JP2022179429A - ２次元構造複合材料およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２次元構造材料およびその他の機能性材料の複合材料であって、２次元構造材料に由来する機能性の向上を図りうる２次元構造複合材料およびその製造方法を提供する。【解決手段】２次元構造複合材料は、２次元構造材料粒子２１および機能性材料粒子２２のエアロゾルデポジション膜２０により構成されている。２次元構造材料粒子２１が積層されてｃ軸配向を示す。機能性材料粒子２２が２次元構造材料粒子２１により包摂されている。【選択図】 図１

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り 令和３年８月３１日に、公益社団法人日本金属学会が開催した日本金属学会２０２１年秋期第１６９回講演大会のウェブサイト ｈｔｔｐｓ：／／ｃｏｎｆｉｔ．ａｔｌａｓ．ｊｐ／ｇｕｉｄｅ／ｅｖｅｎｔ／ｊｉｍ２０２１ａｕｔｕｍｎ／ｓｕｂｊｅｃｔ／２Ｌ０１－１０－１０／ｔａｂｌｅｓ？ｃｒｙｐｔｏｌｄ＝において発表 令和３年９月１５日に、公益社団法人日本金属学会が開催した日本金属学会２０２１年秋期第１６９回講演大会のＺｏｏｍ会議室において発表

本発明は、２次元構造複合材料およびその製造方法に関する。

ナノカーボン材料であるグラフェンに代表される２次元構造材料は、ｃ面面内方向には強固な共有結合、ｃ軸方向には比較的弱いファンデルワールス力で結合している層状物質であり、その２次元構造に起因する特異な電子状態からc面内方向へ非常に高い電気伝導率、熱伝導率、機械的強度を示し、導電性材料、電波吸収材料、電子材料、放熱材料、構造材料などとして多岐に渡る応用への期待からカーボン以外の元素からなる２次元構造材料も多数見出されつつある。

１０ＧＨｚ以上の周波数における電磁波吸収性を確保できる電磁波吸収材として、マトリックスと、当該マトリックスに分散している複数の鱗片状グラファイトフィラーと、からなる複合材が提案されている（例えば、特許文献１参照）。鱗片状グラファイトフィラーのベーサル面と複合材の２つの表面のそれぞれとがなす２つの角度のうち、小さい角度の平均角度θが３０°以下に調節されている。

スマートフォンなど移動体通信機器のノイズ抑制に代表される高周波発生源に近い場合（近傍界）で利用する電磁波吸収体の損失は、シート抵抗Ｒ_Ｓで制御可能な渦電流損失と磁性体固有の強磁性共鳴損失があり、特に前者の渦電流損失の影響が大きいことが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１９－１３４０１１号公報 特開２００６－２７９９１２号公報

しかし、熱可塑性樹脂またはエラストマーからなるマトリックスが存在する分だけ、電磁波吸収材におけるフィラーの体積占有率が低くなるため、当該フィラーの電磁波吸収特性が希釈化されてしまう。

２次元構造材料あるいはグラファイトはｃ面内における電気抵抗が低く単体でも電磁波吸収効果が大きいことが知られているが、高抵抗物質と複合化しシート抵抗Ｒ_Ｓの調整を行えば渦電流損失を最大化し、近傍界での電磁波吸収特性を向上させることができる。さらに複合化に磁性体を用いれば、強磁性共鳴損失の効果も付与し特性向上が期待できる。

そこで、本発明は、２次元構造材料およびその他の機能性材料の複合材料であって、２次元構造材料に由来する機能性の向上を図りうる２次元構造複合材料およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の２次元構造複合材料は、
２次元構造材料粒子および機能性材料粒子のエアロゾルデポジション膜により構成され、
２次元構造材料粒子が積層されてｃ軸配向を示し、
機能性材料粒子が２次元構造材料粒子により包摂されている。

本発明の２次元構造複合材料の製造方法は、２次元構造材料粉末および機能性材料の混合粉末をエアロゾルデポジション法にしたがって基板の上に噴射する工程を含んでいる。

当該構成の２次元構造複合材料によれば、マトリックスが存在しない分だけ２次元構造材料および機能性材料粒子の体積占有率の向上が図られる。このため、２次元構造材料に由来する電磁波吸収特性などの機能が希釈化されることなく、かつ、当該機能性材料粒子により当該機能が補助される。

本発明の一実施形態としての２次元構造複合材料の模式的説明図。 ２次元構造複合材料の試料１の走査電子顕微鏡写真。 ２次元構造複合材料の試料１の走査電子顕微鏡写真（高倍率）。 試料１のＸ線回折スペクトルに関する説明図。 試料２のＸ線回折スペクトルに関する説明図。 試料３のＸ線回折スペクトルに関する説明図。 試料４のＸ線回折スペクトルに関する説明図。 試料５のＸ線回折スペクトルに関する説明図。 参考試料１のＸ線回折スペクトルに関する説明図。 参考試料２のＸ線回折スペクトルに関する説明図。 参考試料３のＸ線回折スペクトルに関する説明図。 試料１の磁化曲線に関する説明図。 試料２の磁化曲線に関する説明図。 試料３の磁化曲線に関する説明図。 試料４の磁化曲線に関する説明図。 試料５の磁化曲線に関する説明図。 参考試料１の磁化曲線に関する説明図。 参考試料２の磁化曲線に関する説明図。 参考試料３の磁化曲線に関する説明図。 試料６のＰ_loss／Ｐ_in特性の評価結果に関する説明図。 試料６の反射減衰量Ｓ₁₁の評価結果に関する説明図。 試料６の透過減衰量Ｓ₂₁の評価結果に関する説明図。

（構成）
図１に模式的に示されている本発明の一実施形態としての２次元構造複合材料は、基板１０の上に成膜されたＡＤ膜２０（エアロゾルデポジション膜）により構成されている。ＡＤ膜２０は、ｃ軸配向されて積層された複数の２次元構造材料粒子２１と、当該複数の２次元構造材料粒子２１の間隙を埋めるように配置されている複数の機能性材料粒子２２により構成されている。

基板１０としては、例えば、石英、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素などの各種セラミックス、およびポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、アクリル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、シリコーンゴム、熱分解グラファイトなどのフレキシブルシートからなる群から選択される少なくとも１種の化合物からなる基板が採用される。

ＡＤ膜２０の厚さは、０．１～２０００μｍの範囲、好ましくは１～１０μｍの範囲に含まれている。ＡＤ膜２０の気孔率は１％～１５％の範囲、好ましくは１％～５％の範囲に含まれている。ＡＤ膜のシート抵抗Ｒ_Sは０．１～１０００Ωの範囲、好ましくは１０～２００Ωの範囲に含まれている。ＡＤ膜２０における２次元構造材料粒子２１および機能性材料粒子２２の合計質量に対する機能性材料粒子２２の質量比が０．１～４０質量％の範囲に含まれ、好ましくは５～３５質量％の範囲に含まれ、さらに好ましくは１０～３０質量％の範囲に含まれている。

２次元構造材料粒子２１は、単層２次元構造材料のみならずベーサル面が重なるように積層されている多層２次元構造材料粒子をも包含する概念である。グラフェン、六方晶窒化ボロン（ｈ－ＢＮ）、ＭｏＳ₂などのＴＭＤ、フォスフォレン（黒リン）、導電性の炭化物あるいは窒化物であるＭＸｅｎｅ（マキシン）など単層または多層の２次元構造を有する材料が、２次元構造材料として採用されてもよい。２次元構造材料粒子２１の平均径は、０．１～１００μｍの範囲、好ましくは０．５～５０μｍの範囲、より好ましくは０．５～１０μｍの範囲、さらに好ましくは０．５～５μｍの範囲に含まれ、厚さは０．３～３００ｎｍ（２次元構造材料分子１～１０００層）の範囲、好ましくは０．３～３０ｎｍ（２次元構造材料分子１～１００層）の範囲、さらに好ましくは０．３～１０ｎｍ（２次元構造材料分子１～３０層）の範囲に含まれている。

機能性材料粒子２２としては、例えば、磁性体粒子および／または誘電体粒子が採用される。機能性材料粒子２２の平均粒径は、０．１～１０００μｍの範囲、好ましくは０．５～１００μｍの範囲、好ましくは１～１０μｍの範囲、好ましくは１～５μｍの範囲に含まれ、厚さは１～１００μｍの範囲、好ましくは１～５０μｍの範囲に含まれている。ＡＤ膜原料における２次元構造材料粉末および機能性材料粉末の合計質量に対する機能性材料粉末の質量比が５０～９９．９質量％の範囲に含まれ、好ましくは７０～９９質量％の範囲に含まれ、さらに好ましくは８０～９５質量％の範囲に含まれている。

磁性体としては、例えば、カルボニル鉄微粒子、還元鉄微粒子を含む鉄ベース合金、ストロンチウムフェライト、バリウムフェライト、スピネルフェライトおよびイプシロンフェライトをベースとした各種元素置換化合物からなる群から選択される少なくとも１種の化合物が採用される。ＡＤ膜２０の３～３０ＧＨｚの周波数帯における電磁波吸収特性を向上させる観点から、カルボニル鉄微粒子、ＣｏおよびＴｉを置換したＭ型ストロンチウムフェライト、Ｙ型、Ｚ型のフェロクスプレーナタイプのバリウムフェライトが磁性体として採用されることが好ましい。Ｍ型、Ｙ型、Ｚ型およびスピネルフェライトは通常ＡＤ成膜に伴う機械的衝撃により結晶格子が破壊され磁気特性の劣化をもたらすが、２次元構造材料との複合化により衝撃は緩和され特性劣化を防ぐことができる。ＡＤ膜２０の３５～２２０ＧＨｚのミリ波周波数帯における電磁波吸収特性を向上させる観点から、ガリウム、アルミニウム、ロジウムなどの元素置換をほどこしたイプシロンフェライトが磁性体として採用されることが好ましく、また強磁性と強誘電特性を有するマルチフェロ物質であるため複合的効果も期待できる。

誘電体としては、例えば、チタン酸バリウム、ビスマスフェライト、アルミナに代表されるコランダム構造酸化物、ヘマタイト、マイカ、シリカ、チタニアおよびフラーレンからなる群から選択される少なくとも１種の化合物が採用される。ＡＤ膜２０の１０～２０ＧＨｚの周波数帯における電磁波吸収特性を向上させる観点から、チタン酸バリウムが誘電体として採用されることが好ましい。ＡＤ膜２０の８～１２ＧＨｚの周波数帯における電磁波吸収特性を向上させる観点から、ビスマスフェライトが誘電体として採用されることが好ましく、マルチフェロ物質であるため複合的効果も期待できる。ＡＤ膜２０の渦電流損失を最大化するために各種絶縁性の誘電性微粒子を混合しシート抵抗をあげ２次元構造材料の導電性を制御することが望ましく、特に同じナノカーボンで低密度で絶縁性のフラーレン粉末を用いることが膜質向上の観点からも望ましい。

（製造方法）
本発明の一実施形態としての２次元構造複合材料の製造方法について説明する。

（ＡＤ法による成膜）
真空中において、基板１０の上に、例えば粒径が０．１～５μｍ（平均０．６μｍ）の範囲に含まれる２次元構造材料粉末および機能性材料粉末が別個または共通のノズルから噴射されて基板１０に衝突させられることにより、エアロゾルデポジション（ＡＤ）による成膜が実施される。このＡＤ法により所望の１～２０００μｍの厚さのＡＤ膜２０が形成される。この時の噴射ガス速度は高いことが望ましく、ヘリウムなどの軽元素ガスの利用、ラバールノズルなどの超音速ノズルの利用、あるいは数百度程度まで加熱した高温ガスの利用などによってガス速度を上げて成膜することが望ましく、膜質の改善とともに２次元構造材料の結晶欠陥の改善にも寄与する。２次元構造材料粉末と機能性材料粉末を混合して成膜する場合には事前にミリング、高速ブレンダーなどによって複合化処理を行うことが望ましい。２次元構造材料の結合力が弱く剥離しやすい場合にはポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などの無機材料用バインダを利用することが望ましい。真空チャンバーへの粉末供給は通常シェーカーで行われるが、テーブル式パウダーフィーダーを用いることでより安定した供給が可能となり膜質も安定する。

２次元構造材料およびグラファイトは還元作用があるため、機能性微粒子として鉄などの酸化によって磁気特性が劣化する材料と複合化する場合には、成膜後８００℃以上の高温熱処理によって表面酸化を還元することができるが、フェライトあるいは各種誘電性酸化物と複合化する場合の成膜後高温熱処理は、鉄など構成する純元素まで還元され特性劣化をもたらすため望ましくない。

（試料）

（試料１）
２次元構造材料粉末として、平均粒径ｄが０．６μｍであり、層数ｎが１０以上（ｃ軸方向の厚さが約３．３ｎｍ以上）の粒子数比率が７０％以上であり、かつ、層数ｎが３０以上（ｃ軸方向の厚さが約１０ｎｍ以上）の粒子数比率が９５％以上であるグラフェン粉末（２次元構造材料、グラフェンプラットフォーム社製）が用いられた。この２次元構造材料粉末は、天然グラファイトに対しジェットミルあるいはボールミルの機械的粉砕とプラズマあるいはマイクロ波の物理的エネルギー照射の複合的作用によって層間を剥離させた粉末である。

機能性材料粉末として、粒径Ｄ₅₀が１．８μｍ以下の範囲に含まれているリン酸コートカルボニル鉄（ＣＩＰ）粉末（Ｊｉａｎｇｓｕ Ｔｉａｎｙｉ Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ Ｍｅｔａｌ Ｐｏｗｄｅｒ社製）が用いられた。

ＡＤ膜原料における２次元構造材料粉末および機能性材料粉末の合計質量に対する２次元構造材料粉末の質量比が２０質量％に調整された。石英ＳｉＯ₂からなる３５×３５ｍｍ×厚さ５００μｍの矩形板状基板１０（東芝セラミックス社製）に対して、２次元構造材料粉末および機能性材料粉末が、ＡＤ法にしたがって噴射されることにより、試料１としての膜厚１１６μｍのＡＤ膜２０が作製された。試料１としてのＡＤ膜２０における２次元構造材料粒子２１および機能性材料粒子２２の合計質量に対する２次元構造材料粉末２１の質量比は９０．４質量％で、シート抵抗Ｒ_Ｓは０．６３Ωであった。

事前に２次元構造材料粉末と機能性材料粉末は高速ブレンダーで混合され、シェーカーのガラス容器に封入された。チャンバー内はロータリーポンプで真空排気された後、２０Ｌ／ｍｉｎの流量のヘリウムガスをシェーカーからチャンバーに流し基板上へガス粉末流を吹き付けた。噴射ノズルは１０ｍｍ幅の線状吹き出し口を有し、１ｍｍ／ｓｅｃの速度で基板上をスキャンして成膜を行った。

図２Ａおよび図２Ｂのそれぞれには、試料２の表面の走査電子顕微鏡写真が示されている。白い球状に見えるのがリン酸表面処理を行ったカルボニル鉄微粒子で、それ以外の黒い部分が２次元構造材料である。図２Ｂの拡大図からカルボニル鉄粒子上の一部が半透明の２次元構造材料によって覆われていることが確認できる。Ｘ線回折からｃ軸配向が確認できることから、基板と平行に積層した２次元構造材料層間にカルボニル鉄粒子が入り込んでいると考えられる。

（試料２）
ＡＤ膜原料における２次元構造材料粉末および機能性材料粉末の合計質量に対する２次元構造材料粉末の質量比が１０質量％に調整されたほかは、試料１と同様の成膜条件下で試料２としての膜厚５２４μｍのＡＤ膜２０が作製された。試料２としてのＡＤ膜２０における２次元構造材料粒子２１および機能性材料粒子２２の合計質量に対する２次元構造材料粉末２１の質量比は９０．６質量％で、シート抵抗Ｒ_Ｓは０．１８Ωであった。

（試料３）
ＡＤ膜原料における２次元構造材料粉末および機能性材料粉末の合計質量に対する２次元構造材料粉末の質量比が５質量％に調整されたほかは、試料１と同様の成膜条件下で試料３としての膜厚２４μｍのＡＤ膜２０が作製された。試料３としてのＡＤ膜２０における２次元構造材料粒子２１および機能性材料粒子２２の合計質量に対する２次元構造材料粉末２１の質量比は８０．５質量％で、シート抵抗Ｒ_Ｓは４．１Ωであった。

（試料４）
機能性材料粉末として、粒径が３～４０μｍの範囲（Ｄ₅₀＝７μｍ）に含まれている還元鉄粉末（ＤＯＷＡ-ＩＰクリエーション社製）が用いられたほかは、試料１と同様の成膜条件下で試料４としての膜厚２．８μｍのＡＤ膜２０が作製された。試料４としてのＡＤ膜２０における２次元構造材料粒子２１および機能性材料粒子２２の合計質量に対する２次元構造材料粉末２１の質量比は９６．０質量％で、シート抵抗Ｒ_Ｓは８１．０Ωであった。

（試料５）
機能性材料粉末として、平均粒径が１．１８μｍ、比表面積が２．１７ｍ^２／ｇ、圧縮密度３．２２ｇ／ｃｍ^３のＳｒフェライト粉末（ＤＯＷＡエフテック社製）が用いられたほかは、試料１と同様の成膜条件下でＡＤ法にしたがって、シリコン単結晶基板（アズワン(株)供給）としての基板１０に対して噴射されることにより、試料５としての膜厚９５０μｍのＡＤ膜２０が作製された。試料５としてのＡＤ膜２０における２次元構造材料粒子２１および機能性材料粒子２２の合計質量に対する２次元構造材料粒子２１の質量比は８７．７質量％であった。

（試料６）
２次元構造材料粉末として、試料１の作製に用いられたものと同一のグラフェン粉末と、平均粒径８．０μｍのマキシンＭＸｅｎｅ（Ｔｉ_３Ｃ_２、日本材料技研社製）粉末の混合粉末が用いられた。

ＡＤ膜原料における２次元構造材料粉末および機能性材料粉末ＣＩＰの質量比が、グラフェン２２．５ｗｔ％＋マキシン７．５ｗｔ％＋ＣＩＰ７０ｗｔ％に調整され、基板１０としてアルミナＡｌ_２Ｏ₃からなる３５×３５ｍｍ×厚さ５００μｍの矩形板状基板（日本ファインセラミックス社製）が用いられたほかは、試料１と同様の成膜条件下で試料６としての膜厚３９μｍ、シート抵抗Ｒ_Ｓ＝３８．８ΩのＡＤ膜２０が作製された。

（参考試料１）
試料１～３の作成に際して機能性材料粉末として用いられたリン酸コートカルボニル鉄（ＣＩＰ）粉末が、試料１と同様の成膜条件下でＡＤ法にしたがって、ガラス基板としての基板１０（コーニング社製、ＥａｇｌｅＸＧ）に対して噴射されることにより、参考試料１としての膜厚１．０８μｍのＡＤ膜が作製された。

（参考試料２）
試料５の作成に際して機能性材料粉末として用いられたＳｒフェライト粉末が、参考試料１と同様の成膜条件下でＡＤ法にしたがって、シリコン単結晶基板（アズワン(株)供給）としての基板１０に対して噴射されることにより、参考試料２としての膜厚２．７μｍのＡＤ膜が作製された。

（参考試料３）
試料１～３の作成に際して機能性材料粉末として用いられたリン酸コートカルボニル鉄（ＣＩＰ）粉末と、試料５の作成に際して機能性材料粉末として用いられたＳｒフェライト粉末とが、参考試料１と同様の成膜条件下でＡＤ法にしたがって、シリコン単結晶基板（アズワン(株)供給）としての基板１０に対して噴射されることにより、参考試料３としての膜厚２．３μｍのＡＤ膜が作製された。ＡＤ膜原料におけるリン酸コートカルボニル鉄（ＣＩＰ）粉末と、Ｓｒフェライト粉末との仕込み質量比は０．８：０．２になるように調整された。

（Ｘ線回折スペクトル）
図３Ａ～図３Ｅのそれぞれには、（１）試料１、（２）試料２、（３）試料３、（４）試料４および（５）参考試料１のそれぞれのＸＲＤスペクトルが示されている。図３Ａ～図３Ｄのそれぞれに示されているように、試料１～４のそれぞれのＸＲＤスペクトルには、２次元構造材料粒子２１に由来する（００２）、（００４）および（００６）ピークが存在し他の配向に起因するピークは観測されないことから、いずれの場合も２次元構造材料粒子がｃ軸配向していることがわかる。図３Ｅに示されているように、試料５のＸＲＤスペクトルには、２次元構造材料粒子２１に由来する（００２）および（００４）ピークが存在し他の配向に起因するピークは観測されないことから、２次元構造材料粒子がｃ軸配向していることがわかる。

図４Ａ～図４Ｃのそれぞれには、（１）参考試料１、（２）参考試料２および（３）参考試料３のそれぞれのＸＲＤスペクトルが示されている。図４Ａ～図４Ｃのそれぞれに示されているように、参考試料１～３としてのカルボニル鉄からなるＡＤ膜には（１１０）配向付近にのみ低強度のブロードなハローが確認され、アモルファスライクの結晶性であることがわかる。試料１～５としての２次元構造材料と機能性材料との複合ＡＤ膜には、鉄の複数の結晶性ピークが明瞭に観測され、２次元構造材料によって結晶格子の破壊が緩和されていると考えられる。

（磁化曲線）
図５Ａ～図５Ｅのそれぞれには、（１）試料１、（２）試料２、（３）試料３、（４）試料４および（５）試料５のそれぞれの磁化曲線が示されている。いずれの場合も粒径の小さい場合によく見られる高い飽和磁場が確認されている。試料１～３としてのカルボニル鉄－２次元構造材料複合ＡＤ膜と比較して、試料４としての還元鉄－２次元構造材料複合ＡＤ膜および参考試料１としてのカルボニル鉄ＡＤ膜の磁化は一桁から二桁だけ小さな値となっている。試料４には表面保護層がないために酸化の影響が現われ、参考試料１には２次元構造材料による衝撃緩和効果がないためと考えられる。

図６Ａ～図６Ｃのそれぞれには、（１）参考試料１、（２）参考試料２および（３）参考試料３のそれぞれの磁化曲線が示されている。いずれの場合も粒径の小さい場合によく見られる高い飽和磁場が確認されている。試料５と比較して、参考試料２および参考試料３の磁化は１／２５倍程度の小さな値となっている。参考試料２および参考試料３には２次元構造材料による衝撃緩和効果がないためと考えられる。

（電磁波減衰・透過特性の評価）
各試料をマイクロストリップライン上に固定し１０Ｍ～４０ＧＨｚの周波数範囲でベクトルネットワークアナライザを用いて近傍界でのＰ_loss／Ｐ_in特性が測定された。測定された（１）入射量Ｐ_inに対する当該入射量Ｐ_inおよび透過量の差Ｐ_lossの比率Ｐ_loss／Ｐ_in、（２）反射減衰量Ｓ₁₁および（３）透過減衰量Ｓ₂₁の関係は次式（０１）により表され、反射および透過減衰量が小さく、１に近いＰ_loss／Ｐ_inであるほど良好な特性とされる。

Ｐ_loss／Ｐ_in＝１－（｜Ｓ₂₁｜²＋｜Ｓ₁₁｜²） ‥（０１）。

図７Ａ～図７Ｃのそれぞれには、試料６の当該測定結果（１）～（３）のそれぞれ周波数依存性（１０Ｍ～４０ＧＨｚ）が、基板単独での測定結果（破線）とともに示されている。

（本発明の効果）

（１．ｃ軸配向特性）
本発明における２次元構造材料ベース複合ＡＤ膜の２次元構造材料は、複合化の際の機能性材料粉末の組み合わせに関わらずｃ軸配向するため、ＡＤ成膜は電磁波吸収材料に有利な製造方法であり、電磁波吸収特性を高めるための機能性材料粉末としてカルボニル鉄粉、還元鉄粉、Ｓｒフェライト、εフェライト、フラーレン、アルミナ、チタン酸バリウムなどが適用可能である。２次元構造材料はその特異な化学結合状態の二次元性から、ｃ軸方向と比較してｃ面（ａ－ｂ面）内に極めて高い電気伝導特性を有するため、導電性あるいは電磁波遮蔽・吸収材料として利用可能であるが、同時にｃ面（ａ－ｂ面）内に極めて高い熱伝導特性も有するため、放熱あるいは熱分散シートとしても利用可能である。電磁波吸収・遮蔽特性と熱分散・放熱特性を同時に有することは、データ処理量の増加に伴う電子デバイスの発熱が問題となる５Ｇ、６Ｇ移動体通信機器などへの応用に有利である。カーボンナノチューブと同様に２次元構造複合材料は機械的変形に伴う電気抵抗変化が大きく、圧力あるいは歪みセンサとしても応用可能である。カーボン系材料は、金属・セラミックスなどの無機材料と比較して低密度で軽量化が可能となるため、上記用途に有利となる。

（２．衝撃緩和特性）
Ｍ型のＢａあるいはＳｒフェライトは飽和磁界の大きなハードフェライトであるため、ＳＨＦ帯（３～３０ＧＨｚ）あるいはＥＨＦ帯（３０～３００ＧＨｚ）の高周波数帯における電波吸収材として有望であるが、ＡＤ成膜の際に生じる機械的衝撃によって結晶格子が破壊され保磁力、角型性などの磁気特性が大きく劣化するため、劣化した特性復元のために１０００℃付近までの高温熱処理が必要となるが、ポリイミドなどの低耐熱性のフレキシブルシート上で利用する場合には不利となる。他のカーボン系材料でも同様の効果が報告されているが、２次元構造材料との複合化により機能性材料粒子に衝撃緩和作用が生じていると考えられ、成膜前後でＸ線回折パターンおよび磁気特性にほとんど変化は見られず、成膜後処理が不要となり応用上有利である。

（３．異種材料との複合化あるいは官能基での修飾（－ＣＯＯＨ，－ＮＨ₃）による膜質改善）
２次元構造材料間の結合は比較的弱いファンデルワールス力であるため、２次元構造材料単体では高密度の膜質を得ることは難しいが、異種材料との複合化あるいはカルボニル基（－ＣＯＯＨ）あるいはアミノ基（－ＮＨ₃）などの官能基での修飾により改善される。また、２次元構造材料および機能性材料粒子間の結合力を補強するために、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などのバインダを添加し予備処理した粉体をＡＤ成膜の原料として用いることができ、チタニア（ＴｉＯ₂）微粒子との複合化で色素増感太陽電池への適用も可能である。

（４．複合化した磁性体あるいは誘電体の電波吸収特性への影響）
２次元構造材料は導電性材料であるため渦電流損が電波吸収特性発現に支配的と考えられるが、特定周波数帯域に吸収を持つ磁性体あるいは誘電体との複合化で吸収特性の増強が見込まれる。カルボニル鉄（ｆ_ｒ～３０ＧＨｚ）、Ｓｒフェライト（Ｃｏ，Ｔｉ，Ａｌ置換 ｆ_ｒ＜～８０ＧＨｚ）、εフェライト（Ｇａ，Ａｌ，Ｒｈ置換 ｆ_ｒ＝ ３５～２２０ＧＨｚ）、フラーレン、アルミナ、ＢａＴｉＯ₃（ｆ_ｒ＞１０ＧＨｚ）と、ゴムなどとの混錬シートではフィラー含有量は３０％程度までだが、ＡＤ成膜では１００％も可で、電波吸収特性を高められる。

（本発明の応用分野）
本発明に係る２次元構造複合材料は、１０～３００ＧＨｚの周波数帯域における電波吸収材料として用いられてもよい。５Ｇ・６Ｇ移動体通信、高度道路交通システム（ＩＴＳ）、無線ＬＡＮなどの技術分野に適用できる。１０～４０ＧＨｚ帯域で高いＰ_loss／Ｐ_in特性を有する。本発明に係る２次元構造複合材料は、スマホ内など電子素子の熱分散シートなど、放熱・熱分散材料として用いられてもよい。本発明に係る２次元構造複合材料は、リチウムイオン電池、リチウム空気電池、色素増感太陽電池、スーパーキャパシタなどの電池の電極材料として用いられてもよい。本発明に係る２次元構造複合材料は、ストレッチャブル歪みセンサ、半導体と同程度のゲージ率１００～２００を示し、生体モニタ（脈拍・血圧）、モーションセンサなどの圧力・歪みセンサとして用いられてもよい。

１０‥基板
２０‥ＡＤ膜（２次元構造複合材料）
２１‥２次元構造材料粒子
２２‥機能性材料粒子。

Claims (4)

1. ２次元構造材料粒子および機能性材料粒子のエアロゾルデポジション膜により構成され、
   ２次元構造材料粒子が積層されてｃ軸配向を示し、
   機能性材料粒子が２次元構造材料粒子により包摂されている
   ２次元構造複合材料。
2. 請求項１に記載の２次元構造複合材料において、
   ２次元構造材料粒子および機能性材料粒子の合計質量に対する２次元構造材料粒子の質量比が６０～９９．９質量％の範囲に含まれている
   ２次元構造複合材料。
3. 請求項１に記載の２次元構造複合材料の製造方法であって、
   ２次元構造材料粉末および機能性材料粉末をエアロゾルデポジション法にしたがって基板の上に噴射する工程を含んでいる
   ２次元構造複合材料の製造方法。
4. 請求項３に記載の２次元構造複合材料の製造方法において、
   ２次元構造材料粉末および機能性材料粉末の合計質量に対する機能性材料粉末の質量比が５０～９９．９質量％の範囲に含まれている
   ２次元構造複合材料の製造方法。

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