、かつ、細胞質および外膜溶解物を捕集する。そのスピルリナを含むエチルアルコールは、例えば、開口寸法２５μｍ以下の細かいメッシュフィルタによって、色素成分を含むエタノールと分離すれば、スピルリナを捕集することができる。

上記ベースを被覆する電導性層は、例えば、ニッケル、銀、コバルト、酸化鉄などをメッキすることによって形成することができる。電導性層は、電波吸収材料１１０の配向制御に寄与する。本実施形態では、電波吸収材料１１０に対して外力を印加することによって、その配向制御を行う。

この外力としては、磁場、電場、流動場などが考えられる。なお、磁場によって配向制御を行う場合にはニッケルを用い、電場によって配向制御を行う場合には銀を用い、流動場によって配向制御を行う場合には特段材料は選ばないがニッケル、コバルト、又は酸化鉄を用いるとよい。

つぎに、ベースを電導性層によって被覆する手法について説明する。概略としては、ベースに対して、奥野製薬工業社製のＯＰＣ−５０インデューサＡ，Ｃ及びＯＰＣ−１５０クリスターＭＵ（いずれも商品名）、又は、メルテックス社製のメルプレートアクチベータ７３３１（商品名）などの所望の触媒を付与した後、奥野製薬工業社製のトップケミアロイ（商品名）、又は、メルテックス社製のメルプレートＮＩ−８７１（商品名）ニッケルメッキ液等に投入し、ニッケル無電解メッキを行う。ニッケルメッキ層の膜厚は４００ｎｍ〜１μｍ程度でよい。

図２，図３は、図１（ｄ）に示す電磁波吸収体の拡大写真である。図２には相対的に巻き数が少ない電磁波吸収材料１１０を用いた場合の電磁波吸収体の拡大写真を示し、図３には相対的に巻き数が多い電磁波吸収材料１１０を用いた場合の電磁波吸収体の拡大写真を示している。

なお、図２に示す電磁波吸収材料１１０は、螺旋構造としての全長が約１８４μｍ、直径が約２３μｍ、１巻き分の長さが約５８μｍ、ピッチ角が約３９°であった。また、図３に示す電磁波吸収材料１１０は、螺旋構造としての全長が約１４１μｍ、直径が約４２μｍ、１巻き分の長さが約１６μｍ、ピッチ角が約７°であった。

図２と図３とを対比すると、電磁波吸収材料１１０の軸心は、図２の場合には図面上下方向に沿って配向され、図３には図面左右方向に沿って配向されていることがわかる。

図４は、図１（ｃ）に示す磁石３００を図１（ｃ）とは異なる態様で回転させた場合に得られる電磁波吸収体の拡大写真である。図４に示す電磁波吸収体は、磁石３００を図１（ｃ）に示す態様からＳ極面が右側になる態様で磁石３００を配置して、その回転軸を混合容器１００の面方向に対して垂直方向として、Ｓ極面が右側、左側、右側・・・と交互に入れ替わる態様で回転させることによって配向制御を行っている。

図４によれば、この電磁波吸収体は、電磁波吸収材料１１０の軸心が図面の手前奥方向に沿って配向されていることがわかる。

図５〜図７は、図１（ｄ）に示す電磁波吸収体の周波数と透過率との関係を示す図である。本実施形態では、電場ＥをＸ軸方向とし、磁場ＨをＹ軸方向とし、Ｘ軸及びＹ軸に対する直交方向をＺ軸とした際に、これらの３軸方向の各々に沿って電磁波吸収材料１１０の軸心が並行となる方向に電磁波吸収体を配置した場合における、周波数と透過率との関係を測定した。

なお、図５〜図７の横軸には周波数［ＴＨｚ］を示しており、ここでは２．５［ＴＨｚ］以下の測定結果を示す。また、図５〜図７の縦軸には周波数が２．５［ＴＨｚ］の領域における透過率を示している。さらに、図５〜図７における実線は、螺旋構造の電磁波吸収材料１１０が左巻きのもののみを用いて製造した電磁波吸収体の測定結果を示している。ここでは、電磁波吸収体に対して直線偏波を入射して、電磁波吸収体を透過した透過波の左円偏波成分（実線で示す）及び右円偏波成分（破線で示す）を測定している。

図５は、Ｘ軸方向に電磁波吸収材料１１０の軸心が並行となる方向に電磁波吸収体を配置した場合の周波数と透過率との関係を示す図である。図５に示すように、実線で示す電磁波吸収材料１１０を用いて製造した電磁波吸収体の左円偏波成分は、全体的に見ると、周波数帯域に拘わらず、透過率は約１０^{−０．２５}〜約１０^−０．９の間で、やや右肩下がりのグラフとなっていることがわかる。

これに対して、破線で示す電磁波吸収材料１１０を用いて製造した電磁波吸収体の右円偏波成分では、全体としてみれば、周波数帯域に拘わらず、透過率は約１０^−０．１〜約１０^−０．８の間で、ほぼ横ばいではあるが、若干、右肩下がりのグラフとなっていることがわかる。

図６は、Ｙ軸方向に電磁波吸収材料１１０の軸心が並行となる方向に電磁波吸収体を配置した場合の周波数と透過率との関係を示す図である。図６に示すように、実線で示す電磁波吸収材料１１０を用いて製造した電磁波吸収体の左円偏波成分は、周波数帯域が０［ＴＨｚ］から約１．５［ＴＨｚ］までの間では急激な右肩下がりで透過率は１０^０から１０^{−０．９５}程度に達し、周波数帯域が約１．５［ＴＨｚ］を越えてからは横ばいのグラフとなっていることがわかる。

また、破線で示す電磁波吸収材料１１０を用いて製造した電磁波吸収体の右円偏波成分は、周波数帯域が０［ＴＨｚ］から約１．３［ＴＨｚ］までの間ではやや急激な右肩下がりで透過率は１０^０から１０^{−０．８５}程度に達し、周波数帯域が約１．３［ＴＨｚ］を越えてからは横ばいのグラフとなっていることがわかる。

図７は、Ｚ軸方向に電磁波吸収材料１１０の軸心が並行となる方向に電磁波吸収体を配置した場合の周波数と透過率との関係を示す図である。図７に示すように、実線で示す電磁波吸収材料１１０を用いて製造した電磁波吸収体の左円偏波成分は、周波数帯域が０［ＴＨｚ］から約１．３［ＴＨｚ］までの間では急激な右肩下がりで透過率は１０^０から１０^−０．９程度に達し、周波数帯域が約１．３［ＴＨｚ］を越えてからはやや急激な右肩上がりのグラフで透過率は１０^−０．６程度に達していることがわかる。

また、破線で示す電磁波吸収材料１１０を用いて製造した電磁波吸収体の右円偏波成分は、周波数帯域が０［ＴＨｚ］から約１．８［ＴＨｚ］までの間ではやや急激な右肩下がりで透過率は１０^０から１０^−０．９程度に達し、周波数帯域が約１．８［ＴＨｚ］を越えてからはやや急激な右肩上がりで透過率は１０^−０．８程度に達していることがわかる。

なお、比較のため、シート状の効果樹脂１２０’に対する周波数と透過率との関係についても測定したが、周波数帯域に拘わらず、透過率は１０^０から１０^−３の範囲で横ばいであった。

図８〜図１０は、それぞれ、図５〜図７の実線と破線との差分を示す図である。図８〜図１０の横軸には周波数［ＴＨｚ］を示しており、ここでは２．５［ＴＨｚ］以下の測定結果を示す。また、図８〜図１０の縦軸には、周波数が２．５［ＴＨｚ］の領域における楕円率を示している。

図８〜図１０を対比すると、図８に示すＸ軸方向に電磁波吸収材料１１０の軸心が並行となる方向に電磁波吸収体を配置した場合の差分と、図９に示すＹ軸方向に電磁波吸収材料１１０の軸心が並行となる方向に電磁波吸収体を配置した場合の差分とは、いずれも、右肩上がりのグラフとなり、これらの間には特段大きな差異は見受けられなかった。

これに対して、図１０に示すＺ軸方向に電磁波吸収材料１１０の軸心が並行となる方向に電磁波吸収体を配置した場合の差分については、上記の２つのグラフとは異なり、周波数が１．５「ＴＨｚ」付近まで増大し、ピークを越えた後に減少に転じているというグラフになることがわかる。

以上、本実施形態では、図１に示す手法によって電磁波吸収体を製造する例を説明したが、これに代えて、各電波吸収材料１１０をゾル液に混合させ、かつ、その電波吸収ゾルを例えばシート状の容器に収容することもできる。

この場合には、普段は指向性とは無関係に電磁波吸収を行いたいときは、電磁波吸収体をそのまま用い、一方で、指向性を活かして電磁波吸収を実現したいときは、電波吸収材料１１０に対して外力を印加して、電波吸収材料１１０の配向制御を行えばよい。

Claims

螺旋構造のベースと前記ベースの表面を被覆する電導性層とを有する複数の電波吸収材料を備え、前記各電波吸収材料に対して外力が印加されることによって配向が制御される電磁波吸収体。
前記配向が制御された各電波吸収材料を含む電波吸収層と、前記電波吸収層を挟み込むシート層とを備える、請求項１記載の電磁波吸収体。
前記各電波吸収材料を含む電波吸収ゾルと、前記電波吸収ゾルを収容する容器とを備える、請求項１記載の電磁波吸収体。
前記各電波吸収材料と樹脂との懸濁液に対して、当該各電波吸収材料の配向が制御された状態で当該樹脂を硬化させる、請求項１記載の電波吸収層。
前記ベースは、スピルリナ又はカカオハスク或いはその焼成物である、請求項１記載の電磁波吸収体。