JP3009763B2

JP3009763B2 - ２重層粒子を用いた電磁波吸収材料

Info

Publication number: JP3009763B2
Application number: JP3243228A
Authority: JP
Inventors: スタンレイチャンバーレインクレイグ; コンネルグレン; チャールズテイトウイリアム
Original assignee: ミネソタマイニングアンドマニュファクチャリングカンパニー
Priority date: 1990-10-02
Filing date: 1991-09-24
Publication date: 2000-02-14
Anticipated expiration: 2015-02-14
Also published as: EP0479438A3; DE69125444T2; DE69125444D1; EP0479438A2; KR920007792A; EP0479438B1; JPH06342993A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は誘電性バインダー中に分
散された散逸粒子(dissipative particles）を含む電磁
波吸収材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】電波吸収材料は、一般に誘電性バインダ
ー材料中に分散された１種以上の散逸粒子を含む。例え
ば、米国特許No. ４，１７３，０１８（Dawson et al.)
は、絶縁性樹脂と直径３μｍの中実鉄球又は合計直径３
μｍについて単一の厚さ１．３μｍの鉄の被膜を持つ直
径０．４μｍの中実ガラス球とからなる材料を開示して
いる。この粒子はこの複合材料の重量の９０％までを占
める。

【０００３】そのようなサイズの実質的に球状の中実粒
子は、しばしば「極小球」と呼ばれる。この極小球の１
つの変形は「極小泡」、ガラスのような材料で作られた
中空極小球である。米国特許No. ４，６１８，５２５
（Chamberlain et al.) に教示されているように、非磁
性金属の単一の薄いフィルム層を、ガラスの極小泡上に
析出させ、これをポリマーバインダー中に分散してもよ
い。

【０００４】ポリマーバインダー中に分散された単一層
状極小球が電磁波遮蔽の用途に用いられて来た。例え
ば、米国特許No. ４，６２４，７９８（Gindrup et a
l.) は、極小球が接触粒子のネットワークを形成して、
電磁波シールドとして働くために充分な導電性を持った
大きな材料、即ち、導電性材料のシートのようなものを
与える複合材料を述べている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は電磁波吸収性
の大きい材料を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の散逸性
粒子及びその中に該散逸性粒子を分散させる誘電性バイ
ンダーを含む非導電性電磁波吸収材料である。散逸性粒
子のどれも、（ａ）核粒子；（ｂ）該核粒子の表面に位
置する散逸性層；及び（ｃ）厚さ０．５〜１０nmの厚さ
で前記散逸層の上に横たわる絶縁層を含む。

【０００７】本発明の１つの好ましい態様は電磁波吸収
タイルである。図１は、この態様の断面図であり、その
ようなタイル１０は、電磁波吸収材料１２を含む。この
吸収材料は随意の第２の構成部分、導電性材料１８の電
磁波入射側（図において上側）に付ける。導電性材料１
８は好ましい。これは、充分に吸収されない電磁波をそ
の材料が吸収材料１２の中へ反射して更に吸収させるか
らである。又、随意のインピーダンス整合材料１６が示
されている。インピーダンス整合材料は好ましい。これ
は、吸収材料１２の電磁波入射側からの入射電磁波の反
射を減らすからである。

【０００８】吸収材料１２は、誘電性バインダー材料１
４中に混合又は押出により分散された２重の層を有する
複数の散逸性粒子１１を含む。２重の層を有する散逸性
粒子のどれも核粒子１３、散逸性層１５、及び絶縁層１
７を持ち、最後のものは最外層である。

【０００９】核粒子の材料は誘電性バインダー材料と同
じであってもよいが、通常は、この２つの材料は同じで
はないであろう。この２つの材料を選ぶ基準が正確に一
致するものではないからである。

【００１０】散逸性層１５は核粒子１３の上に薄膜析出
技術により析出される。絶縁層１７は散逸性層１５の上
に、同様な技術により析出されるか又は散逸性層１５の
反応生成物として形成されうる。この論議の残りは複数
の２重層粒子の各々は本質的に同じ厚さの散逸性層１５
を持つことを仮定する。しかし、このことが必要だとい
う訳ではない。一般に散逸層が厚い程高い周波数のとこ
ろでより多くの電磁波を吸収する。従って、広いバンド
の又は狭いバンドの吸収材料の必要性は、散逸性層の厚
さの適当な分布を示唆するであろう。

【００１１】好ましい核粒子１３は、できるだけ誘電率
が低く、重量が小さい。核粒子１３は本質的に球状粒
子、針状繊維又はフレークであってよい。核粒子サイズ
分布が狭ければ、最適な性能が得られる。従って理想的
なケースでは全ての核粒子１３は同じサイズである。核
粒子１３は、好ましくはセラミック又はポリマー材料か
ら形成される。

【００１２】もし、核粒子１３として本質的に球状の粒
子が用いられるなら、低い誘電率及び低い重量は、（中
実の）極小球でなく、（中空の）極小泡を示唆する。極
小泡に好ましい無機材料はガラスであるが、ポリマー材
料が適当である。ガラス極小泡としては、平均外径が１
０〜５００μｍで、厚さ（内外の平均半径の差）が１〜
２μｍであるのが適当である。好ましい平均外径範囲は
２０〜８０μｍである。好ましいガラス極小泡は、Mine
sota Mining and Manufacturing Company により"SCOTC
HLITE"のブランドで識別されているガラス極小球であ
る。

【００１３】この無機核粒子１３の誘電率を小さくする
他の技術はその密度を小さくすることである。これを行
なう１つの方法は、それらを篩にかけて選抜し篩を通過
しないものをメタノールに浮かばせ、浮かばなかったも
のを捨てることである。密度０．６０ｇ／ccのＳ６０／
１００００"SCOTCHLITE"ブランドの極小泡を３２５メッ
シュのふるい（開口直径４４μｍ）でふるったとき、こ
の方法は、平均直径７０μｍ、直径の９０％は５０〜８
８μｍである極小泡を生じた。（この狭い粒度分布が好
ましいが、メタノール中での浮遊により影響されな
い。）ふるいで選抜された極小泡の約２３重量％（８容
量％）は浮遊しなかった。

【００１４】２重の層を持つ極小泡がバインダー材料へ
の分散を通して損なわれないで残るためには、被覆層の
ない極小泡が、これを好ましくは少なくとも約６．９×
１０ ⁵パスカル（Ｐａ）の圧力をかけたときに、つぶれ
ないで残る程に強くあるべきである。この好ましいタイ
プのＳ６０／１００００"SCOTCHLITE"ブランドのガラス
極小泡は、もっと強く、約６．９×１０⁷Ｐａまでの圧
力に耐える。シリコーンゴムバインダー中にこれらの比
較的強い極小泡を用いる本発明の具体例は、２重層極小
泡の有意の破壊なしに体積添加係数(volume loading fa
ctor) を６０％までにしうる。

【００１５】もし針状繊維が用いられるときは、ポリマ
ー材料を用いうるが、好ましい材料は微粉砕ガラス又は
Minesota Mining and Mannfacturing Company によっ
て"NEXTEL"440(商標）として識別されているセラミック
製品である。最後の繊維は、平均直径８〜１０μｍで、
好ましくはアスペクト比が１〜４０であり、より長い繊
維をかみそりの刃で細断することにより作りうる。無機
フレークが用いられるときは、好ましい材料はマイカで
ある。

【００１６】散逸性層１５は無機材料で、金属でも半導
体でもよい。好ましい材料は、タングステン、クロム、
アルミニウム、銅、チタン、窒化チタン、二珪化モリブ
デン、鉄、亜酸化鉄、ジルコニウム、及びステンレスス
チールである。

【００１７】散逸性層１５は核粒子のサイズに比較して
極めて薄い。金属性導電性を持つ材料については、選ん
だ材料によって、０．０５〜１０nm、好ましくは約０．
４〜２．０nmである。そのような極薄層は“超薄”層又
はフィルムと呼ばれる。金属よりも導電性の低い半導体
材料については、層厚さをそれに釣合うように大きくな
ろう。無機層１５の厚さは、１０％以内に、好ましく
は、５％以内に均一であるべきである。一般にこのこと
は析出速度を下げ、析出時間を長くすることにより達せ
られる。

【００１８】散逸性層１５における材料の量の有効下限
は、材料の種類によって異なる。材料の量が比較的少な
いと、超薄層は形成されないで、核粒子１１の表面の１
以上の所に小さな“ビーズ”を形成する。これは本発明
の吸収性能を低下させる。従って、材料がビーズを形成
する傾向は異なるので、材料の種類によって超薄層を形
成するに必要な材料の量の下限が決まる。従って、本発
明の目的からして、「超薄層」なる用語は基体層（これ
は核材料であってもよく、又他の超薄層であってもよ
い）の上にビーズが形成されるのを避けるに必要な材料
の量を持った層を記述する。

【００１９】超薄層が形成されてもそれは“地続き”
層、即ち、原子サイズより大きな不連続部が層中に存在
するが、その不連続部は基本層表面の実質的部分にビー
ズが形成される程には大きくない層でありうる。しかし
ながら好ましい態様においては、全基体層を連続した殻
で覆うに充分厚いものである。“連続”という用語は原
子サイズの不連続部又はトンネル効果による電子の通過
又は他の現象により導電性が阻害されない程度の小さな
“ピンホール”を持つ超薄層を含む。

【００２０】本発明の電磁波吸収性は、散逸性層１５の
分極に帰せられよう。入射電磁波の電界成分は一方向に
向いているので、散逸層１５内の電子は反対方向に流れ
ようとして、電流を生じ抵抗加熱を生じる。この加熱を
支えるに必要なエネルギーは、この電界から除かれるの
で、入射電磁波は吸収されるのである。

【００２１】しかしながら、散逸層１５中の材料の量が
大き過ぎると、分極効果が起こって抵抗加熱過程の有効
性を減ずる。この電界によって誘起される双極子相互作
用は誘起された電界と反対方向（即ち、入射した電界の
方向と同じ方向）に過剰の材料を分極させ、従って誘導
電流の量を減らす。

【００２２】適当な範囲の厚さを定める方法はパラメー
ター“Ｂ”を考えることである。球状散逸粒子１１につ
いては、Ｂは“バブルパラメーター”として知られてお
り、入射電磁波の周波数と核粒子の半径の積を散逸層の
厚さと該層の伝導率の積で割った比である。一般に適用
することを意図した電磁波周波数と核粒子半径は既知で
あるから、工程条件は散逸層の厚さと伝導率とを調節す
るように変化させる。

【００２３】超薄層の伝導率はその層を作った材料の大
塊伝導率（bulk conductivity)とは同じでない。これは
超薄フィルムの電子の挙動が大塊材料のそれとは本来異
なっていること、及び超薄層中に取込まれた不純物は、
当該材料中に相対的により大きな存在となるため大きな
効果を持つからである。

【００２４】超薄フィルムの伝導率は組成を調節するこ
とにより変えうる（例えば、亜酸化鉄については、析出
室中に導入される酸素の量を調節する。）。金属につい
ては、超薄フィルムの伝導率をほぼ一定に保ち、厚さを
制御する。一般に、厚い層は、高い入射周波数にとって
好ましく薄い層は低い入射周波数にとって好ましい。タ
ングステン層を持つ極小泡については、１〜２０GHz の
範囲に対するＢの最適値は、外径約５０μｍの極小泡上
の厚さ１nmのタングステン層から得られる。

【００２５】絶縁層１７は、好ましくは、酸化アルミニ
ウム、二酸化珪素、酸化ジルコニウム、又は二酸化チタ
ンで作られる。散逸性層１５の材料の選択は絶縁層１７
の材料の選択に影響する。例えば、散逸性層に二珪化モ
リブデンが用いられるときは、絶縁層１７として二酸化
珪素が好ましい材料である。それは二酸化珪素は、第２
の層の直接的析出をしないで二珪化モリブデンの表面の
酸化により形成されうるからである。同様の情況がジル
コニウム上の二酸化ジルコニウム、チタン又は窒化チタ
ン上の二酸化チタンにもあてはまる。勿論、これら全て
の例において絶縁層１７は別個に無機層１５の上に析出
しうる。従って、実際上は、絶縁層１７は、散逸性層１
５の反応生成物であろうが、それは必須ではない。

【００２６】どんな方法で形成しようとも、絶縁層１７
は無機層１５の上に、厚さ１〜１０μｍ、好ましくは約
２μｍで横わる。絶縁層１７は散逸粒子１１を吸収材１
２の中に粒子間接触の可能性はあってもかなり高い容量
充填率で存在せしめうる。そのような接触は、吸収材料
１２が電磁波を吸収するよりは、むしろ反射する導電シ
ートに有効にならせうる。絶縁層１７は又、酸化又は他
の行程による散逸性層１５の退化を防ぐ助けとなる。超
薄金属フィルムは超過時間の酸化をすると予想され、こ
のことは複合材料の誘電率に変化をもたらすだろう。超
薄タングステンフィルムにあっては、粉末の抵抗におけ
る測定可能な変化が、ある場合には数時間の内に生ず
る。亜酸化アルミニウム層を加えると、数カ月又はそれ
以上にわたる誘電率が一定の材料を生じる。散逸性層１
５に関しては、絶縁層１７は地続きであってもよいが、
好ましい態様では連続的なそして厚さの均一な超薄層で
ある。

【００２７】誘電性バインダー１４は、セラミックの、
ポリマーの、又はエラストマーの材料であってよい。高
温にさらす必要のある用途にはセラミックバインダーが
好ましい。一方、ポリマーバインダーはその柔軟性及び
軽さの故に好ましい。多数のポリマーバインダーが適当
で、その中には、ポリエチレン類、ポリプロピレン類、
ポリメチルメタクリレート類、ウレタン類、酢酸セルロ
ース類、エポキシ樹脂類、及びポリテトラフルオロエチ
レン（ＰＴＦＥ）が含まれる。適当なエラストマーバイ
ンダーは天然ゴム類、及び“ＮＥＯＰＲＥＮＥ”（商
標）として知られているポリクロロプレンゴム及びエチ
レンプロピレンジエンモノマーに基づくゴム（ＥＰＤ
Ｍ）のような合成ゴムである。他の好ましいバインダー
は、ＲＴＶ−１１及びＲＴＶ−６１５の名称の下にGene
ral Electric Companyから入手可能なシリコーン化合物
である。

【００２８】この誘電性バインダーは熱硬化性又は熱可
塑性材料から作りうる。熱硬化性材料は一度加熱すると
不可塑的に硬化し、再溶融して再成形することはできな
い。熱可塑性材料はくり返し加熱して再成形可能であ
る。いずれのケースにおいても、この材料は、加熱し、
バインダーの外からの１又はそれ以上の力により型の中
にはめ込む。一般にはこの力は、熱伝導又は圧力による
ものであるが、重力又は真空であってもよい。この点で
は、本発明に適したバインダーは、米国特許No.４，８
１４，５４６（Whitney et al.) に教示された「適合
性」("conformable") 材料とは異なる。この材料は、バ
インダーに内部分子力（伸縮性材料における機械的応力
のようなもの）を要求し、吸収体の形状変化の原因とな
る。

【００２９】多数の種類の接着剤が、必要な熱可塑性又
は熱硬化性を持つ。接着剤は、ある表面と密に接触して
機械的力が接触界面を通して伝えられうるような材料で
ある。適当な熱可塑性及び熱硬化性接着剤としてはポリ
アミド類、ポリエチレン類、ポリプロピレン類、ポリメ
チルメタクリレート類、ウレタン類、酢酸セルロース
類、酢酸ビニル類、エポキシ樹脂類及びシリコーン類が
あるが、これらに限られない。

【００３０】あるいは又は、上記適合性材料も本発明の
他の態様において適当である。例えば、熱可塑性熱収縮
性バインダーがポリエチレン、ポリプロピレン、及びポ
リ塩化ビニルのような架橋された又は配向された結晶性
材料から；又はシリコーン類、ポリアクリレート類、及
びポリスチレン類のようなアモルファス材料から形成さ
れうる。溶媒収縮性の又は機械的に伸縮しうるバインダ
ーは、天然ゴム又は反応性ジエンポリマーのような合成
ゴムのようなエラストマーでありうる。適当な溶媒は芳
香族又は脂肪族炭化水素である。そのような材料の特別
な例は米国特許No. ４，８１４，５４６(Whitney et a
l.)に教示されている。

【００３１】バインダーは均質であるか、又は米国特許
No. ４，１５３，６６１（Ree et al.) に教示されてい
るＰＴＦＥのような相互にからみ合ったフィブリルのマ
トリックスでありうる。一般に、この態様の吸収材は、
２重の層を持つ粒子とＰＴＦＥ粒子の水侵しのペースト
の形成、約５０〜約１００℃での強い混合、約５０〜約
１００℃での２軸カレンダーがけ、及び約２０〜約１０
０℃での乾燥を含むフィブリル化工程において形成され
る。ＰＴＦＥフィブリルと粒子の複合体はＰＴＦＥマト
リックスの高い引張り強度を持つ。

【００３２】有効であるためには、吸収材１２は、電波
伝播の方向に、吸収される波長の約４０分の１（２．５
％）より大きな厚さを持つべきである。本発明は、約２
〜４０GHz の領域においてできるだけ広い入射周波数の
範囲にわたって電波を吸収するのに適当である。これは
約0.2 mmのオーダーより大きな厚さを意味する。一般に
層が厚い程吸収は大きいが、重量が大きくなり柔軟性が
減るのは多数の用途において望ましくない。従って、吸
収される波長の１／４（２５％）までの厚さの層は可能
であるが、それらは好ましくない。例えば、同じ周波数
領域において、この上限厚さは約３７．５mmのオーダー
であるが、厚さ２．０mm又はそれ以下のオーダーの層で
充分な吸収が得られる。

【００３３】吸収材料１２は、比較的低い比重を持ちう
る。その場合には、タイル１０の重量が減るであろう。
カルボニル鉄極小球に基づく複合材についての体積添加
係数は一般には４０〜６５％にわたり、鉄の密度は７．
９ｇ／cm³である。本発明においては体積添加係数は３
０〜６５％の範囲にあるが二重層を持つ粒子の密度はは
るかに小さく０．１０〜０．６０ｇ／cm³の範囲にあ
る。例えば、粒子の体積添加が６０％で比重１．０のバ
インダーからなる吸収材を考えてみよう。もし吸収材が
本発明に従って構成されるならば、本発明吸収材の比重
は０．４０〜０．４６となろう。同様なしかし本発明の
ものでない鉄球を含む吸収材では、比重は、５．１、即
ち本発明吸収材の１１〜１３倍となるであろう。このこ
とは、本発明の粒子上の金属は、非常に効率的に用いら
れていること、即ち、それは本発明吸収材の約０．０１
％（重量基準）に過ぎないが、鉄球を含む本発明のもの
でない吸収材の約９２％（重量基準）である。

【００３４】吸収材料１２は非導電性である。即ち、そ
れは高ＤＣ抵抗率を持つ。この抵抗率が低過ぎると、吸
収材１２は事実上導電性シートとなる。これは電波を吸
収する代わりに反射する。例えば、鉄の抵抗率は室温で
約１０^-5Ω・cmである。一般に絶縁物は抵抗率が１０¹²
Ω・cmで以上である。層を形成した極小球の体積添加が
６０％の吸収材料１２の試料を測定すると抵抗率は室温
で２×１０⁸ Ω・cmより大きく、これらは導電性でない
ことを示した。

【００３５】随意の導電性材料１８として、どんな導電
性材料であっても適当である。吸収材料１２は、これを
導電性材料１８の上に押出し、前者を硬化させることに
より、導電性材料１８に結合させてもよい。多数の熱可
塑性バインダー、特にポリ塩化ビニル、ポリアミド及び
ポリウレタンは押出が適している。導電性材料１８は図
１に示されている平坦なシートの代りに電線又はケーブ
ルであってもよい。押出しの代替としては、接着剤の使
用及び正しい場所への流延を含む工程を含む。

【００３６】本発明のどの態様においても、吸収材の入
射媒体（通常空気）に対するインピーダンス整合をする
ことが好ましいが、必須ではない。インピーダンスマッ
チングは、入射電磁波の吸収層への伝達を最大にする材
料によりなされる。図１の態様において、随意のインピ
ーダンス整合材料１６は、タイル１０の成分として示さ
れている。インピーダンス整合材料１６は吸収材料１２
の電磁波入射側に結合されている。共押出しと接着剤の
使用は、これら材料の結合に適当な方法である。インピ
ーダンス整合材料１６の寸法、重量及び他の性質は、完
全なタイル１０の設計において考慮される。

【００３７】適当なインピーダンス整合層１６は、空気
で満たされた、からのガラス極小球を上述のポリマーバ
インダー材料中に埋め込んだもののような、捕捉された
大量の空気を持つポリマー材料の層である。例えば、適
当なインピーダンス整合材料は、５〜２５容量％のタイ
プＳ６０／１００００“ＳＣＯＴＣＨＬＩＴＥ”ブラン
ドのガラス極小泡をE.I duPont de Nemours Company に
より“ＮＯＲＤＥＬ”のブランドのタイプ１４４０とし
て識別されるＥＰＤＭ樹脂から作られるような合成ゴム
に分散したものからなる。

【００３８】更に各ラミネート層がそれぞれ上述のよう
にして構成されたラミネート構造も可能である。例えば
１つのラミネート層は２重の層を持つガラス極小球を含
む吸収材であり、第２のラミネート層は２重の層を持つ
セラミック繊維を含む吸収材であり、第３のラミネート
層は２重の層を持つ無機薄片を含む吸収材であってもよ
い。好ましくは２〜５層が用いられる。ラミネート構造
の合計厚さは４０cm程度の大きさであってよい。もっと
も、一般に各ラミネート層は上述の厚さ制限に適合する
として。ラミネート構造の使用によって複合構造の吸収
曲線を関心のある特定の周波数範囲及び帯域巾に「適
合」させうる。

【００３９】本発明は図１に示した平坦シートの形であ
る必要はない。円柱状導体のためには、例えば、予め寸
法の決まった柔軟な円筒状さや型吸収材が伸び、割れ、
又は平坦なラミネートシートのラミネートのはがれの可
能性を最小にするために好ましい。この予備成形された
円筒状さやは、その長さに沿ってスリットし殆どゆがみ
なしに導体の廻りに包み（又は導体の長さ方向に滑り込
ませ）、次いでそのまま接着させる。スリットの端部に
より形成される合わせ目はシールさるべきである。

【００４０】

【実施例】材料の正確な選択は、最終的に望まれる吸収
対周波数特性、及び必要な物理的応用にかかっている。
材料の選択は又、以下の実施例に示すように、吸収材を
組立てるに必要な手順と設備を指令する。

【００４１】実施例１〜８（亜酸化アルミニウム及びタングステンの層を持つガラ
ス泡）各例のバッチにおいて、２００c.c.のタイプＳ６
０／１００００“ＳＣＯＴＨＬＩＴＥ”ブランドのガラ
ス極小泡を３２５メッシュ（４４μｍ）のふるいにかけ
た。ふるいを通過しなかった極小泡をメタノールに浮か
べ、浮かばなかったものは廃棄し、残りは空気中で乾燥
した。残った極小球は平均直径が７０μｍで、極小泡の
９０％は５０〜８８μｍで、平均表面積（ＢＥＴ法によ
り測定した）は、０．３３ｍ²／ｇであった。

【００４２】極小球は、米国特許No. ４，６１８，５２
５（Chamberlain,et al)に教示された方法と本質的に同
じ方法で調製した。それらを真空室で転動させながら、
１２０分間タングステン蒸気でスパッタリングによりコ
ートした。このスパッタリングカソードは、水で冷却し
たサイズ１２．７×２０．３cmの長方形ターゲットであ
った。直流プレーナーマグネトロン法を用いたアルゴン
スパッタリングガス圧は０．５３Ｐａで、バックグラウ
ング圧は約１．３３×１０^-3Ｐａであった。第１表に各
例のバッチの各種パラメーターと結果を示す。

【００４３】

【００４４】散逸タングステン層の重量％は、各バッチ
の一部を希薄弗化水素酸に、適当なものとして、硝酸、
塩酸、又は硫酸を組合わせたものに溶解することにより
決定した。得られた溶液を誘導結合形高周波アルゴンプ
ラズマ原子発光分光法により分析した。

【００４５】各タングステン層の平均厚さは金属の重量
％とコートされていない極小泡の比表面積とから次式で
計算した：ｔ＝（１０×Ｗ）／（Ｄ×Ｓ）ここにｔ＝平均層厚さ、nm Ｗ＝層の重量％Ｄ＝層材料の密度（タングステンでは１９．３ｇ／c
m³）Ｓ＝極小球の表面積（ｍ²／ｇ）

【００４６】次いで各バッチをアルミニウムターゲット
を用いて同様の方法でスパッタリングをし、一方では、
室の中へ、粒子の付近へ、速度４．０cc／分で酸素を導
入した。これによって厚さ約２．０nmの非化学量論的酸
化アルミニウムの絶縁層を生じた。

【００４７】この２重層を持った粒子を実験室のへらと
３０mlビーカーとを用いてエポキシバインダー中へ手で
混合した。このバインダー材料は、Minnesota Mining a
nd Manufacturing Companyによって供給されているタイ
プ５“ＳＣＯＴＣＨＣＡＳＴ”（商標）電気用樹脂であ
った。この製品は２部（重量基準）のビスフェノールＡ
のジグリシジルエーテルと１部（重量基準）の芳香油中
２０重量％のジエチレントリアミンの溶液とからなる２
液形室温硬化エポキシである。この混合物を約１０分間
真空下におき、混合しながらとり込まれた空気を除い
た。

【００４８】樹脂中の粒子の体積添加は実施例１及び６
〜８については６０％、実施例２〜５についてはそれぞ
れ５０．０％、５３．５％、５７．０％、及び６０．５
％であった。

【００４９】これら混合物を、１mmのスペーサーを用い
て７５×２５mmの顕微鏡用スライドガラスの間に拡げ、
圧した。そして室温で１２時間硬化させ、その後スライ
ドを取除いた。こうして硬化電波吸収材料の試料８つを
作った。

【００５０】この硬化した複合物をスライドから取除
き、機械で平たい環状リングにした。各リングは外径が
７．０mm±０．００７６mm、内径が３．５mm±０．００
７６mm、厚さが約１mmであった。それらをHewlett-Pack
ard Model 8510A(商標）精密マイクロウェーブ測定装置
につながれた長さ６cmの同軸空気パイプの中に既知の位
置に０．１mmの精度で置いた。このリングを所定の位置
に保持するために用いた環状プラスチック基体は比誘電
率が２．５８で、相対浸透率が１．００であった。

【００５１】各リングについて０．１〜２０．１GHz の
２０１段階モード測定を行なった。試料の伝達と反射の
測定は、入射周波数の関数としての試料の誘電率及び浸
透率の実及び虚の部分を計算するのに用いた。

【００５２】実施例１についての計算された誘磁率と浸
透率の値を用いて図２を作った。この図は導電性グラウ
ンド層上の厚さ２．１８mmの複合材料の層に垂直に入射
する電波の反射の大きさの予測を“Ａ”に示す。この結
果は、約７．５〜２０GHz の範囲にわたって少なくとも
５dBの、そして約９．５〜約１１．５GHz の範囲にわた
って少なくとも１０dBの、望みの広くて強い吸収反応を
予測している。

【００５３】又、“Ｂ”に示すものは、複合材料へのイ
ンピーダンス整合層、特に誘電率２．６の均一な材料の
厚さ２．６６mmの層を加えたときの有利な効果である。
吸収反応は両方広くなり、深くなり、約６．５〜２０GH
z の範囲にわたって少なくとも５dBに、そして約７．５
〜２０GHz にわたって少なくとも１０dBになっている。
少なくとも１５dBの吸収を示す２つの領域が予測されて
いる：第１は８〜１２GHz で、約９GHz のところで最大
約３０dB；そして第２は１３〜１９GHz で、約１７GHz
のところで極所的最大２０dB超。

【００５４】実施例９〜１１（二酸化珪素及び二珪化モリブデンの層を施したガラス
泡）下記のことを除き実施例１〜８の手順に従い、下記
の結果を得た：

【００５５】（１）ガラス極小泡を４００メッシュ（３
８μｍ）のふるいにかけた。ふるい上に残ったものは平
均直径が４５μｍであり、極小泡の９０％は３３〜６４
μｍであり、平均表面積は０．４６ｍ²／ｇであった。（２）この極小泡を、速度１１０nm／分、印加電力０．
８kWで、二珪化モリブデン（密度６．３１ｇ／cm³）の
蒸気でスパッタリングによりコートした。

【００５６】（３）散逸ＭｏＳｉ₂層の重量％は０．４
９％であった。（４）各ＭｏＳｉ₂層の平均厚さを計算すると１．７nm
であった。（５）次いで、実施例９〜１１について、各バッチを２
時間、それぞれ２００℃、３００℃、及び４００℃で加
熱した。これにより二酸化珪素の電気的絶縁層を形成し
た。（６）樹脂中の体積添加は各実施例９〜１１について６
０％であった。

【００５７】計算した誘電率対周波数曲線の定性的検査
をしたところ、実施例９と１０のカーブの間に性能の差
異が殆ど又は全く見られなかった。しかしながら、実施
例１１のカーブによって、前記電磁波領域にわたって一
様に各部分について約２のファクターだけ誘電率の有意
な低下（実部及び虚部の両方）が示された。我々は、こ
の性能低下は、二珪化モリブデンの二酸化珪素への過度
の酸化が電磁波の吸収に役立つ二珪化モリブデンの量を
効果的に減少させたことによるものと、信じている。

【００５８】しかし、誘電率の過度に大きい実部を有す
る材料は、材料表面が入射電波の過度の反射を示しう
る。これら３つのケースの全てにおいて、誘電率の虚部
の大きさは、実部の大きさの少なくとも１／１０であ
り、２〜２０GHz の範囲の全てではないにしても充分に
大きく、許容しうる吸収性能を示していた。従って、結
局、我々は実施例９−１１の各々は適当な吸収材であろ
うと信ずる。

【００５９】実施例１２（亜酸化アルミニウムとタングステンの層を施したマイ
カフレーク）下記のことを除き実施例１〜８の手順に従
い、下記の結果を得た：

【００６０】（１）２００ＨＫとして識別され、Suzori
te Mica Products,Inc. から入手したマイカフレークを
用いた。この製品は７５μｍ以下の粒子を含み、密度が
２．９ｇ／cm³、平均表面積２．８ｍ²／ｇである。（２）このマイカフレーク（４６０ｇ）を印加電力１．
１kWで、１８０分間、タングステン蒸気でスパッタリン
グによりコートした。

【００６１】（３）散逸タングステン層の重量％は１．
７％であった。（４）各タングステンの平均厚さを計算すると０．３nm
であった。（５）次いで、このタングステンでコートしたマイカフ
レークを亜酸化アルミニウムでその厚さが約２μｍとな
るまでコートした。（６）樹脂中の粒子の体積添加は１５％であった。計算
による浸透率対周波数曲線の定性的検査をしたところ、
許容しうる吸収性能を示した。

【００６２】実施例１３（亜酸化アルミニウムとタングステンの層を施した微粉
砕したグラスファイバー）下記のことを除き実施例１〜
８の手順に従い、下記の結果を得た。

【００６３】（１）“ＦＩＢＥＲＧＬＡＳ”として識別
され、Owens Corning Company から得た微粉砕したグラ
スファイバーを用いた。この製品は直径１６μｍ、長さ
約１〜３００μｍであった。これらは密度が２．５６ｇ
／cm³ 、平均表面積０．１７ｍ² ／ｇである。（２）このグラスファイバー（２０２ｇ）を印加電力
０．５kWで、１３５分間、タングステン蒸気でスパッタ
リングによりコートした。

【００６４】（３）散逸タングステン層の重量％は０．
４５％であった。（４）各タングステンの平均厚さを計算すると１．２nm
であった。（５）次いで、このタングステンでコートしたマイカフ
レークを亜酸化アルミニウムでその厚さが約２μｍとな
るまでコートした。（６）樹脂中の粒子の体積添加は３３％であった。計算
による浸透率対周波数曲線の定性的検査をしたところ、
許容しうる吸収性能を示した。

【００６５】

【発明の効果】本発明の１つの態様は室温で抵抗率が２
×１０⁸ Ω・cmより大きい非導電性電磁波吸収材料であ
る。この材料は複数の散逸粒子とこの粒子がその中に分
散している誘電性バインダーを含み、前記散逸粒子のい
ずれもが核粒子の表面に位置し、厚さ０．３〜１０nmの
無機材料で作られた超薄電磁波散逸性層を有する当該核
粒子を含み、前記散逸性層の上に絶縁層が横たわってい
る。電磁波はこの材料に吸収されて、電流と抵抗熱とを
生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明吸収材料の１例の断面図。

【図２】入射した電磁波の周波数の関数としての、本発
明の２つの例の表面に垂直に入射した電磁波の計算され
た反射の大きさのグラフ。

【符号の説明】

１１…散逸性粒子１２…吸収材料１３…核粒子１４…誘電性バインダー材料１５…散逸性層１６…インピーダンス整合材料１７…絶縁層１８…導電材料

フロントページの続き (72)発明者グレンコンネルアメリカ合衆国，ミネソタ 55144− 1000，セントポール，スリーエムセンター（番地なし) (72)発明者ウイリアムチャールズテイトアメリカ合衆国，ミネソタ 55144− 1000，セントポール，スリーエムセンター（番地なし) (56)参考文献特開昭63−182600（ＪＰ，Ａ) 特開平１−278095（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−12198（ＪＰ，Ａ) 米国特許3721982（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05K 9/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の散逸粒子及びその中に該散逸粒子
が分散されている誘電性バインダーを含み、室温で抵抗
率が２×１０⁸ Ω・cmより大きな非導電性電磁波吸収材
料において、前記散逸粒子のいずれもが次のものを含む
前記吸収材料：（ａ）核粒子；（ｂ）該核粒子の表面に位置し、厚さ０．３〜１０nmの
無機材料で作った超薄電磁波散逸性層；及び（ｃ）前記散逸性層の上に横たわる絶縁層。