JP2023167269A - 電磁波吸収体及びその製造方法並びに通信安定空間 - Google Patents
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Abstract
Description
0.005≦σ1/μ1≦0.15・・・(1)
0.01≦σ1/μ1≦0.06・・・(2)
0.005≦σ1/μ1≦0.15・・・(1)
0.005≦σ1/μ1≦0.15・・・(1)
[第一実施形態]
以下、第一実施形態に係る電磁波吸収体について説明する。図1は、本実施形態に係る反射型の電磁波吸収体を模式的に示す断面図である。この図に示す電磁波吸収体10はフィルム状又はシート状であり、抵抗層1と、誘電体層2と、反射層3とをこの順に備える積層体である。なお、フィルム状の電磁波吸収体は、例えば、全体の厚さが24~250μmである。他方、シート状の電磁波吸収体は、例えば、全体の厚さが0.25~7.1mmである。
抵抗層1は外側から入射してきた電磁波を誘電体層2へと至らしめるための層である。すなわち、抵抗層1は、インピーダンスマッチングをするための層である。
誘電体層2は、厚さに分布がある。そのため、複数の周波数の電磁波は、互いに干渉して相殺される傾向にある。更に、誘電体層2は、σ1/μ1が0.005以上0.15以下である。これにより、電磁波吸収体10は、十分な反射減衰量を有しつつも、吸収可能な電磁波の帯域幅が広いものとなる。
反射層3は、誘電体層2から入射してきた電磁波を反射させ、誘電体層2へと至らしめるための層である。反射層3の厚さは、例えば、0.1nm~1mmであり、0.1nm~10μmの薄膜又は0.01~0.2mmの箔、0.2mm~1mmの板であってもよい。
以下、第二実施形態に係る電磁波吸収体について説明する。以下で説明がない点については、不整合が生じない限り、第一実施形態に係る電磁波吸収体と同様である。図2は、本実施形態に係る反射型の電磁波吸収体を模式的に示す断面図である。この図に示す電磁波吸収体20は、保護層4と、抵抗層1と、誘電体層2と、反射層3とをこの順に備える積層体である。
保護層4は、例えば、高分子フィルムで構成されている。高分子フィルムの材質としては、例えば、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)、TAC(三酢酸セルロース)、PMMA(ポリメタクリル酸エステル)、PP(ポリプロピレン)、PC(ポリカーボネート)、ETFE(エチレンテトラフルオロエチレン)、PCTFE(ポリクロロテトラフルオロエチレン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)及びPEN(ポリエチレンナフタレート)が挙げられる。
以下、第三実施形態に係る電磁波吸収体について説明する。以下で説明がない点については、不整合が生じない限り、第二実施形態に係る電磁波吸収体と同様である。図3は、本実施形態に係る反射型の電磁波吸収体を模式的に示す断面図である。この図に示す電磁波吸収体30は、保護層4と、抵抗層1と、バリア接着層5と、バリア層6と、誘電体層2と、反射層3とをこの順に備える積層体である。電磁波吸収体30は、バリア接着層5と、バリア層6とを備えることで、誘電体層2による抵抗層1の抵抗増加を抑制し、反射減衰量が大きく帯域幅が広い電磁波吸収体が得られる。
バリア接着層5は、抵抗層1と、バリア層6と密着させるための層である。バリア接着層5は、抵抗層1の抵抗を上昇させないことが好ましい。
バリア層6は、誘電体層2による抵抗層1の抵抗の増加を抑制させるための層である。バリア層6のシート抵抗値は十分に高いことが好ましく、例えば、1.0×106Ω/□以上であることが好ましい。バリア層6のシート抵抗値が1.0×106Ω/□以上であることで、抵抗層1から入射してきた電磁波がバリア層6の表面で反射することを抑制ができる傾向にある。
R1 n(OR2)4-nSi …(1)
[式中、nは0~3の整数を示し、R1及びR2はそれぞれ独立に炭化水素基を示し、好ましくは炭素数1~4のアルキル基を示す。]
上記式(1)で表される化合物としては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、及びジメチルジエトキシシラン等が挙げられる。窒素を含むポリシラザンを使用してもよい。
R1 n(OR2)4-nTi …(2)
[式中、nは0~3の整数を示し、R1及びR2はそれぞれ独立に炭化水素基を示し、好ましくは炭素数1~4のアルキル基を示す。]
上記式(2)で表される化合物としては、例えば、テトラメトキシチタニウム、テトラエトキシチタニウム、テトライソプロポキシチタニウム、及びテトラブトキシチタニウム等が挙げられる。
R1 m(OR2)3-mAl …(3)
[式中、mは0~2の整数を示し、R1及びR2はそれぞれ独立に炭化水素基を示し、好ましくは炭素数1~4のアルキル基を示す。]
上記式(3)で表される化合物としては、例えば、トリメトキシアルミニウム、トリエトキシアルミニウム、トリイソプロポキシアルミニウム、及びトリブトキシアルミニウム等が挙げられる。
R1 n(OR2)4-nZr …(4)
[式中、nは0~3の整数を示し、R1及びR2はそれぞれ独立に炭化水素基を示し、好ましくは炭素数1~4のアルキル基を示す。]
上記式(4)で表される化合物としては、例えば、テトラメトキシジルコニウム、テトラエトキシジルコニウム、テトライソプロポキシジルコニウム、及びテトラブトキシジルコニウム等が挙げられる。
以下、第四実施形態に係る電磁波吸収体について説明する。以下で説明がない点については、不整合が生じない限り、第三実施形態に係る電磁波吸収体と同様である。図4は、本実施形態に係る反射型の電磁波吸収体を模式的に示す断面図である。この図に示す電磁波吸収体40は、保護層4と、抵抗層1と、バリア接着層5と、バリア層6と、第1の接着層7aと、誘電体層2と、第2の接着層7bと、反射層3とをこの順に備える積層体である。
接着層7a,7bは、誘電体層2に接着性や粘着性が低い場合、バリア層6と反射層3と密着させるための層である。
[第一実施形態]
以下、第一実施形態に係る電磁波吸収体10の製造方法について説明する。本実施形態に係る製造方法は、溶融した状態の熱可塑性樹脂を含む組成物を押出すことで誘電体層2を形成する工程を備え、σ1及びμ1が式(1)を満たす。
以下、第二実施形態に係る電磁波吸収体10の製造方法について説明する。以下で説明がない点については、不整合が生じない限り、第一実施形態に係る電磁波吸収体10の製造方法と同様である。本実施形態に係る製造方法は、ウェットコーティングにより誘電体層2を形成する工程を備え、σ1及びμ1が式(1)を満たす。
方法2:表面上に凹凸を有する基材を準備する。誘電体層2を形成する分散液を基材上に塗工して塗膜を形成し、塗膜を乾燥する。
方法3:表面上に凹凸を有しない基材を準備する。誘電体層2を形成する分散液を基材上に塗工して塗膜を形成する。表面に凹凸を有するエンボスロールを塗膜に押し当てることで塗膜に凹凸を付与する。凹凸が付与された塗膜を乾燥する。
方法4:コーティングギャップに分布を有する塗工機を準備する。当該塗工機を用いて誘電体層2を形成する分散液を塗布して塗膜を形成し、塗膜を乾燥する。コーティングギャップは、誘電体層に厚さを付与するための隙間である。本方法によれば、塗工の流れ方向に対して垂直な方向において、凹と凸とが交互に並ぶストライプ状のパターンを有する誘電体層2が形成されうる。
以下、第三実施形態に係る電磁波吸収体30の製造方法について説明する。以下で説明がない点については、不整合が生じない限り、第二実施形態に係る電磁波吸収体10の製造方法と同様である。
以下、第四実施形態に係る電磁波吸収体40の製造方法について説明する。以下で説明がない点については、不整合が生じない限り、第三の実施形態に係る電磁波吸収体30の製造方法と同様である。本実施形態に係る製造方法は、溶融した状態の熱可塑性樹脂を含む組成物を押出すことで誘電体層2を形成する工程を備え、σ1及びμ1が式(1)を満たす。
本実施形態に係る通信安定空間は、物品として電磁波吸収体10,20,30,40を備える。電磁波吸収体10,20,30,40は、様々な物品に適用可能である。物品の具体例として、建装材(例えば、鏡面化粧板、フロアシート及び化粧フィルム)や産業資材(例えば、路面部材、ガードレール、道路標識及び防音壁)が挙げられる。電磁波吸収体10,20,30,40を建装材に適用することで、例えば、オフィスビルや集合住宅で、5G、6Gなどの電磁波を用いた高速無線通信を使用する場合であっても、5G、6G本来の通信速度を維持できる。例えば、電磁波吸収体10,20,30,40を産業資材に適用することで、電磁波の散乱やノイズを抑制することができ、自動運転の安全性向上に寄与できる。
実施例に係る電磁波吸収体を作製するために以下の材料を準備した。
・PETフィルム(厚さ:50μm、東レ株式会社製、商品名「ルミラーS10」)
[抵抗層]
・ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)とポリスチレンスルホン酸(PPS)との混合物(PEDOT/PSS)(ナガセケムテックス株式会社製、商品名「PT-436」)
[バリア粘着層]
・シリコーン粘着剤(信越化学工業社製の商品名「KR-3700」と、同社製の商品名「CAT-PL-50T」と、トルエンとの混合物(配合比は、KR-3700:CAT-PL-50T:トルエン=40:0.2:60、固形分は、20質量%))
[バリア層]
・バリアフィルム(商品名「GL-RD」、凸版印刷社製)
[誘電体層]
・アクリル粘着剤(サイデン化学株式会社製の商品名「OC-3405」と同社製の商品名「K-341」との混合物)
・ウレタン樹脂(商品名「C60A」、BASF社製)
・チタン酸バリウムのナノ粒子(堺化学工業株式会社製、平均一次粒径:100nm)
[接着層]
・エポキシウレタン接着剤(東洋インキ社製の商品名「AD-393」と同社製の商品名「CAT-EP5」との混合物)
[反射層]
・Al蒸着PETフィルム(蒸着層の厚さ:30nm、全体の厚さ:12μm)
PETフィルム(保護層)の表面に、PEDOTとPSSとの混合物(固形分1.3質量%)をバーコーター(番線の番号:「No.30」)で塗工して塗膜を形成した。120℃に設定したオーブンで塗膜を1分間乾燥して抵抗層(厚さ:500nm)を形成し、第1の積層体を得た。
実施例a1と同様にして第3の積層体を得た。次に、誘電体層を以下の方法で得た。すなわち、チタン酸バリウムのナノ粒子と、ウレタン樹脂のペレットとを混合(質量基準の混合比率は、チタン酸バリウムのナノ粒子:ウレタン樹脂=70:30)して攪拌することで混合物を得た。混合物を押出機に投入して100℃で溶融と混錬とを行い棒状に押し出した。棒状の混合物を冷却した後、ペレット状に切断し、マスターバッチを作製した。
ロール間ギャップ290μmに設定したカレンダー成型機で圧延し成型シートを得たこと以外は、実施例a2と同様にして電磁波吸収体を得た。
(実施例a1~a3)
誘電体層から試験片(サイズ:10cm×10cm角)を切り出した。試験片の縦方向及び横方向に2cm間隔で格子状にしたときの交点25点について厚さを測定した。試験片の周縁から1cm未満の領域に交点が含まれないようにした。厚さの測定には、定圧厚さ測定器(株式会社テクロック製)を用いた。25点の厚さの測定値から、その平均値と標準偏差とを算出し、それぞれμ1とσ1とした。結果を表1に示した。
(実施例a1~a3)
低抵抗率計(三菱ケミカルアナリテック株式会社製)を用いて、抵抗層のシート抵抗値を測定した。印加電圧は1000Vで測定した。実施例a1~a3において、抵抗層のシート抵抗値の平均値は、388.4Ω/□であり、標準偏差は10.65であり、平均値を標準偏差で除した値は、2.74であった。
(実施例a1~a3)
各層(保護層、バリア接着層、バリア層、第1の接着層及び第2の接着層)の厚さは、シックネスゲージ(株式会社ミツトヨ製)を用いてJIS B 7503:2011に準拠し、測定した。各層の厚さの平均値、厚さの標準偏差、平均値を標準偏差で除した値をそれぞれ表1に示した。実施例a1~a3で得られた電磁波吸収体の保護層の上記値は同値となった。また、他の層についても同様であった。
(実施例a1~a3)
各層(保護層、バリア接着層、バリア層、第1の接着層、誘電体層及び第2の接着層)の複素誘電率は、TDR測定器(86100B, 54754A アジレント・テクノロジー社製)により周波数1GHzで測定した。保護層、バリア接着層、バリア層、第1の接着層及び第2の接着層の複素誘電率を表1に示した。誘電体層の複素誘電率を表2に示した。実施例a1~a3で得られた電磁波吸収体の保護層の複素誘電率は、同値となった。バリア接着層、バリア層、第1の接着層及び第2の接着層の複素誘電率も同様であった。
(実施例a1~a3)
各実施例で得られた電磁波吸収体について反射減衰量を以下の装置を使用して測定した。
・ベクトルネットワークアナライザ(Keysight PNA N5222B 10MHz-26.5GHz、Virginia DiodesInc、WR12 55-95GHz)
・高周波ネットワークアナライザー(アジレント・テクノロジー製、E8362C)
送信アンテナからミリ波を電磁波吸収体に照射し、電磁波吸収体を反射して受信アンテナに入射するミリ波の強度を測定して減衰量(dB)を求めた。測定対象とした周波数の範囲における反射減衰量の最大値と、この最大値となったときの周波数と、反射減衰量が15dB以上となる帯域幅と、反射減衰量が20dB以上となる帯域幅と、半値幅とを表2に示した。半値幅とは、反射減衰量が最大反射減衰量の半分になるときの帯域幅と定義される。実施例a1は、50~66GHz、実施例a2は、22~33GHz、実施例a3は、60~90GHzの周波数をそれぞれ測定対象とした。実施例a1~a3の結果をそれぞれ図5(a)~(c)に示した。
(実施例b1~b10及び比較例b1~b4)
誘電体層の厚さの分布が反射減衰特性に与える影響をシミュレーションで評価した。シミュレーションソフトは内製のものを使用した。シミュレーションでは、層構成を電磁波の入射側から順に、保護層(誘電体)、抵抗層及び誘電体層(誘電体)とした。シミュレーションのための設定値は、下記のとおりとした。比較例b1、実施例b1、b2の結果をそれぞれ図6(a)~(c)に、実施例b3~b5の結果をそれぞれ図7(a)~(c)に、実施例b6、b7、比較例b2の結果をそれぞれ図8(a)~(c)に、比較例b3、実施例b8の結果をそれぞれ図9(a)、(b)に、実施例b9、b10、比較例b4の結果をそれぞれ図10(a)~(c)に示した。
(設定値)
保護層の厚さの平均値:50μm
保護層の厚さの標準偏差:0
保護層の厚さについて、標準偏差を平均値で除した値:0
保護層の複素誘電率:実部が2.95、虚部が0
抵抗層のシート抵抗値の平均値:表2に示す値。
抵抗層のシート抵抗値の標準偏差:0
抵抗層のシート抵抗値について、標準偏差を平均値で除した値:0
誘電体層の複素誘電率、厚さの平均値、厚さの標準偏差、厚さについて標準偏差を平均値で除した値:表2に示す値。
層構成を電磁波の入射側から順に、保護層(誘電体)、抵抗層、バリア粘着層、バリア層、誘電体層(誘電体)、反射層(短絡)とし、設定値を下記のとおり変更したこと以外は、実施例b1と同様にしてシミュレーションをした。結果を図11(a)に示した。
(設定値)
保護層、バリア接着層、バリア層及び反射層の厚さの平均値、標準偏差及び標準偏差を平均値で除した値:表1に示す値。
抵抗層のシート抵抗値の平均値、標準偏差、標準偏差を平均値で除した値:実施例a1~a3の実測値
誘電体層の複素誘電率、厚さの平均値、厚さの標準偏差、厚さについて標準偏差を平均値で除した値:表2に示す値。
層構成を電磁波の入射側から順に、保護層(誘電体)、抵抗層、バリア粘着層、バリア層、第1の接着層、誘電体層(誘電体)、第2の接着層、反射層(短絡)としたこと以外は、実施例b11と同様にしてシミュレーションをした。第1及び第2の接着層の厚さの平均値、標準偏差及び標準偏差を平均値で除した値の設定値は、表1に示す値とした。実施例b12及びb13の結果をそれぞれ図11(b)及び(c)に示した。
[1]抵抗層と、誘電体層と、反射層とをこの順に備える積層体であり、
誘電体層の厚さの標準偏差をσ1とし、誘電体層の厚さの平均値をμ1としたとき、σ1及びμ1が式(1)を満たす、電磁波吸収体。
0.005≦σ1/μ1≦0.15・・・(1)
[2]誘電体層の複素誘電率の実部が、4以上である、[1]に記載の電磁波吸収体。
[3]抵抗層と、誘電体層と、反射層とをこの順に備える積層体であり、
誘電体層の厚さの標準偏差をσ1とし、誘電体層の厚さの平均値をμ1としたとき、σ1及びμ1が式(2)を満たす、[2]に記載の電磁波吸収体。
0.01≦σ1/μ1≦0.06・・・(2)
[4]μ1が、1.6mm以下である、[1]~[3]のいずれかに記載の電磁波吸収体。
[5]抵抗層のシート抵抗が、200Ω/□以上1400Ω/□以下である、請求項[1]~[4]のいずれかに記載の電磁波吸収体。
[6]抵抗層と、誘電体層と、反射層とをこの順に備える積層体の製造方法であって、
溶融した状態の熱可塑性樹脂を含む組成物を押出すことで誘電体層を形成する工程を備え、
誘電体層の厚さの標準偏差をσ1とし、誘電体層の厚さの平均値をμ1としたとき、σ1及びμ1が式(1)を満たす、電磁波吸収体の製造方法。
0.005≦σ1/μ1≦0.15・・・(1)
[7]抵抗層と、誘電体層と、反射層とをこの順に備える積層体の製造方法であって、
ウェットコーティングにより誘電体層を形成する工程を備え、
誘電体層の厚さの標準偏差をσ1とし、誘電体層の厚さの平均値をμ1としたとき、σ1及びμ1が式(1)を満たす、電磁波吸収体の製造方法。
0.005≦σ1/μ1≦0.15・・・(1)
[8][1]~[5]のいずれかに記載の電磁波吸収体を備える、通信安定空間。
Claims (8)
- 抵抗層と、誘電体層と、反射層とをこの順に備える積層体であり、
前記誘電体層の厚さの標準偏差をσ1とし、前記誘電体層の厚さの平均値をμ1としたとき、前記σ1及び前記μ1が式(1)を満たす、電磁波吸収体。
0.005≦σ1/μ1≦0.15・・・(1) - 前記誘電体層の複素誘電率の実部が、4以上である、請求項1に記載の電磁波吸収体。
- 抵抗層と、誘電体層と、反射層とをこの順に備える積層体であり、
前記誘電体層の厚さの標準偏差をσ1とし、前記誘電体層の厚さの平均値をμ1としたとき、前記σ1及び前記μ1が式(2)を満たす、請求項2に記載の電磁波吸収体。
0.01≦σ1/μ1≦0.06・・・(2) - 前記μ1が、1.6mm以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載の電磁波吸収体。
- 前記抵抗層のシート抵抗が、200Ω/□以上1400Ω/□以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載の電磁波吸収体。
- 抵抗層と、誘電体層と、反射層とをこの順に備える積層体の製造方法であって、
溶融した状態の熱可塑性樹脂を含む組成物を押出すことで前記誘電体層を形成する工程を備え、
前記誘電体層の厚さの標準偏差をσ1とし、前記誘電体層の厚さの平均値をμ1としたとき、前記σ1及び前記μ1が式(1)を満たす、電磁波吸収体の製造方法。
0.005≦σ1/μ1≦0.15・・・(1) - 抵抗層と、誘電体層と、反射層とをこの順に備える積層体の製造方法であって、
ウェットコーティングにより前記誘電体層を形成する工程を備え、
前記誘電体層の厚さの標準偏差をσ1とし、前記誘電体層の厚さの平均値をμ1としたとき、前記σ1及び前記μ1が式(1)を満たす、電磁波吸収体の製造方法。
0.005≦σ1/μ1≦0.15・・・(1) - 請求項1~3のいずれか一項に記載の電磁波吸収体を備える、通信安定空間。
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