JP5892635B2 - 複合体の加熱方法と加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、複合体の加熱方法と加熱装置に関するものである。
本発明はまた、上記複合体の加熱方法を適用した触媒反応装置、および、これに用いて好適な触媒ユニットとその製造方法に関するものである。

薄膜形成方法は大きく分けて、スパッタ法、ＣＶＤ（ケミカルベーパーデポジション）法、および蒸着法に代表される気相法と、電解めっき法、無電解めっき法、および塗布法に代表される液相法とがある。また、気相中で液相を噴霧する噴霧法（スプレー法）がある。これらいずれの方法においても、基材と薄膜との密着性向上、薄膜物性の制御または向上、溶媒等の不要成分の除去、あるいは薄膜形成のための反応促進などを目的として、薄膜の成膜中または成膜後に加熱焼成を行う場合がある。

加熱法としては、オーブンあるいはホットプレートなどを用いた一般的な伝熱加熱法の他、加熱時間の短縮化と効率向上が可能な電磁波照射加熱法がある。
電磁波照射加熱法としては、ハロゲンランプ等のランプを光源とし、ナノメートルからマイクロメートルの波長の光、好ましくは赤外線等を用いた放射加熱法と、ミリメートルからメートルレベルの波長のマイクロ波を用いたマイクロ波加熱法とがある。また、用いる電磁波の周波数に因らず交流磁場を印加して導体の電磁誘導により生成するジュール損失によって加熱を行う誘導加熱法がある。

誘導加熱法では、材料の適用範囲が狭く、材料プロセッシング工程としては制約が大きい。

ハロゲンランプ等のランプを用いた放射加熱法は、均一かつ大面積に加熱対象を高温まで加熱することができる。ハロゲンランプ等のランプの場合、出射される電磁波の波長は数百ナノメートルから数十マイクロメートルまでの幅広い領域に分布しており、おおよそあらゆる物質を均一に加熱する。したがって、あらゆる材料の加熱が可能な反面、材料の選択的加熱ができない。そのため、加熱対象の薄膜に合わせて、薄膜の基材、炉の内壁、基材搬送手段、あるいは炉内ガスなど、電磁波が照射されるすべての物質がほぼ均等に加熱され、そのエネルギーロスが避けられない。また、装置構成部材の耐熱性、廃熱低減のための断熱構造、装置立上げ時の予熱、および装置立下げ時のクールダウン等を考慮する必要がある。

ハロゲンランプ等のランプを用いた放射加熱法では、物質がエネルギーを吸収し熱に変わる過程で加熱対象の薄膜が加熱される。たとえば、薄膜に対向してランプを設置した場合、薄膜の表面から深さ方向に加熱焼成が進む。この場合、薄膜の割れが発生しやすく、急速加熱にて均質な薄膜を得ることは容易ではない。

マイクロ波加熱法では、最も汎用の２．４５ＧＨｚのマイクロ波に加え、４３０ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ、５．８ＧＨｚ、および２４.１ＧＨｚ等のマイクロ波が、ＩＳＭバンドとして産業上利用可能である。
これらマイクロ波は単一の周波数／波長の電磁波であるため、その周波数／波長のマイクロ波を吸収する材料を選択的に加熱することができ、エネルギー利用効率を高くできる。その反面、加熱対象がその周波数／波長のマイクロ波を吸収できない場合は加熱プロセスに適用できない。

一般に、色素増感型光電変換素子の負極基板は、ガラス基板等からなる透光性基板上に、負極として、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化錫）あるいはＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等からなる透光性導電体膜と、色素増感剤を坦持した酸化チタンからなる半導体膜とが順次形成された構造を有している。

酸化チタン膜はたとえば、ガラス基板上にＦＴＯ膜が形成されたＦＴＯ基板等の成膜基材上に酸化チタン前駆体を含むゾル若しくは酸化チタン微粒子を含むペーストまたは分散液を塗布し、乾燥し、加熱焼成することで、製造できる。酸化チタン膜の成膜法としては、かかる塗布法の他、気相法もある。従来より、マイクロ波を用いた酸化チタン膜の加熱焼成が検討されている。

特許文献１には、基材上に乾式成膜法により成膜した薄膜にマイクロ波を照射して加熱する薄膜の処理方法であって、薄膜と基材との間に、薄膜よりもマイクロ波の吸収効率の高い材料よりなる下地層が形成されていることを特徴とする薄膜の処理方法が開示されている（請求項１）。薄膜としては、酸化チタン薄膜が挙げられている（請求項５）。下地層としては、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、ＡＺＯ（アルミニウムドープ酸化亜鉛）、ＩｎＴｉＯ、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化錫）、ＡＴＯ（アンチモンドープ酸化錫）、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）、およびＧＺＯ（ガリウムドープ酸化亜鉛）よりなる群から選ばれる１種又は２種以上よりなる導電性薄膜又はＳｉＣ薄膜が挙げられている（請求項６）。
特許文献１において、マイクロ波としては３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚのマイクロ波が挙げられ（請求項７）、好ましくは２．４５ＧＨｚ又は２８ＧＨｚのマイクロ波である（請求項８）。
しかしながら、ＦＴＯ等の酸化物導電体と酸化チタン膜はいずれも、それぞれ単独では最も汎用の２．４５ＧＨｚのマイクロ波を吸収しづらい材料である。実際、特許文献１の[実施例]の項では、ＩＴＯ膜上にマグネトロンＤＣスパッタ法により酸化チタン膜を成膜し、２８ＧＨｚのマイクロ波照射を用いて加熱焼成した例しかない（実施例１）。

特許文献２には、ＰＥＴフィルム上に酸化チタン微粒子分散液を塗布し、マイクロ波照射により加熱焼成した例が報告されているが、ここでも用いられているのは２８ＧＨｚのマイクロ波のみである（請求項１、２、実施例１、２）。
非特許文献１にも、ＦＴＯ基板上に酸化チタン微粒子ペーストを塗布し、マイクロ波照射により加熱焼成した例が報告されているが、ここでも用いられているのは２８ＧＨｚのマイクロ波のみである。

特許文献３には、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を吸収させるために、基材である樹脂フィルムとステージとの間に液膜、好ましくは水膜を設け、マイクロ波加熱を行う色素増感型太陽電池の負極の製造法が開示されている（請求項１〜３）。

特許文献４には、透明導電性膜上に半導体微粒子の薄膜を形成させ、該薄膜の反透明導電性膜側表面の全体に亘り導電体の表面を接触させ、しかる後、マイクロ波を照射して上記薄膜を加熱することを特徴とする薄膜のマイクロ波加熱方法が開示されている（請求項１）。

特許4479221号公報 特開2004-342319号公報 特許4595337号公報 特許4779321号公報

Satoshi Uchida, Miho Tomiha, Hirotsugu Takizawa, Masahide Kawaraya, Flexible dye-sensitized solar cells by 28 GHz microwave irradiation.Solar Energy Materials & Solar Cells, 81 (2004) 135-139. Guoxin Cheng, Lie Liu, Dan Cai and Chengwei Yuan, Microwave measurement of dielectric properties using the TM011 and TE011 modes excited by a generalized nonradiative dielectric resonator, Measurement, 23 (2012) 115901. Jyh Sheen, Study of microwave dielectric properties measurements by various resonance techniques, Measurement, 37 (2005) 123-130. Noboru Yoshikawa, Etsuko Ishizuka, Ken-ichi Mashiko, Shoji Taniguchi, Difference in carbo-thermal reduction reaction kinetics of NiO in microwave E-and H-fields, Materials Letters, 61 (2007) 2096-2099. Rustum Roy, Ramesh Peelamedu, Larry Hurtt, Jiping Cheng, Dinesh Agrawal, Definitive experimental evidence for Microwave Effects:radically new effects of separated E and H fields such as decrystallization of oxides in seconds, Mat Res Innovat, 6 (2002) 128-140.

ＦＴＯ等の酸化物導電体と酸化チタンはいずれも、それぞれ単独では最も汎用の２．４５ＧＨｚのマイクロ波を吸収しづらい材料である。そのため、特許文献１、２および非特許文献１では材料が吸収しやすい２８ＧＨｚのマイクロ波に限定し、誘電損失加熱により加熱焼成を行っている。また、特許文献３、４では、マイクロ波による加熱をしやすくするために、液膜あるいは導電体を用いている。

上記したように、ハロゲンランプ等のランプを用いた放射加熱法のように、膜の表面から深さ方向に焼成が進む場合、膜の割れが発生しやすく、急速加熱にて均質な膜を得ることは容易でない。特に厚さ１ｍｍ以下の薄膜では、加熱焼成の工程において割れも起こりやすい。
ＦＴＯ等の酸化物導電体膜と酸化チタン膜との積層膜等の積層体においては、積層界面から加熱焼成が進むことが好ましい。積層界面から加熱焼成が進むことで、膜の割れを防止できると共に、周囲温度を上げることなく、より低温での加熱焼成が可能となる。
より低温での加熱焼成は、低エネルギーかつ低コストであり、基板の選択自由度も高く、好ましい。

マイクロ波を用いた加熱は、ＦＴＯ等の酸化物導電体膜と酸化チタン膜との積層膜等の積層体に限らず、触媒担体とそれに担持された触媒粒子等、互いに接する異種の第１の物質と第２の物質とを含む任意の複合体の加熱に適用可能である。マイクロ波を用いた加熱では、任意の複合体について、上記と同様の課題を有する。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、互いに接する異種の第１の物質と第２の物質とを含む複合体をある特定の周波数の電磁波の照射により加熱する工程を有し、用いるある特定の周波数の電磁波を吸収しづらい材料であっても効率よく加熱することができ、複合体の当接界面から加熱を進めることが可能な複合体の加熱方法、およびこの加熱方法に用いて好適な加熱装置を提供することを目的とするものである。

本発明の複合体の加熱方法は、
互いに接する異種の第１の物質と第２の物質とを含む複合体をある特定の周波数の電磁波の照射により加熱する複合体の加熱方法であって、
前記第１の物質および前記第２の物質は互いの当接界面に静的分極を有する材料の組合せからなり、
前記電磁波の電場の振動方向と前記当接界面とのなす角度が０〜４５°であり、前記電磁波の電場の振動方向と前記静的分極の方向とが互いに交差方向であるという関係を充足しつつ、前記電磁波の振動電場の強度が最も高くなる位置を含む領域に前記複合体を設置または搬送して、前記複合体に前記電磁波を照射するものである。

本発明の複合体の加熱装置は、
互いに接する異種の第１の物質と第２の物質とを含む複合体をある特定の周波数の電磁波の照射により加熱する複合体の加熱装置であって、
前記第１の物質および前記第２の物質は互いの当接界面に静的分極を有する材料の組合せからなり、
ある特定の周波数の電磁波を発振する電磁波発振部と、
前記電磁波の電場の振動方向と前記当接界面とのなす角度が０〜４５°であり、前記電磁波の電場の振動方向と前記静的分極の方向とが互いに交差方向であるという関係を充足しつつ、前記電磁波の振動電場の強度が最も高くなる位置を含む領域に前記複合体を設置または搬送する手段とを有するものである。

本発明によれば、互いに接する異種の第１の物質と第２の物質とを含む複合体をある特定の周波数の電磁波の照射により加熱する工程を有し、用いるある特定の周波数の電磁波を吸収しづらい材料であっても効率よく加熱することができ、複合体の当接界面から加熱を進めることが可能な複合体の加熱方法、およびこの加熱方法に用いて好適な加熱装置を提供することができる。

本発明に係る第１実施形態の複合体の模式斜視図である。 図１の複合体の模式断面図である。 本発明に係る一実施形態の加熱装置を示す模式透視斜視図である。 角度θ＞０の場合の電場Ｅの振動方向と複合体の当接界面Ｓ１との位置関係の例を示す図である。 本発明に係る一実施形態の色素増感型光電変換素子の模式断面図である。 本発明に係る第２実施形態の複合体の模式斜視図である。 図５の複合体を用いた触媒ユニットの一実施形態を示す模式斜視図である。 図６Ａの触媒ユニットの一部を拡大した模式透視斜視図である。 図５の複合体を用いた触媒ユニットの他の例を示す模式断面図である。 本発明に係る一実施形態の触媒反応装置を示す模式透視斜視図である。 実施例１−１、比較例１−１、および比較例１−２において、酸化チタン微粒子膜／成膜基材の温度測定箇所を示す上面図である。 実施例１−１で得られた酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の表面ＳＥＭ像である。 実施例１−１、比較例１−１、および比較例１−２において、成膜基材単体の表面温度の測定結果を示すグラフである（２．４５ＧＨｚ、５．３Ｗ）。 実施例１−１、比較例１−１、および比較例１−２において、酸化チタン微粒子膜／成膜基材の表面温度の測定結果を示すグラフである（２．４５ＧＨｚ、５．３Ｗ）。 実施例１−１および比較例１−２において、ＦＴＯ基板単体および酸化チタン微粒子膜／成膜基材の表面温度の測定結果を示すグラフである（２．４５ＧＨｚ、２９Ｗ）。 実施例２において、ＦＴＯ基板単体および各種酸化物微粒子膜／ＦＴＯ基板の表面温度の測定結果を示すグラフである（２．４５ＧＨｚ、５．０Ｗ）。 比較例２において、各種酸化物微粒子膜／石英ガラス基板の表面温度の測定結果を示すグラフである（２．４５ＧＨｚ、５．０Ｗ）。 実施例２において、ＦＴＯとその上に形成された酸化物との仕事関数差と電磁波照射開始後３００秒後の各種酸化物微粒子膜／ＦＴＯ基板の表面温度との関係を示すグラフである（２．４５ＧＨｚ、５．０Ｗ）。 実施例３−１において、角度θを変化させたときのＦＴＯ基板単体および酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の表面温度の測定結果を示すグラフである（２．４５ＧＨｚ、５．３Ｗ）。 実施例３−２において、角度θを変化させたときの酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の表面温度の測定結果を示すグラフである（２．４５ＧＨｚ、５．０Ｗ）。 実施例３−２において、角度θと電磁波照射開始後３００秒後の酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の表面温度との関係を示すグラフ（測定データおよび計算データ）である（２．４５ＧＨｚ、５．０Ｗ）。 実施例４−１の評価結果を示すＳＥＭ表面写真である。 実施例４−２の評価結果を示すＳＥＭ表面写真である。 実施例４−３の評価結果を示すＳＥＭ表面写真である。 実施例５−１〜５−２および比較例５で得られた光電変換素子の光電流−電圧特性の測定結果を示すグラフである。 実施例６および比較例６で得られた光電変換素子の光電流−電圧特性の測定結果を示すグラフである。 実施例７で得られた白金ナノ粒子／ホウケイ酸ガラス基板の表面ＳＥＭ像である。 実施例７において、各種基板単体および白金ナノ粒子／各種基板の表面温度の測定結果を示すグラフである（２．４５ＧＨｚ、５．０Ｗまたは１５．０Ｗ）。 実施例７において、各種基板単体および白金ナノ粒子／各種基板の表面温度の測定結果を示すグラフである（２．４５ＧＨｚ、５．０Ｗまたは１５．０Ｗ）。 実施例８において、角度θを変化させたときの白金ナノ粒子／ホウケイ酸ガラス基板の表面温度の測定結果を示すグラフである（２．４５ＧＨｚ、５．０Ｗ）。 実施例８において、角度θと電磁波照射開始後３００秒後の白金ナノ粒子／ホウケイ酸ガラス基板の表面温度との関係を示すグラフ（測定データおよび計算データ）である（２．４５ＧＨｚ、５．０Ｗ）。 実施例９で得られた触媒ユニットの表面ＳＥＭ像である。 実施例９で得られた触媒ユニットの断面ＳＥＭ像である。

「本発明の複合体の加熱方法」
本発明の複合体の加熱方法は、互いに接する異種の第１の物質と第２の物質とを含む複合体をある特定の周波数の電磁波の照射により加熱する複合体の加熱方法に関する。
本発明の複合体の加熱方法において、第１の物質および第２の物質は互いの当接界面に静的分極を有する材料の組合せからなる。
本発明の複合体の加熱方法において、電磁波の電場の振動方向と当接界面とのなす角度θが０〜４５°であり、電磁波の電場の振動方向と静的分極の方向とが互いに交差方向であるという関係を充足しつつ、電磁波の振動電場の強度が最も高くなる位置を含む領域に複合体を設置または搬送して、複合体に電磁波を照射する。

本発明の複合体の加熱方法において、電磁波の電場の振動方向と当接界面とのなす角度θは、好ましくは０〜４０°であり、より好ましくは０〜３０°であり、特に好ましくは０〜２０°である。

第１の物質と第２の物質の組合せは特に制限されない。
たとえば、
第１の物質は、半導体、絶縁体、または導体であり、
第２の物質は、第１の物質とは異種の材料からなる、半導体、絶縁体、または導体である。
たとえば、第１の物質と第２の物質のうち少なくとも一方は、酸化物半導体、酸化物絶縁体、酸化物導体、または金属導体である。

本発明は、第１の物質と第２の物質とが、それぞれ単独の材料では上記特定の周波数の電磁波の吸収特性が低い材料からなる場合に好ましく適用できる。
具体的には、本発明は、第１の物質と第２の物質とが、それぞれ単独の材料では上記特定の周波数の電磁波における誘電損失係数が５以下である場合に好ましく適用できる。

「物質の誘電損失係数」は、測定物質の均一膜（ベタ膜）を得、実際に用いる周波数の電磁波を実際に照射し、誘電特性を測定することにより求められる。膜の誘電損失係数の測定方法は、たとえば「背景技術」の項に挙げた非特許文献２、３に記載されている。

たとえば、第１の物質は、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）、アンチモンドープ酸化錫（ＡＴＯ）、またはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透光性酸化物導電体であり、第２の物質は、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＭｎＯ_２、およびＮｂ_２Ｏ_５等の酸化物半導体である。

たとえば、第１の物質は、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、または酸化チタン等の絶縁体であり、第２の物質は白金（Ｐｔ）等の金属導体である。

用いる電磁波の周波数は特に制限なく、たとえば０．１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚが好ましい。
用いる電磁波の周波数としては、９１５ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ、または２４．１ＧＨｚが好ましい。
本実施形態の方法では、第１の物質と第２の物質が吸収しづらい周波数の電磁波を用いてもよい。したがって、最も汎用の２．４５ＧＨｚの電磁波等を用いることができる。この場合、電磁波発生装置として特殊な装置が不要であり、低コストである。

第１の物質および第２の物質のうち少なくとも一方が未焼結物である場合、上記電磁波の照射により未焼結物を焼結することができる。

第１の物質が触媒担体であり、第２の物質が触媒である場合、上記電磁波の照射により触媒を加熱して、各種反応を行うことができる。

「第１実施形態の複合体とその加熱方法]
図面を参照して、本発明に係る第１実施形態の複合体の構造とその加熱方法について、説明する。
図１は、本実施形態の複合体の模式斜視図である。
図２は、本実施形態の複合体の模式断面図である。
図３Ａは、上記の複合体の加熱に用いて好適な加熱装置の一実施形態を示す模式透視斜視図である。

図１に示すように、本実施形態の複合体１は、第１の膜（第１の物質）１１上に第１の膜１１とは異種の材料からなる第２の膜（第２の物質）１２が積層された積層膜である。
本実施形態において、
第１の膜１１は、半導体膜、絶縁体膜、または導体膜であり、
第２の膜１２は、第１の膜１１とは異種の材料からなる、半導体膜、絶縁体膜、または導体膜である。
第１の膜１１と第２の膜１２のうち少なくとも一方は、酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜または硫化物膜等であることが好ましく、酸化物膜であることがより好ましい。すなわち、第１の膜１１と第２の膜１２のうち少なくとも一方は、酸化物半導体膜、酸化物絶縁体膜、または酸化物導体膜であることが好ましい。
第１の膜１１と第２の膜１２のうち少なくとも一方は、金属導体膜でもよい。
本実施形態において、第２の膜１２は複数の微粒子１２ａからなる微粒子膜である。
微粒子１２ａの形状は特に制限なく、球状、板状、およびロッド状等、任意である。

複合体１は、第１の膜１１上に第２の膜１２を成膜した後、ある特定の周波数の電磁波照射による加熱焼成を実施して、製造されたものである。
本発明は、第１の膜１１と第２の膜１２とが、それぞれ単独の膜では上記特定の周波数の電磁波の吸収特性が低い材料からなる場合に好ましく適用できる。
具体的には、本発明は、第１の膜１１と第２の膜１２とが、それぞれ単独の膜では上記特定の周波数の電磁波における誘電損失係数が５以下である場合に好ましく適用できる。

本実施形態の複合体（積層膜）１はたとえば、色素増感型光電変換素子の負極に用いられる。
この場合、第１の膜１１はたとえば、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）膜、アンチモンドープ酸化錫（ＡＴＯ）膜、あるいはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜等からなる透光性酸化物導電体膜であり、第２の膜１２はたとえば、色素増感剤を担持する酸化チタン膜等の酸化物半導体膜である。これらの膜はいずれもマイクロ波として最も汎用の２．４５ＭＨｚの電磁波に対して吸収特性が小さく、それぞれ単独の膜では２．４５ＭＨｚの電磁波における誘電損失係数が５以下である。

色素増感型光電変換素子の負極用途の場合、複合体１の基板（図示せず）としては特に制限なく、ガラスあるいはポリイミド等の透光性基板が挙げられる。
第２の膜１２を構成する微粒子１２ａの粒子径は特に制限されず、色素増感型光電変換素子の用途では、たとえば５〜２０ｎｍ程度が好ましい。
第２の膜１２が酸化チタン微粒子膜である場合、その結晶型は特に制限されず、色素増感型光電変換素子の用途ではアナターゼ型が好ましい。
酸化チタン微粒子膜の成膜方法は特に制限されず、酸化チタン前駆体を含むゾルを塗布し焼成するゾルゲル法、および酸化チタン微粒子の分散ペーストまたは分散液を塗布し焼成する塗布法等が挙げられる。

本実施形態において、第２の膜１２は複数の微粒子１２ａからなる微粒子膜であるが、平坦膜（ベタ膜）でもよいし、他の形態の膜でもよい。
第２の膜１２は、スパッタ法、ＣＶＤ（ケミカルベーパーデポジション）法、および蒸着法等の気相法によって成膜してもよい。

第１の膜１１と第２の膜１２とは、仕事関数、電気陰性度、イオン化ポテンシャル、および電子親和力のうち、いずれかが異なる。
第１の膜１１が、ＦＴＯ膜、ＡＴＯ膜、あるいはＩＴＯ膜等の透光性酸化物導電体膜であり、第２の膜１２が酸化チタン膜等の酸化物半導体膜である場合、図２に示すように、第１の膜１１と第２の膜１２との当接界面Ｓ１に静的分極が生じる。図中、符号Ｄは静的分極方向、符号Ｅとその下の矢印は電場とその振動方向を示している。上記材料の組合せでは、複合体１の当接界面Ｓ１において、第１の膜１１側がプラスに分極し、第２の膜１２側がマイナスに分極する。
材料の組合わせによっては、当接界面Ｓ１において、第１の膜１１側がマイナスに分極し、第２の膜１２側がプラスに分極する場合もある。

複合体１の製造においては、第１の膜１１上に第２の膜１２を成膜した後、電磁波照射により第２の膜１２を加熱焼成する。この際、電磁波の電場Ｅの振動方向と当接界面Ｓ１とのなす角度が０〜４５°であり、電磁波の電場Ｅの振動方向と静的分極の方向Ｄとが互いに交差方向であるという関係を充足しつつ、電磁波の振動電場の強度が最も高くなる位置を含む領域に複合体１を設置または搬送して、複合体１に電磁波を照射する。

複合体１の加熱焼成は、図３Ａに示す加熱装置１００を用いて行うことができる。
加熱装置１００は、ある特定の周波数の電磁波を発振する電磁波アンテナ（電磁波発振部）１２１とこの電磁波アンテナ１２１から発振された電磁波が内空間に広がるキャビティ（導波管）１２２とを備えている。
図示例において、キャビティ１２２の内底面は加熱対象である複合体１が設置される複合体設置面１２２ａとなっている。
図示例では、複合体設置面１２２ａにおいて、一方向をｘ方向、これに直交する方向をｙ方向とし、複合体設置面１２２ａに対して垂直方向をｚ方向としてある。
キャビティ１２２は、ｘ方向に延びた直方体状である。
キャビティ１２２内において、ｘ方向奥の上部に、電磁波アンテナ１２１が設置されている。
複合体１は、ベルトコンベア等の搬送手段によって、キャビティ１２２の内底面に沿ってｘ方向またはｙ方向に搬送されてもよい。

図示する例では、電磁波アンテナ１２１の位置とキャビティ１２２の内空間サイズにより、シングルモード（ＴＥ１０３モード）の電磁波が生成されるように調整されている。
電磁波アンテナ１２１の位置、電磁波アンテナ１２１から発振される電磁波の周波数と発振強度、およびキャビティ１２２の内空間サイズによって、キャビティ１２２内を伝搬する電場Ｅの振動方向と振動強度が決まる。したがって、キャビティ１２２内を伝搬する電場Ｅの振動方向と振動強度は、シミュレーションによって求められる（たとえば非特許文献４を参照）。
図示例では、電場Ｅの振動方向はｙ方向であり、電場Ｅはｙ方向の振動強度が連続的に変化する定在電磁場が、ｘ方向に伝搬する電磁波の重ね合わせにより形成されている（たとえば非特許文献５を参照）。

本実施形態では、電場Ｅの振動方向（ｙ方向）と複合体１の当接界面Ｓ１（ｘｙ面方向）とが互いに平行方向であり、電場Ｅの振動方向（ｙ方向）と複合体１の当接界面Ｓ１における静的分極の方向Ｄとが互いに交差方向であるという関係を充足しつつ、振動電場の強度が最も高くなる位置を含む領域に複合体１を設置または搬送して、加熱焼成を実施する。
加熱装置１００は、電場Ｅの振動方向と複合体１の当接界面Ｓ１とが互いに平行方向であり、電場Ｅの振動方向と複合体１の当接界面Ｓ１における静的分極の方向Ｄとが互いに交差方向であるという関係を充足しつつ、振動電場の強度が最も高くなる位置を含む領域に複合体１を設置または搬送する手段を有する。
図３Ａには、電場Ｅの振動方向（ｙ方向）と複合体１の当接界面Ｓ１（ｘｙ面方向）とが互いに平行であり、振動電場の強度（ｙ方向の振動強度）が最も高くなる位置を含む領域に複合体１が設置されている様子が示されている。
図２には、電場Ｅの振動方向（ｙ方向）と複合体１の当接界面Ｓ１における静的分極の方向Ｄとが互いに垂直方向またはそれに近い方向である様子が示されている。

電場Ｅの振動方向（ｙ方向）と複合体１の当接界面Ｓ１における静的分極の方向Ｄとが互いに交差方向である場合、複合体１の当接界面Ｓ１において、第１の膜１１側の静的分極同士（たとえばプラス極同士）、および第２の膜１２側の静的分極同士（たとえばマイナス極同士）が電場Ｅにより揺らされると考えられる。その結果、第１の膜１１と第２の膜１２が吸収しづらい周波数の電磁波を用いた場合にも、振動電場によって界面分極およびその周りの誘電緩和過程が効率的に誘起されると考えられる。
本実施形態の方法では、上記作用効果により、第１の膜１１と第２の膜１２が吸収しづらい周波数の電磁波を用いた場合にも、複合体１を短時間で所望温度に昇温し、加熱することが可能であると考えられる。

本実施形態の方法では、複合体１の当接界面Ｓ１から加熱焼成を進めることができるので、加熱焼成の工程で膜の割れ発生を抑制することができる。
本実施形態の方法は、加熱焼成の工程において割れが起こりやすい厚さ１ｍｍ以下の薄膜を含む複合体に好ましく適用できる。
本実施形態の方法では、薄膜を急速加熱しても、膜の割れ発生を抑制することができる。

本実施形態の方法では、当接界面Ｓ１から加熱焼成が進むことで、膜の割れを防止できると共に、周囲温度を上げることなく、より低温での加熱焼成が可能となる。
より低温での加熱焼成は、低エネルギーかつ低コストであり、基板の選択自由度も高く、好ましい。
たとえば、基板として、ガラス基板（ホウケイ酸ガラス基板および石英ガラス基板等）等の無機基板あるいはポリイミド基板等の耐熱性樹脂基板の他、一般の樹脂基板を用いることも可能となる。たとえば、基板として、安価な汎用の可撓性樹脂フィルムを用いて、ロールトゥロール（Roll to Roll）連続プロセスにより、低コストに複合体１を製造することが可能となる。

用いる電磁波の周波数は特に制限なく、たとえば０．１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚが好ましい。
用いる電磁波の周波数としては、９１５ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ、または２４．１ＧＨｚ等が好ましい。
本実施形態の方法では、第１の膜１１と第２の膜１２が吸収しづらい周波数の電磁波を用いてもよい。したがって、最も汎用の２．４５ＧＨｚの電磁波等を用いることができる。この場合、電磁波発生装置として特殊な装置が不要であり、低コストである。

２．４５ＧＨｚの周波数では、石英およびテフロン（登録商標）等の材料は電磁波のエネルギーをほとんど吸収せず加熱されない。また、金属は電磁波を極めて高い効率で反射するため、加熱されない。したがって、キャビティ１２２の内面（複合体設置面１２２ａおよびその他の内面）、および複合体１の搬送手段等をこのような材料で構成することにより、断熱構造をほとんど要することなく、加熱対象である複合体１を選択的に加熱することができる。そのため、簡便な装置構成でエネルギーロスの少ない加熱装置１００を構築することができる。

電磁波照射による加熱温度（膜表面の最高到達温度）は特に制限されない。
第１の膜１１がＦＴＯ膜、ＡＴＯ膜、あるいはＩＴＯ膜等の透光性酸化物導電体膜であり、第２の膜１２が酸化チタン膜等の酸化物半導体膜である場合、電磁波照射により未焼結の第２の膜１２を焼結することができる。
第２の膜１２が酸化チタン膜等の酸化物半導体膜である場合、従来の加熱法による焼結温度は通常４００〜５００℃であるが、本実施形態の方法では、２００℃程度の低温でも焼結が可能となる。
第２の膜１２が酸化チタン膜等の酸化物半導体膜である場合、第２の膜１２の焼結温度は、２００〜５００℃が好ましい。

複合体１に照射する電磁波の出力および照射時間は、複合体１の材料、用いる電磁波の周波数、および所望の膜表面の最高到達温度に応じて適宜選択される。
第１の膜１１がＦＴＯ膜、ＡＴＯ膜、あるいはＩＴＯ膜等からなる透光性酸化物導電体膜であり、第２の膜１２が酸化チタン膜等の酸化物半導体膜であり、最も汎用の２．４５ＧＨｚの電磁波を用いる場合、たとえば出力５〜２９Ｗ程度、照射時間１〜５分間程度で、２００℃以上、３００℃以上、または４００℃以上の温度が達成される（後記［実施例］の項を参照）。

上記のように、電場Ｅの振動方向と複合体１の当接界面Ｓ１とは互いに平行方向であることが最も好ましい。この場合、電場Ｅの振動方向と複合体１の当接界面Ｓ１とのなす角度θは０°である。
電場Ｅの振動方向と複合体１の当接界面Ｓ１とのなす角度θは０°から多少ずれても、同様の作用効果が得られる。角度θ＞０の場合の電場Ｅの振動方向と複合体１の当接界面Ｓ１との位置関係の例を図３Ｂに示しておく。
角度θが０〜４５°、好ましくは０〜４０°、より好ましくは０〜３０°、特に好ましくは０〜２０°の範囲内において、用いる電磁波を吸収しづらい材料であっても効率よく加熱焼成することができ、複合体１の当接界面Ｓ１から加熱焼成を進めることができ、加熱焼成の工程で膜の割れ発生を抑制することができる。

本実施形態では、電場Ｅの振動方向と複合体１の当接界面Ｓ１とのなす角度が０〜４５°、好ましくは０〜４０°、より好ましくは０〜３０°、特に好ましくは０〜２０°であり、電場Ｅの振動方向と当接界面Ｓ１における静的分極の方向Ｄとが互いに交差方向であるという関係を充足しつつ、振動電場の強度が最も高くなる位置を含む領域に複合体１を設置または搬送して、加熱焼成を実施するので、電磁波を最も効率よく利用できる。したがって、電磁波の照射時間は短時間でよく、たとえば１０分間以下でよく、５分間以下でもよく、２分間以下も可能である。電磁波を用いずに、電気オーブン等を用いた通常の焼成であれば、所望の温度に昇温するのに３０分間程度の時間がかかり、さらに所望の温度で３０分間以上保持する必要がある。これに比較して、本実施形態の方法では、加熱焼成時間の大幅な短縮が可能である。

複合体１の基板として可撓性樹脂フィルムを用いる場合、ロールトゥロール（Roll to Roll）連続プロセスによる複合体１の製造が可能である。この場合も、電磁波の照射時間は短時間でよいので、大きな加熱装置は必要ない。

以上説明したように、本実施形態によれば、互いに接する異種の第１の物質と第２の物質とを含む複合体１をある特定の周波数の電磁波の照射により加熱する工程を有し、用いるある特定の周波数の電磁波を吸収しづらい材料であっても効率よく加熱することができ、複合体１の当接界面Ｓ１から加熱を進めることが可能な複合体１の加熱方法、およびこの加熱方法に用いて好適な加熱装置１００を提供することができる。

[色素増感型光電変換素子]
図面を参照して、色素増感型光電変換素子の構成例について説明する。
図４は、模式断面図である。

図示する色素増感型光電変換素子２００は、
ガラス基板等からなる第１基板２１１の表面に、負極として、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）膜、アンチモンドープ酸化錫（ＡＴＯ）膜、あるいはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜等からなる第１導電体膜２１２と、色素増感剤を坦持した酸化チタン膜等の半導体膜２１３とが順次形成された負極基板２１０と、
ガラス基板等からなる第２基板２２１の表面に、正極として、ＦＴＯ膜あるいはＩＴＯ膜等からなる第２導電体膜２２２と、白金等の触媒層２２３とが順次形成された正極基板２２０と、
負極基板２１０および正極基板２２０との間に充填され、酸化還元対を含む電界質層２３０とから概略構成されている。

負極側の第１導電体膜２１２と正極側の第２導電体膜２２２とは、外部回路を通じて電気的に接続されている。
電界質層２３０としては、ヨウ素を含むレドックス溶液等が用いられる。
色素増感型光電変換素子２００の周縁部はシール材２４０により封止されている。

色素増感剤としては特に制限されず、公知の色素増感剤を１種又は２種以上用いることができる。

色素増感型光電変換素子２００において、負極側の第１基板２１１と第１導電体膜２１２とは、透光性を有する必要がある。正極側の第２基板２２１と第２導電体膜２２２とは、透光性を有していてもよいし、有していなくてもよい。

色素増感型光電変換素子２００において、負極基板２１０をなす第１導電体膜２１２と色素増感剤を坦持した半導体膜２１３との複合体（積層膜）として、上記実施形態の複合体１（積層膜）を用いることができる。

色素増感型光電変換素子２００においては、負極側の第１基板２１１側から入射した光によって色素増感剤の電子が励起され、この励起電子が色素増感剤を担持する酸化チタン等に伝導し、さらに第１導電体膜２１２へ伝導する。第１導電体膜２１２へ伝導した電子は、外部回路を通じて正極側の第２導電体膜２２２へ伝導する。正極側の第２導電体膜２２２に伝導した電子は、電解質中の酸化還元対を介して色素増感剤の基底準位に戻る。これらの一連の作用により、光電変換が起こる。

「第２実施形態の複合体とその加熱方法]
図面を参照して、本発明に係る第２実施形態の複合体の構造とその加熱方法について、説明する。
図５は、本実施形態の複合体の模式斜視図である。
図６Ａは、上記の複合体を用いた触媒ユニットの一実施形態を示す模式斜視図である。
図６Ｂは、上記触媒ユニットの一部を拡大した模式透視斜視図である。
図６Ｃは、上記の複合体を用いた触媒ユニットの他の例を示す模式断面図である。
図７は、上記の触媒ユニットを用いた一実施形態の触媒反応装置の模式透視斜視図である。

図５に示すように、本実施形態の複合体２は、第１の物質からなる板状またはロッド状等の異方性粒子からなる触媒担体２１と、その表面に担持された第１の物質とは異種の第２の物質からなる複数の触媒粒子２２からなる。
図示する例では、触媒担体２１は板状粒子であり、触媒粒子２２は球状粒子である。
板状またはロッド状の異方性粒子からなる触媒担体２１の粒子径は特に制限なく、たとえば０．０２〜５μｍ程度が好ましい。
触媒粒子２２の粒子径は特に制限されず、たとえば５〜２０ｎｍ程度が好ましい。
本明細書において、「粒子径」は粒子の最大径である。

触媒担体２１としては、触媒粒子２２を担持できれば、板状またはロッド状等の異方性粒子の代わりに基板を用いてもよい。
第１の物質と第２の物質とは、仕事関数、電気陰性度、イオン化ポテンシャル、および電子親和力のうち、いずれかが異なる。
本実施形態において、第１の物質および第２の物質は互いの当接界面Ｓ２に静的分極を有する材料の組合せからなる。
本実施形態において、当接界面Ｓ２は、触媒担体２１の触媒粒子２２が担持された側の面である。
静的分極の様子については、第１実施形態の図２を参照されたい。ただし、分極のプラスマイナスの方向は材料の組合せによる。

第１の物質は、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ルビジウム、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、セシウム、バリウム、ランタン、セリウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、ホウ素、アルミニウム、ケイ素、ゲルマニウム、ガリウム、インジウム、スズ、鉛、ビスマス、およびアンチモンからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素を含む酸化物、硫化物、炭化物、水酸化物、リン酸化物、または窒化物を含むことができる。
第２の物質は、ホウ素、炭素、アルミ、ケイ素、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル、タングステン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミウム、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金、および水銀からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素を含む単体、合金、酸化物、窒化物、水酸化物、リン酸化物、または硫化物を含むことができる。

第１の物質としては、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、または酸化チタン等が好ましい。

複合体２に対して、ある特定の周波数の電磁波照射による加熱を実施して、触媒存在下での各種反応を行うことができる。
本発明は、触媒担体２１と触媒粒子２２とが、それぞれ単独の材料では上記特定の周波数の電磁波の吸収特性が低い材料からなる場合に好ましく適用できる。
具体的には、本発明は、触媒担体２１と触媒粒子２２とが、それぞれ単独の材料では上記特定の周波数の電磁波における誘電損失係数が５以下である場合に好ましく適用できる。

たとえば、触媒粒子２２／触媒担体２１の材料の組合せとしては、白金（Ｐｔ）／ホウケイ酸ガラス、白金（Ｐｔ）／石英ガラス、および白金（Ｐｔ）／酸化チタン等の組合せが好ましい。
これらの材料はいずれもマイクロ波として最も汎用の２．４５ＭＨｚの電磁波に対して吸収特性が小さく、それぞれ単独の材料では２．４５ＭＨｚの電磁波における誘電損失係数が５以下である。

触媒担体２１の表面に触媒粒子２２を形成する方法は特に制限なく、触媒粒子２２の前駆体を含むゾルを塗布し焼成するゾルゲル法、および触媒粒子２２の分散ペーストまたは分散液を塗布し焼成する塗布法等が挙げられる。

化学反応触媒等の用途において、複合体２は、図６Ａおよび図６Ｂに示す触媒ユニット３４０の形態で用いることができる。
触媒ユニット３４０は、複数の触媒保持部３４２を有する多孔質の基材３４１を備える。
基材３４１はセラミックス等からなり、複数の触媒保持部３４２は基材３４１に多孔質状等に形成された複数の貫通孔である。
基材３４１および触媒保持部３４２の形状は適宜設計可能である。

図６Ｂに示すように、個々の触媒保持部３４２の内部に、複数の複合体２が充填されている。
図示する例では、個々の触媒保持部３４２の内部において、複数の複合体２は、板状またはロッド状等の異方性粒子からなる触媒担体２１（図示例では板状）の一軸方向（板状粒子の場合は板面の一軸方向、ロッド状粒子の場合は長軸方向）が円柱状の基材３４１の中心軸方向に沿うように配列している。
なお、実際には、個々の触媒保持部３４２にほぼ隙間なく多数の複合体２が充填されているが、図６Ｂでは、１個の触媒保持部３４２について、一部の複合体２のみを図示してある。
図６Ｂ中のｚ方向は、後記図７のｚ方向と同じである。
図６Ｂでは、複数の複合体２が、板状またはロッド状等の異方性粒子からなる触媒担体２１の一軸方向（板状粒子の場合は板面の一軸方向、ロッド状粒子の場合は長軸方向）が円柱状の基材３４１の中心軸方向と完全平行となって整然と配列している様子が示されているが、複数の複合体２の配列の秩序は必ずしも整然としたものではない（後記［実施例］の項の図１９を参照）。

本実施形態において、電磁波の電場Ｅの振動方向と複合体２の当接界面Ｓ２とのなす角度θが０〜４５°であり、好ましくは０〜４０°であり、より好ましくは０〜３０°であり、特に好ましくは０〜２０°であり、電磁波の電場Ｅの振動方向と複合体２の当接界面Ｓ２における静的分極の方向とが互いに交差方向であるという関係を充足しつつ、電磁波の振動電場の強度が最も高くなる位置を含む領域に触媒ユニット３４０が配置される。これにより、触媒粒子２２／触媒担体２１を当接界面Ｓ２から効率良く加熱することができる。

図６Ｃに示す設計変更例の触媒ユニット３５０のように、基材としては、円柱状の基材３４１の代わりに、基板３５１を用いることができる。この態様では、基板３５１の一方の面が、複数の複合体２を保持する触媒保持部３５１Ｓである。
この図には、板状またはロッド状等の異方性粒子からなる触媒担体２１の一軸方向（板状粒子の場合は板面の一軸方向、ロッド状粒子の場合は長軸方向）が触媒保持部３５１Ｓの面に対して平行またはそれに近い方向となるように配列している様子が模式的に示されている。
この態様では、図６Ｃに示すように、電磁波の電場Ｅの振動方向を触媒保持部３５１Ｓの面に平行な方向またはそれに近い方向とすればよい。この場合、電磁波の電場Ｅの振動方向と触媒粒子２２／触媒担体２１の当接界面Ｓ２とのなす角度θが０〜４５°であり、電磁波の電場Ｅの振動方向と触媒粒子２２／触媒担体２１の当接界面Ｓ２における静的分極の方向とが互いに交差方向であるという条件を充足することができ、触媒粒子２２／触媒担体２１を当接界面Ｓ２から効率良く加熱することができる。

板状またはロッド状等の異方性粒子からなる複数の触媒担体２１は特段の処理を行わなくても、板状またはロッド状等の異方性粒子からなる触媒担体２１の一軸方向（板状粒子の場合は板面の一軸方向、ロッド状粒子の場合は長軸方向）が触媒保持部３４２、３５１Ｓの面に対して平行またはそれに近い方向となるように自然に配列することができる。

必要に応じて、有機表面修飾材料等で表面コーティングされた複数の触媒担体２１を用意し（工程（Ａ））、これら複数の触媒担体２１を触媒保持部３４２、３５１Ｓに塗布する（工程（Ｂ））ことができる。この方法では、複数の触媒担体２１が高い親水性を有することから触媒担体粒子２１同士および触媒担体粒子２１と触媒保持部３４２の間の大きな親水性相互作用により、より容易に、触媒保持部３４２、３５１Ｓに上記のように複数の複合体２を配列して充填することができる。
有機表面修飾材料としては、親水性ポリマー等が挙げられる。
触媒担体２１の表面に触媒粒子２２を形成する工程は、複数の触媒保持部３４２、３５１Ｓに複数の触媒担体２１を塗布する工程の前でもよいし、後でもよい。

触媒ユニット３４０において、個々の触媒保持部３４２の内部に、複数の複合体２がほぼ隙間なく充填されているが、ガスが通る微小な隙間は存在する。
触媒ユニット３４０に被反応ガスＧを通すことで、触媒反応により被反応ガスＧの反応が可能となる。
触媒ユニット３４０は、触媒存在下で行われる各種反応に用いることができる。この場合、被反応ガスＧは、反応に用いられる原料ガス等である。

本実施形態において、触媒反応の際に、電磁波照射により触媒ユニット３４０を触媒反応に適した温度に加熱する。

触媒ユニット３４０を用いた触媒反応は、図７に示す触媒反応装置３００を用いて行うことができる。
触媒反応装置３００は、ある特定の周波数の電磁波を発振する電磁波アンテナ（電磁波発振部）３１０とこの電磁波アンテナ３１０から発振された電磁波が内空間に広がるキャビティ（導波管）３２０とを備えている。
図示例では、キャビティ３２０の底面をｘ−ｙ平面（図示左方向がｘ方向、図示奥行き方向がｙ方向）とし、キャビティ３２０の底面に対して垂直方向をｚ方向としてある。
キャビティ３２０は、ｘ方向に延びた直方体状である。
キャビティ３２０内において、ｘ方向奥の上部に、電磁波アンテナ３１０が設置されている。電磁波アンテナ３１０と触媒ユニット３４０とは、ｙ方向位置がほぼ同じで、ｘ方向位置が異なっている。

本実施形態において、触媒反応装置３００において、電磁波アンテナ３１０の位置とキャビティ３２０の内空間サイズにより、シングルモード（ＴＥ１０３モード）の電磁波が生成されるように調整されている。
電磁波アンテナ３１０の位置、電磁波アンテナ３１０から発振される電磁波の周波数と発振強度、およびキャビティ３２０の内空間サイズによって、キャビティ３２０内を伝搬する電場Ｅの振動方向と振動強度が決まる。したがって、キャビティ３２０内を伝搬する電場Ｅの振動方向と振動強度は、シミュレーションによって求められる（たとえば非特許文献４を参照）。
図示例では、電場Ｅの振動方向はｚ方向であり、電場Ｅはｚ方向の振動強度が連続的に変化する定在電磁場が、ｘ方向に伝搬する電磁波の重ね合わせにより形成されている（たとえば非特許文献５を参照）。

本実施形態において、電磁波の電場Ｅの振動方向と複合体２の当接界面Ｓ２とのなす角度θが０〜４５°であり、電磁波の電場Ｅの振動方向と複合体２の当接界面Ｓ２における静的分極の方向とが互いに交差方向であるという関係を充足しつつ、電磁波の振動電場の強度が最も高くなる位置を含む領域に触媒ユニット３４０が配置される。

本実施形態の触媒反応装置３００において、キャビティ３２０には、キャビティ３２０をｚ方向に貫通するガス管３３１が設けられている。ガス管３３１の内部に、原料ガス等の被反応ガスＧが流下するようになっている。ガス管３３１の内部に上記触媒ユニット３４０が嵌め込まれている。触媒ユニット３４０は、板状またはロッド状等の異方性粒子からなる触媒担体２１の一軸方向（板状粒子の場合は板面の一軸方向、ロッド状粒子の場合は長軸方向）がｚ方向となる向きで取り付けられている（図６Ｂを参照）。
図中、符号３３２はキャビティ３２０にガス管３３１を固定するための固定用部材であり、符号３３３は触媒ユニット３４０の温度を測定する光ファイバ温度計である。
本実施形態において、電磁波の電場Ｅの振動方向はｚ方向である。複合体２の当接界面Ｓ２はｚ方向に平行な面であり、たとえば、図６Ｂに示すように、当接界面Ｓ２はｙｚ面である。この場合、電場Ｅの振動方向と複合体２の当接界面Ｓ２とは互いに平行方向であり、電場Ｅの振動方向と当接界面Ｓ２とのなす角度θは０°である。

本実施形態においては、第１実施形態と同様のメカニズムで、触媒担体２１と触媒粒子２２とが吸収しづらい周波数の電磁波を用いた場合にも、複合体２（触媒ユニット３４０）を短時間で所望温度に加熱することが可能である。
本実施形態では、複合体２の当接界面Ｓ２から加熱を進めることができるので、周囲温度を上げることなく、より低温での加熱反応が可能となる。

本実施形態においても、用いる電磁波の周波数は特に制限なく、たとえば０．１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚが好ましい。
用いる電磁波の周波数としては、９１５ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ、または２４．１ＧＨｚ等が好ましい。
本実施形態において、触媒担体２１と触媒粒子２２が吸収しづらい周波数の電磁波を用いてもよい。したがって、最も汎用の２．４５ＧＨｚの電磁波等を用いることができる。この場合、電磁波発生装置として特殊な装置が不要であり、低コストである。

複合体２の加熱温度（電磁波照射による複合体２の最高到達温度）は、所望の触媒反応が効果的に進む温度である。

電場Ｅの振動方向と複合体２の当接界面Ｓ２とは互いに平行方向であることが最も好ましい。この場合、電場Ｅの振動方向と複合体２の当接界面Ｓ２とのなす角度θは０°である。
上記したように、複数の複合体２の配列の秩序は必ずしも整然としたものではない。
電場Ｅの振動方向と複合体２の当接界面Ｓ２とのなす角度θは０°から多少ずれても、同様の作用効果が得られる。
角度θが０〜４５°、好ましくは０〜４０°、より好ましくは０〜３０°、特に好ましくは０〜２０°の範囲内において、用いる電磁波を吸収しづらい材料であっても効率よく加熱することができ、複合体２の当接界面Ｓ２から加熱を進めることができる。

本実施形態では、電場Ｅの振動方向と当接界面Ｓ２とのなす角度θが０〜４５°、好ましくは０〜４０°、より好ましくは０〜３０°、特に好ましくは０〜２０°であり、電場Ｅの振動方向と当接界面Ｓ２における静的分極の方向とが互いに交差方向であるという関係を充足しつつ、振動電場の強度が最も高くなる位置を含む領域に複合体２（触媒ユニット３４０）を設置して加熱を実施するので、電磁波を最も効率よく利用できる。したがって、電磁波の照射時間は短時間でよく、被反応ガスＧが触媒ユニット３４０を通る時間は短時間でよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、触媒担体２１と触媒粒子２２とが用いるある特定の周波数の電磁波を吸収しづらい材料であっても複合体２を効率よく加熱することができ、複合体２の当接界面Ｓ２から加熱を進めることが可能な複合体２の加熱方法を提供することができる。
本実施形態によれば、上記の複合体２の加熱方法を適用した触媒反応装置３００およびこれに用いて好適な触媒ユニット３４０を提供することができる。

「その他の適用例」
本発明の複合体の加熱方法は、上記第１、第２の実施形態の複合体の他、界面分極を有する任意の複合体の加熱に適用できる。

本発明はたとえば、固体酸化物燃料電池等における、イオン導電性セラミック薄膜および／または薄膜電極の積層構造の焼結に適用することができる。本発明はたとえば、セラミックコンデンサにおける、セラミック誘電体と内部電極との交互多層積層構造の焼結に適用することができる。
上記積層構造では、従来法では加熱炉を用いた高温焼結が必要であるが、本発明を適用することで、加熱炉を用いずに、低エネルギーで焼結ができる。

本発明は、たとえば、複合体の界面近傍を優先的に加熱変性させて、界面付近の物性とその外側の物性の違いにより機能を持つデバイスの製造に適用することができる。
たとえば、屈折率の違う材料を積層させることにより形成される光閉じ込め効果または光変調を用いた各種光学デバイス（電気光学デバイスおよび磁気光学デバイス等）における、半導体基板上の酸化膜とその上の誘電体膜との積層構造、絶縁基板上の電気光学材料の積層構造、あるいは電気光学材料と誘電体膜との積層構造等の焼結に適用することができる。
たとえば、音響インピーダンスの違う材料を積層させることによる弾性波の閉じ込めとその変調を用いた表面弾性波素子、バルク弾性波素子、あるいは音響光学デバイスにおける、酸化物強誘電体あるいは圧電体の積層構造等の焼結に適用することができる。
たとえば、半導体の不純物濃度の傾斜による不純物準位のプロファイルの制御が必要な半導体デバイスに適用することができる。より具体的には、たとえば、上記実施形態で挙げた色素増感型光電変換素子、およびその他の各種光電変換素子（非晶質薄膜光電変換素子、多結晶・微結晶光電変換素子、および結晶系光電変換素子等）におけるｐ−ｉ―ｎプロファイル、あるいは半導体層の界面物性を利用した電気特性の制御等に適用することができる。

本発明は、界面分極を有する任意の複合体の加熱に適用できるため、本発明の適用範囲は広い。
本発明は、複合体をなす第１の物質と第２の物質のうち、少なくとも一方が２．４５ＧＨｚのマイクロ波における誘電損失係数が比較的低い材料からなる場合に好ましく適用できる。

２．４５ＧＨｚのマイクロ波における誘電損失係数が比較的低い材料としては、酸化物、硫化物、および窒化物等の半導体または絶縁体等が挙げられる。
これらの材料はたとえば、Ｃ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｔｌ、Ｐｂ、およびＢｉからなる群より選ばれた少なくとも１種を含む。

本発明は特に、複合体をなす第１の物質と第２の物質のうち、少なくとも一方が２．４５ＧＨｚのマイクロ波における誘電損失係数が比較的低い、金属酸化物、金属硫化物、および金属窒化物等からなる場合に好ましく適用できる。
中でも、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、およびＺｎからなる群より選ばれた少なくとも１種の第一周期遷移金属；
Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｂ、Ａｇ、およびＣｄからなる群より選ばれた少なくとも１種の第二周期遷移金属；
あるいは、
Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、およびＨｇからなる群より選ばれた少なくとも１種の第三周期遷移金属を含む材料に好ましく適用できる。
上記材料は誘電特性が良好な半導体または絶縁体であるため、光学特性、半導体または絶縁特性等に優れており、広く光学デバイスおよび電子デバイスに利用されている。かかる用途においては、真空プロセスを要しない低コストな成膜方法であることから、上記材料を含むペースト等の塗布と３００℃以上の高温焼結を含む塗布法が用いられる場合がある。誘電損失特性は材料独自の周波数特性を示すため、多くの場合は特定のマイクロ波周波数に対して必ずしも高い誘電損失特性を有するものではない。そのため、上記材料を用いた異種材料の複合体において、界面分極を利用した、本発明のマイクロ波照射下における自己発熱は迅速焼結方法として有用である。

本発明に係る実施例および比較例について説明する。

［実施例１−１］
（ＦＴＯ基板）
ホウケイ酸ガラス基板（Ｓｏｄａ Ｇｌａｓｓ）上に、ＣＶＤ法により、膜厚１μｍ、シート抵抗１０Ω／ｃｍ□のＦＴＯ（フッ素ドープ酸化錫）膜が形成されたＦＴＯ基板を用意した。このＦＴＯ基板を、水、アセトン、およびエタノールで洗浄し、乾燥した後、紫外オゾンランプ照射により有機物除去して、成膜基材として使用した。
（酸化チタン微粒子膜の成膜と焼成）
上記成膜基材（ＦＴＯ基板）上に、酸化チタン前駆体を含むゾル（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製Ｔｉゾル）を塗布し、ホットプレートを用い、１３０℃で６分間加熱乾燥して、４μ厚、１ｃｍ幅の酸化チタン微粒子膜（平均粒子径：２０ｎｍ程度）を成膜した。
図８に示すように、成膜基材上に、成膜基材よりも小さい面積で酸化チタン微粒子膜を成膜した。図８は酸化チタン微粒子膜／成膜基材の上面図である。図中、符号Ｓｕｂは成膜基材（この例ではＦＴＯ基板）、符号Ｍｅｍｂは加熱対象膜（ここでは酸化チタン微粒子膜）を示す。
以上のようにして、酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板を得た。
得られた酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による表面写真を図９に示す。ＦＴＯ膜上に多数のランダム形状の微粒子からなる酸化チタン微粒子膜が形成されている様子が観察された。

図３Ａに示したような加熱装置を用意した。電磁波アンテナの位置とキャビティの内空間サイズにより、シングルモード（ＴＥ１０３モード）の電磁波が生成されるように調整した。
キャビティ内のｘｙ座標位置と電場の振動方向および振動強度との関係は、シミュレーションにより求めた。
図３Ａに示したように、電場の振動方向と酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の当接界面とが互いに平行方向（電場の振動方向と酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の当接界面とのなす角度θ＝０°）で、電磁波の振動電場の強度が最も高くなる位置を含む領域に酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板を設置した。
得られた酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板に対して、２．４５ＧＨｚの電磁波（マイクロ波）を照射して、加熱焼成を実施した。電磁波の出力は、５．３Ｗと２９Ｗの２条件とした。電場の振動強度の最大値は、５．３Ｗで８０Ｖ／ｍ、２９Ｗで１９０Ｖ／ｍであった。

［比較例１−１］
（成膜基材）
ホウケイ酸ガラス基板上に真空蒸着法により膜厚０．５μｍの金属チタン膜が形成されたＴｉ基板を用意した。このＴｉ基板を、水、アセトン、およびエタノールで洗浄し、乾燥した後、紫外オゾンランプ照射により有機物除去して、成膜基材として使用した。
（酸化チタン微粒子膜の成膜）
上記成膜基材（Ｔｉ基板）上に、酸化チタン前駆体を含むゾル（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製Ｔｉゾル）を塗布し、実施例１−１と同様にして、酸化チタン微粒子膜の成膜および焼成を実施した。

[比較例１−２] ＴｉＯ_２／石英ガラス基板の製造
成膜基材として石英ガラス基板（ＳｉＯ_２）を用いた以外は実施例１−１と同様にして、酸化チタン微粒子膜の成膜および焼成を実施した。

[実施例１−１、比較例１−１、および比較例１−２の評価]
（誘電損失係数）
実施例１−１、比較例１−１、および比較例１−２の各例で得た膜について、２．４５ＧＨｚの電磁波の誘電損失係数を測定した。結果は以下の通りであった。
酸化チタン膜の誘電損失係数：１．０×１０^−２〜１．０×１０^−４、
ＦＴＯ膜の誘電損失係数：０．５〜３、
金属チタン膜の誘電損失係数：表面は酸化チタン層であるため、１．０×１０^−３〜１．０×１０^−４。
いずれも２．４５ＧＨｚの電磁波の誘電損失係数は５以下であった。

（温度測定）
実施例１−１、比較例１−１、および比較例１−２の各例においては、放射温度計を用い、電磁波を用いた加熱焼成工程における成膜基材単体と酸化チタン微粒子膜／成膜基材の表面温度の変化を測定した。
図８に温度の測定箇所を示す。
酸化チタン微粒子膜の表面において四隅に近い箇所Ａ〜Ｄ、および上に酸化チタン微粒子膜が成膜されず成膜基材の表面が露出した箇所Ｅ、Ｆについて、表面温度測定を実施した。測定箇所Ｅ、Ｆの平均データを成膜基材単体の表面温度とし、測定箇所Ａ〜Ｄの平均データを酸化チタン微粒子膜／成膜基材の表面温度とした。

図１０Ａに、電磁波の出力を５．３Ｗとしたときの成膜基材単体の表面温度の測定結果を示す。
図１０Ｂに、電磁波の出力を５．３Ｗとしたときの酸化チタン微粒子膜／成膜基材の表面温度の測定結果を示す。
図１０Ｃに、電磁波の出力を２９Ｗとしたときの成膜基材単体および酸化チタン微粒子膜／成膜基材の表面温度の測定結果を示す。

図１０Ａ〜図１０Ｃに示すように、石英ガラス基板単体およびこの上に成膜された酸化チタン微粒子膜には全く温度上昇が見られなかった。つまり、石英ガラス基板および酸化チタン微粒子膜はそれぞれ単体では、２．４５ＧＨｚの電磁波を照射しても全く加熱されないことが分かった。これらの材料の組合せでは、当接界面において、静的分極が生じていないと考えられる。

図１０Ａに示すように、Ｔｉ基板およびＦＴＯ基板は、それぞれ単体では２．４５ＧＨｚの電磁波の照射によりある程度は加熱されるが、顕著ではなかった。

図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、Ｔｉ基板上に成膜された酸化チタン微粒子膜の温度上昇は、Ｔｉ基板単体と類似したものであった。これらの材料の組合せでは、当接界面において、静的分極が生じていないと考えられる。

図１０Ａ〜図１０Ｃに示すように、ＦＴＯ基板上に成膜された酸化チタン微粒子膜の温度上昇は、ＦＴＯ基板単体よりも顕著に大きく、５．３Ｗ照射条件では約２分後に２００℃以上に達し、２９Ｗ照射条件では約１分後に４００℃以上に達した。
ＦＴＯ基板上に成膜された酸化チタン微粒子膜の温度上昇は、誘導加熱あるいは電極上のスパーク等による、単に成膜基材からの伝導によるものではないと言える。これらの材料の組合せでは、当接界面において静的分極が生じており、同じ極の静的分極同士が電場により誘電緩和が生じ加熱されたと考えられる。

［実施例２、比較例２］
（酸化物微粒子膜の成膜）
成膜基材として、実施例２では実施例１−１と同じＦＴＯ基板を用意し、比較例２では石英ガラス基板（ＳｉＯ_２）を用意した。
各例において、以下の６種の酸化物微粒子を用意した。
ＳｎＯ_２微粒子（Tin(IV) Oxide（純度99.9%） 、Aldrich社製「549657-5G」）、
Ｔａ_２Ｏ_５微粒子（Tantalum(Ｖ) Oxide（99.9%）、和光純薬工業社製「200-09342」）、
ＴｉＯ_２微粒子（純度99.9%、Degussa社製「P25」）、
Ｂｉ_２Ｏ_３微粒子（Bismuth(III) Oxide（99.9%）、和光純薬工業社製「028-08842」）、
ＭｎＯ_２微粒子（Manganese(IV) Oxide、Aldrich社製「217646-100G」）、
Ｎｂ_２Ｏ_５（Niobium(Ｖ) Oxide（99.9%）、和光純薬工業社製「144-05332」）。
各酸化物微粒子について、
５質量部の酸化物微粒子と、
７５質量部の無水エタノール（和光純薬工業社製「321-00025」）と、
１０質量部のエチルセルロース（東京化成工業社製「E0072」）と、
１０質量部のテルピネオール（異方性混合物、和光純薬工業社製「203-07992」）とを混合して（計１００質量部）、
酸化物微粒子分散ペーストを得た。
各例において、上記基板上に各酸化物微粒子分散ペーストを塗布し、１２０℃で５分間焼成して、各種酸化物微粒子膜を成膜した。
酸化物微粒子膜の膜厚と幅は実施例１−１と同様、４μ厚、１ｃｍ幅とした。
いずれも酸化物微粒子膜の平均粒子径は実施例１−１と同様、２０ｎｍ程度であった。

（酸化物微粒子膜の焼成）
実施例１−１と同様の装置を用い、２．４５ＧＨｚの電磁波を照射して、加熱焼成を実施した。電磁波の出力は５．０Ｗとした。
この例においては、実施例１−１と同様、電場の振動方向と酸化物微粒子膜／成膜基材の当接界面とが互いに平行方向（電場の振動方向と酸化物微粒子膜／成膜基材の当接界面とのなす角度θ＝０°）で、電磁波の振動電場の強度が最も高くなる位置を含む領域に酸化物微粒子膜／成膜基材を設置した。

（温度測定）
実施例１−１と同様の方法にて、電磁波を用いた加熱焼成工程における成膜基材単体および酸化物微粒子膜／成膜基材の表面温度の変化を測定した。
実施例２の評価結果を図１１Ａに示し、比較例２の評価結果を図１１Ｂに示す。

図１１Ｂに示すように、石英ガラス基板上に成膜された各種酸化物微粒子膜（ＳｎＯ_２微粒子膜、Ｔａ_２Ｏ_５微粒子膜、ＴｉＯ_２微粒子膜、Ｂｉ_２Ｏ_３微粒子膜、ＭｎＯ_２微粒子膜、およびＮｂ_２Ｏ_５微粒子膜）にはいずれも、全く温度上昇が見られなかった。つまり、石英ガラス基板および酸化物微粒子膜はそれぞれ単体では、２．４５ＧＨｚの電磁波を照射しても全く加熱されないことが分かった。これらの材料の組合せでは、当接界面において、静的分極が生じていないと考えられる。

図１１Ａに示すように、ＦＴＯ基板上に成膜された各種酸化物微粒子膜（Ｔａ_２Ｏ_５微粒子膜、ＴｉＯ_２微粒子膜、Ｂｉ_２Ｏ_３微粒子膜、ＭｎＯ_２微粒子膜、およびＮｂ_２Ｏ_５微粒子膜）では、ＦＴＯ基板単体に対して、顕著な温度上昇が見られた。電磁波照射開始後３００秒後の到達温度はいずれも１２５℃以上であり、１５０℃以上あるいは２００℃以上に到達したサンプルもあった。
ＳｎＯ_２はＦＴＯの主成分であり、ＦＴＯ基板上に成膜されたＳｎＯ_２微粒子膜の温度上昇は、ＦＴＯ基板単体と同等レベルであった。

実施例２において、ＦＴＯとその上に形成した酸化物との仕事関数差と、電磁波照射開始後３００秒後の酸化物微粒子膜の表面温度との関係を、図１１Ｃに示す。
図中、縦軸の薄膜温度は、電磁波照射開始後３００秒後の酸化物微粒子膜の表面温度である。
ＦＴＯの主成分はＳｎＯ_２であるので、ＦＴＯとその上に形成した酸化物との仕事関数差はＳｎＯ_２とＦＴＯ上に形成した酸化物との仕事関数差でもって求めた。
ＦＴＯとその上に形成した酸化物との仕事関数差が大きくなる程、電磁波照射開始後３００秒後に到達する温度が高くなる傾向があった。
ＦＴＯとその上に形成した酸化物との仕事関数差は、０．５ｅＶ以上が好ましく、１．０ｅＶ以上が好ましい。

［実施例３−１］
実施例１−１と同様にして、酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板を得た。
実施例１−１と同様の装置を用い、２．４５ＧＨｚの電磁波を照射して、加熱焼成を実施した。電磁波の出力は５．３Ｗとした。
この実施例では、角度θを変化させ、各条件についてＦＴＯ基板単体と酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の表面温度の測定を実施した。温度測定は実施例１−１と同様の方法にて実施した。
なお、角度θは、酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板においては、電場の振動方向と酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の当接界面とのなす角度であり、ＦＴＯ基板単体については電場の振動方向とＦＴＯ基板の基板面とのなす角度である。
図１２ＡにＦＴＯ基板単体の表面温度の測定結果（細線）と酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の表面温度の測定結果（太線）を示す。
ＦＴＯ基板単体の表面温度と比較した場合、θ＝０〜４０°、好ましくはθ＝０〜３０°、より好ましくは０〜２０°の範囲内において、酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の表面に顕著な温度上昇が見られた。

［実施例３−２］
実施例１−１と同様にして、酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板を得た。
実施例１−１と同様の装置を用い、２．４５ＧＨｚの電磁波を照射して、加熱焼成を実施した。電磁波の出力は５．０Ｗとした。
この実施例では、電場の振動方向と酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の当接界面とのなす角度θを変化させ、各条件について酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の表面温度の測定を実施した。温度測定は実施例１−１と同様の方法にて実施した。
図１２Ｂに評価結果を示す。
θ＝０〜４５°、好ましくはθ＝０〜３０°、より好ましくはθ＝０〜２０°の範囲内において、酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の表面に顕著な温度上昇が見られた。

実施例３−２において、電場の振動方向と酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の当接界面とのなす角度θと、電磁波照射開始後３００秒後の酸化チタン微粒子膜／酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の表面温度との関係を図１２Ｃに示す（白丸のプロットおよび太線データ）。
振動電場のパワーは、電場強度のｃｏｓ成分の二乗に比例する。電場の振動方向と酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の当接界面とのなす角度θが０°と９０°のときの電磁波照射開始後３００秒後の酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の表面温度のデータを測定データに一致させて、振動電場のパワーが電場強度のｃｏｓ成分の二乗に比例するとして計算を実施したときの計算データを細線で示す。
測定データと計算データは概ね一致しており、電場の振動方向と酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の当接界面とのなす角度θと酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の加熱温度との間には相関があることが示された。
測定データおよび計算データから、θ＝０〜４５°、好ましくはθ＝０〜４０°、より好ましくはθ＝０〜３０°、特に好ましくは０〜２０°の範囲内において、酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の表面に顕著な温度上昇が見られることが示された。

［実施例４−１］
実施例１−１で用いたのと同じＦＴＯ基板を用意した。
４１．４ｍｇのチタンフロライド（ＴｉＦ_４）と２０ｍＬの０．０１Ｍ ＨＣｌ水溶液とを混合した後、ｐＨが２であることを確認し、さらに１０ｍＬの２−プロパノールと１０ｍＬの脱イオン水とを添加し、混合した。これにさらに、０．５ｍＬの１０質量％ＨＦ水溶液を添加し、混合した。得られた混合溶液をテフロン（登録商標）製オートクレーブに封入し、１８０℃で２４時間加熱して、水熱合成を実施した。
得られた白色粉末をデキャンテーションによりエタノールおよび脱イオン水で５回ずつ洗浄して、アナターゼ型の板状酸化チタン微粒子を得た。
得られた酸化チタン微粒子をエタノール中に分散させた。微粒子分散液の濃度は２０質量％とした。得られた微粒子分散液を上記ＦＴＯ基板上に塗布し、溶媒を乾燥除去した。
このサンプルのＳＥＭ表面写真を図１３Ａ（ｄ）に示す。この写真には、ＦＴＯ基板上に１個の板状の酸化チタン微粒子が載っている様子が見られた。

得られた酸化チタン微粒子／ＦＴＯ基板上に、熱硬化性ポリマー液（旭有機材工業株式会社製フェノール樹脂液「ＥＳ０１）を、スピンコート法により塗布した。塗布条件は、滴下量５μＬ、回転数５００ｒｐｍ、液膜厚約０．１ｍｍとした。
実施例１−１と同様の条件で電磁波照射を行った。電磁波照射条件は、２．４５ＧＨｚ、１０．０Ｗ、２５秒間とした。
電磁波照射により加熱された部分の熱硬化性ポリマーが硬化し、その他の部分の熱硬化性ポリマーは未硬化のままであった。
電磁波照射後に、エタノール中でサンプルを超音波洗浄したところ、未硬化のポリマーは洗い流された。
電磁波照射および洗浄後のサンプルのＳＥＭ表面写真を図１３Ａ（ａ）〜（ｃ）に示す。いずれも、ＦＴＯ基板と酸化チタン微粒子との間からポリマーが盛り上がって硬化している様子が見られた。酸化チタン微粒子／ＦＴＯ基板では、界面加熱が起こることが示された。

［実施例４−２］
成膜基材をドープなしのＳｎＯ_２基板とした以外は実施例４−１と同様にして、酸化チタン微粒子／ＳｎＯ_２基板を得た。このサンプルのＳＥＭ表面写真を図１３Ｂ（ａ）に示す。
得られた酸化チタン微粒子／ＳｎＯ_２基板上に、実施例４−１と同様にして、熱硬化型ポリマー溶液の塗布と乾燥、電磁波照射、および洗浄を実施した。電磁波照射および洗浄後のサンプルのＳＥＭ表面写真を図１３Ｂ（ｂ）に示す。
実施例４−１と異なり、この例では、界面加熱によるポリマーの硬化は見られなかった。酸化チタン微粒子／ＳｎＯ_２基板では、界面加熱は起こらないことが示された。

［実施例４−３］
実施例２と同様にして、ＳｎＯ_２微粒子／ＦＴＯ基板を得た。このサンプルのＳＥＭ表面写真を図１３Ｃ（ａ）に示す。
得られたＳｎＯ_２微粒子／ＦＴＯ基板上に、実施例４−１と同様にして、熱硬化型ポリマー液の塗布、電磁波照射、および洗浄を実施した。電磁波照射および洗浄後のサンプルのＳＥＭ表面写真を図１３Ｃ（ｂ）に示す。
実施例４−１と異なり、この例においても、界面加熱によるポリマーの硬化は見られなかった。ＳｎＯ_２微粒子／ＦＴＯ基板では、界面加熱は起こらないことが示された。

［実施例５−１〜５−２］
実施例１−１と同様にして、酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板を得た。
実施例１−１と同様の装置を用い、２．４５ＧＨｚの電磁波を照射して、加熱焼成を実施した。電磁波の出力は２９Ｗとした。
この例においては、実施例１−１と同様、電場の振動方向と酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の当接界面とが互いに平行方向（電場の振動方向と酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の当接界面とのなす角度θ＝０°）で、電磁波の振動電場の強度が最も高くなる位置を含む領域に酸化物微粒子膜／成膜基材を設置した。
電磁波を照射した後、１００℃まで自然放冷した。
電磁波照射による温度上昇プロファイルは、図１０Ｃに示したのと同様である。酸化チタン微粒子膜の最高到達温度は約４５０℃であった。
電磁波照射時間は、５．０分間（実施例５−１）と２．５分間（実施例５−２）の２条件とした。なお、電磁波照射時間には、常温から約４５０℃までの昇温時間（約２分間）が含まれる。

上記焼成後の酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板をＳｏｌａｒｏｎｉｘ社製Ｒｕｔｈｅｎｉｚｅｒ ５３５−ｂｉｓＴＢＡ（Ｎ７１９）のエタノール溶液に１２時間浸漬して、負極基板を得た。用いた色素増感剤の化学式を[化１]に示す。この色素増感剤は、３００〜７５０ｎｍの可視域に吸収を持つ。

酸化チタン微粒子膜の成膜基材として用いたのと同じＦＴＯ基板上に、Ｐｔ前駆体を含むゾル（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製プラティゾル）を塗布し、酸素雰囲気下４００℃で焼成することにより、触媒として粒子径１〜５ｎｍの白金ナノ粒子を基板表面に析出して、正極基板を得た。
色素担持酸化チタン微粒子膜とＰｔ触媒層とが互いに対向するように、上記の負極基板と正極基板とを対向配置し、これら基板の周縁部間をシール材として熱可塑性樹脂（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製Ｓｕｒｌｙｎ）を用いて熱圧着した。
次いで、両電極間にヨウ素系電解質溶液（電解質：０．１Ｍ ＬｉＩ、０．６Ｍ ブチルメチルイミダゾリウムヨーダイド（ＢＭＩｍＩ）、および０．５Ｍ ｔ−ブチルピリジン（ｔＢＰ）、溶媒：アセトニトリル（ＡＮ）／バレルニトリル（ＶＮ）（質量比８５／１５）混合溶媒 ）を注入して、色素増感型光電変換素子を得た。

[比較例５]
実施例１−１と同様にして、酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板を得た。得られた酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板を、電気オーブンを用い、常温から４５０℃まで３０分間かけて昇温し、４５０℃で３０分間保持した後、１００℃まで自然放冷した。
実施例５−１、５−２と同様の方法で、上記焼成後の酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板を色素増感剤の溶液に１２時間浸漬して、負極基板を得た。この負極基板を用いた以外は実施例５−１、５−２と同様の方法で、色素増感型光電変換素子を得た。

［実施例５−１〜５−２および比較例５の評価］
（光電変換特性の評価）
実施例５−１〜５−２および比較例５の光電変換素子について、擬似太陽光（ＡＭ１．５、結晶系シリコン規格、山下電装社製）を用い、室温下での光電流−電圧特性の測定を実施した。結果を図１４および表１に示す。
図中、実施例５−１のデータはＭＷ（５ｍｉｎ）で示し、実施例５−２のデータはＭＷ（２．５ｍｉｎ）で示し、比較例５のデータは、Ｈｅａｔｅｒ（３０ｍｉｎ）で示してある。

比較例５では、従来一般的な方法により色素増感型光電変換素子を製造した。この例では、電磁波照射を行わずに酸化チタン微粒子膜を加熱焼成した。加熱焼成時間は、３０分間の昇温と３０分間の温度保持で合計６０分間であった。得られた素子は、光電流Ｊｓｃが９．２２ｍＡ／ｃｍ^２であり、開放電圧Ｖｏｃが０．６９７Ｖであった。
実施例５−１、５−２では、電磁波照射により酸化チタン微粒子膜を加熱焼成した。電磁波照射時間はわずか５分間または２.５分間であった。
得られた素子は、光電流Ｊｓｃが９．６４〜１１．６ｍＡ／ｃｍ^２であり、開放電圧Ｖｏｃが０．７０１〜０．７３７Ｖであり、比較例５と同等以上の光電変換応答が確認された。

［実施例６］
実施例１−１で用いたのと同じＦＴＯ基板を用意した。
上記成膜基材上に、酸化チタン微粒子分散ペースト（Peccell社製「PECC-01-06」）を塗布し、１２０℃で６分間加熱焼成して、酸化チタン微粒子膜（平均粒子径：２０ｎｍ程度）を成膜した。膜厚は３．８±０．２μｍであった。
実施例１−１と同様の装置を用い、２．４５ＧＨｚの電磁波を１０分間照射して、加熱焼成を実施した。
電磁波の出力は、照射開始から１分後までは１０．０Ｗとし、１分後から照射終了までは５．０Ｗとした。
この例においては、実施例１−１と同様、電場の振動方向と酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の当接界面とが互いに平行方向（電場の振動方向と酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板の当接界面とのなす角度θ＝０°）で、電磁波の振動電場の強度が最も高くなる位置を含む領域に酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板を設置した。
電磁波を照射した後、１００℃まで自然放冷した。
電磁波照射による温度上昇プロファイルは図１０Ｂに示したのに類似し、酸化チタン微粒子膜の最高到達温度は約２００℃であった。
なお、電磁波照射時間には、常温から約２００℃までの昇温時間（約２分間）が含まれる。

上記焼成後の酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板を用いた以外は実施例５−１、５−２と同様にして、負極基板を得た。この負極基板を用いた以外は実施例５−１、５−２と同様にして、色素増感型光電変換素子を得た。

[比較例６]
実施例１−１と同様にして、酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板を得た。得られた酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板を、電気オーブンを用い、常温から２００℃まで３０分間かけて昇温し、２００℃で１０分間保持した後、１００℃まで自然放冷した。
上記焼成後の酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板を用いた以外は比較例５と同様にして、負極基板を得た。この負極基板を用いた以外は比較例５と同様にして、色素増感型光電変換素子を得た。

［実施例６および比較例６の評価］
（光電変換特性の評価）
実施例６および比較例６の光電変換素子について、実施例５−１、５−２および比較例５と同様に、光電変換性能を評価した。結果を図１５および表２に示す。図中、実施例６のデータはＭＷで示し、比較例６のデータは、Ｈｅａｔｅｒで示してある。

電磁波照射により酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板を約２００℃で低温焼結した実施例６では、電磁波照射により酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板を約４５０℃で高温焼結した実施例５−１、５−２、および通常のオーブン加熱により酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板を４５０℃で高温焼結した比較例５と同等性能の光電変換素子が得られた。
電磁波照射により酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板を約２００℃で低温焼結した実施例６では、通常のオーブン加熱により酸化チタン微粒子膜／ＦＴＯ基板を２００℃で低温焼結した比較例６よりも高性能な光電変換素子が得られた。

［実施例７］
（基板）
以下の５種の基板を用意した。
ホウケイ酸ガラス基板（Ｓｏｄａ Ｇｌａｓｓ）、
（００１）ルチル型ＴｉＯ_２基板、
（１００）ルチル型ＴｉＯ_２基板、
（１１０）ルチル型ＴｉＯ_２基板、
シリコン基板（Ｓｉ）。

（白金ナノ粒子の形成）
上記の各基板の上に、白金前駆体溶液として０．０１Ｍ Ｈ_２ＰｔＣｌ_６水溶液を０．１６ｍｌ／ｃｍ^２の塗布量で塗布した。これを酸素雰囲気下４００℃３０分間焼成して、触媒粒子である白金ナノ粒子を基板表面に析出した。
白金ナノ粒子の粒子径は１〜５０ｎｍ程度であった。
例として、白金ナノ粒子／ホウケイ酸ガラス基板のＳＥＭ表面写真を図１６に示す。

（加熱焼成）
白金ナノ粒子／各種基板に対して、実施例１−１と同様の装置を用い、２．４５ＧＨｚの電磁波を照射して、加熱焼成を実施した。
電磁波の出力は、白金ナノ粒子／ルチル型ＴｉＯ_２基板については１５．０Ｗとし、その他の白金ナノ粒子／基板については５．０Ｗとした。
この例においては、実施例１−１と同様、電場の振動方向と白金ナノ粒子／各種基板の当接界面とが互いに平行方向（電場の振動方向と白金ナノ粒子／各種基板の当接界面とのなす角度θ＝０°）で、電磁波の振動電場の強度が最も高くなる位置を含む領域に白金ナノ粒子／各種基板を設置した。

（温度測定）
実施例１−１と同様にして、電磁波を用いた加熱工程における基板単体および白金ナノ粒子／各種基板の表面温度の変化を測定した。
評価結果を図１７Ａ、図１７Ｂに示す。
図１７Ｂは、図１７Ａにおいて最高到達温度が６０℃に満たなかったサンプルについて、縦軸スケールを拡大して図示したものである。

図１７Ａおよび図１７Ｂに示すように、（００１）ルチル型ＴｉＯ_２基板、（１００）ルチル型ＴｉＯ_２基板、（１１０）ルチル型ＴｉＯ_２基板、およびシリコン基板の５種類の基板はいずれも、基板単体では全く温度上昇が見られなかった。
ホウケイ酸ガラス基板は、基板単体でも多少加熱されたが、最高到達温度は４０℃以下であった。
白金ナノ粒子／（１００）ルチル型ＴｉＯ_２基板、および白金ナノ粒子／（１１０）ルチル型ＴｉＯ_２基板においても、全く温度上昇が見られなかった。これらの材料の組合せでは、当接界面において、静的分極が生じていないと考えられる。
白金ナノ粒子／シリコン基板および白金ナノ粒子／（００１）ルチル型ＴｉＯ_２基板では、基板単体よりも大きな温度上昇が見られた。これらサンプルにおける電磁波照射開始後３００秒後の到達温度は、５０〜６０℃程度であった。これらの材料の組合せでは、当接界面において、静的分極が生じていると考えられる。
白金ナノ粒子／ホウケイ酸ガラス基板では、基板単体に比して顕著な温度上昇が見られた。これらサンプルにおける電磁波照射開始後３００秒後の到達温度は、１３０℃以上であった。これらの材料の組合せでは、当接界面において、静的分極が生じていると考えられる。
ホウケイ酸ガラス基板の代わりに石英ガラス基板を用いて同様の実験を行ったところ、白金ナノ粒子／石英ガラス基板においても、白金ナノ粒子／ホウケイ酸ガラス基板と同様、顕著な温度上昇が見られた。

［実施例８］
実施例７と同様にして、白金ナノ粒子／ホウケイ酸ガラス基板を得た。
実施例１−１と同様の装置を用い、２．４５ＧＨｚの電磁波を照射して、加熱焼成を実施した。電磁波の出力は５．０Ｗとした。
この実施例では、電場の振動方向と白金ナノ粒子／ホウケイ酸ガラス基板の当接界面とのなす角度θを変化させ、各条件について白金ナノ粒子／ホウケイ酸ガラス基板の表面温度の測定を実施した。温度測定は実施例１−１と同様の方法にて実施した。
図１８Ａに評価結果を示す。
θ＝０〜４５°、好ましくは０〜２０°において、白金ナノ粒子／ホウケイ酸ガラス基板の表面に顕著な温度上昇が見られた。
ホウケイ酸ガラス基板の代わりに石英ガラス基板を用いて同様の実験を行ったところ、白金ナノ粒子／石英ガラス基板においても、白金ナノ粒子／ホウケイ酸ガラス基板と同様、加熱温度のθ依存性が見られた。

実施例８において、電場の振動方向と当接界面とのなす角度θと、電磁波照射開始後３００秒後の白金ナノ粒子／ホウケイ酸ガラス基板の表面温度との関係を図１８Ｂに示す（黒四角のプロットとこれを繋ぐ太線データ）。
振動電場のパワーは、電場強度のｃｏｓ成分の二乗に比例する。電場の振動方向と当接界面とのなす角度θが０°と９０°のときの電磁波照射開始後３００秒後の白金ナノ粒子／ホウケイ酸ガラス基板の表面温度のデータを測定データに一致させて、振動電場のパワーが電場強度のｃｏｓ成分の二乗に比例するとして計算を実施したときの計算データを別の太線（プロットなし）で示す。
測定データと計算データは概ね一致しており、電場の振動方向と当接界面とのなす角度θと積層体の加熱温度との間には相関があることが示された。
測定データおよび計算データから、θ＝０〜４５°、好ましくはθ＝０〜４０°、より好ましくはθ＝０〜３０°、特に好ましくは０〜２０°において、白金ナノ粒子／ホウケイ酸ガラス基板の表面に顕著な温度上昇が見られることが示された。

［実施例９］
ガラス基板上にＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜が形成されたＩＴＯ基板を用意した。
２５ｍＬのチタンブトキシドと３ｍＬの４３質量％ＨＦ水溶液とを混合した後、これをテフロン（登録商標）製オートクレーブに封入し、１８０℃２４時間加熱して、水熱合成を実施した。得られた白色粉末をデキャンテーションによりエタノールで５回洗浄し、０．１Ｍの水酸化ナトリウム水溶液中に再分散させた。これを７日間攪拌した後、デキャンテーションにより純水で５回洗浄し、表面のフッ化物が除去された均質なアナターゼ型の板状酸化チタン微粒子を得た。
得られたアナターゼ型の板状酸化チタン微粒子をエタノール中に再分散させた。微粒子分散液の濃度は２０質量％とした。この微粒子分散液中に、バインダーとしてアルファテルピネオールおよびエチルセルロースを加え、混練して、酸化チタン微粒子ペーストを得た。
得られた酸化チタン微粒子ペーストをＩＴＯ基板上にスキージ法により塗布し、４５０℃で焼成して、酸化チタン微粒子膜を形成した。

得られた酸化チタン微粒子膜／ＩＴＯ基板のＳＥＭ観察を実施した。表面ＳＥＭ像を図１９Ａに示し、断面ＳＥＭ像を図１９Ｂに示す。
基板面に沿って、板状微粒子である酸化チタン微粒子が、板状微粒子の板面が基板面に対して平行またはそれに近い方向となるように配列している様子が見られた。
板状微粒子の径は０．０５μｍ程度であった。

板状微粒子である酸化チタン微粒子を触媒担体とし、これに白金ナノ粒子等の触媒粒子を担持させることで、図６Ｃに示したような触媒ユニットが得られる。
電磁波照射によりこの触媒ユニットを加熱することができる。この際、図６Ｃに示したように、電磁波の電場Ｅの振動方向を基板面に平行な方向またはそれに近い方向とすればよい。この場合、電磁波の電場Ｅの振動方向と触媒粒子／触媒担体の当接界面とのなす角度が０〜４５°、好ましくは０〜４０°、より好ましくは０〜３０°、特に好ましくは０〜２０°の範囲内であり、電磁波の電場の振動方向と触媒粒子／触媒担体の当接界面における静的分極の方向とが互いに交差方向であるという条件を充足することができ、触媒ユニットを当接界面から効率良く加熱することができる。

本発明の複合体の加熱方法と加熱装置は、互いに接する異種の第１の物質と第２の物質とを含む任意の複合体の加熱に適用することができる。

この出願は、２０１３年３月７日に出願された日本出願特願２０１３−４５６７５号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１ 複合体
１１ 第１の膜（第１の物質）
１２ 第２の膜（第２の物質）
１２ａ 微粒子
２ 複合体
２１ 触媒担体
２２ 触媒粒子
１００ 加熱装置
１２１ 電磁波アンテナ（電磁波発振部）
１２２ キャビティ
１２２ａ 複合体設置面
２００ 色素増感型光電変換素子
２１０ 負極基板
２１１ 第１基板
２１２ 第１導電体膜
２１３ 半導体膜
２２０ 正極基板
２２１ 第２基板
２２２ 第２導電体膜
２２３ 触媒層
２３０ 電界質層
２４０ シール材
３００ 触媒反応装置
３１０ 電磁波アンテナ（電磁波発振部）
３２０ キャビティ
３３１ ガス管
３４０、３５０ 触媒ユニット
３４１ 基材
３４２ 触媒保持部
３５１ 基板
３５１Ｓ 触媒保持部
Ｅ 電場
Ｄ 静的分極の方向
Ｓ１、Ｓ２ 複合体の当接界面
θ 電場の振動方向と複合体の当接界面とのなす角度
Ｅ 電場

Claims (8)

1. 互いに接する異種の第１の物質と第２の物質とを含む複合体をある特定の周波数の電磁波の照射により加熱する複合体の加熱方法であって、
   前記第１の物質および前記第２の物質は互いの当接界面に静的分極を有する材料の組合せからなり、
   前記当接界面は前記電磁波の伝搬方向と平行である部分を有し、前記電磁波の電場の振動方向と前記当接界面とのなす角度が０〜４５°であり、前記電磁波の電場の振動方向と前記静的分極の方向とが互いに交差方向であるという関係を充足しつつ、前記電磁波の振動電場の強度が最も高くなる位置を含む領域に前記複合体を設置または搬送して、前記複合体に前記電磁波を照射し、
   前記第１の物質はフッ素ドープ酸化錫であり、
   前記第２の物質は、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＭｎＯ_２、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｔａ _２ Ｏ _５ 及びＳｎＯ_２のいずれかであり、
   前記第１の物質及び前記第２の物質は平板状の部材として構成され、前記当接界面は平面である、
   複合体の加熱方法。
2. 前記第１の物質および前記第２の物質は、それぞれ単独物質では前記特定の周波数の電磁波における誘電損失係数が５以下である、請求項１に記載の複合体の加熱方法。
3. 前記電磁波の前記周波数は０．１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの範囲内である、請求項１または２に記載の複合体の加熱方法。
4. 前記電磁波の前記周波数は、９１５ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ、または２４．１ＧＨｚである、請求項３に記載の複合体の加熱方法。
5. 前記第１の物質および前記第２の物質のうち少なくとも一方が未焼結物であり、
   前記電磁波の照射により前記未焼結物を焼結する、
   請求項１または２に記載の複合体の加熱方法。
6. 前記第１の物質が触媒担体であり、前記第２の物質が触媒であり、
   前記電磁波の照射により前記触媒を加熱する、
   請求項１または２に記載の複合体の加熱方法。
7. 前記第１及び第２の物質の一方からなる基板上に、前記第１及び第２の物質の他方からなる膜が形成されることにより、前記当接界面が形成される、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の複合体の加熱方法。
8. 互いに接する異種の第１の物質と第２の物質とを含む複合体をある特定の周波数の電磁波の照射により加熱する複合体の加熱装置であって、
   前記第１の物質および前記第２の物質は互いの当接界面に静的分極を有する材料の組合せからなり、
   前記当接界面は前記電磁波の伝搬方向と平行である部分を有し、ある特定の周波数の電磁波を発振する電磁波発振部と、前記電磁波の電場の振動方向と前記当接界面とのなす角度が０〜４５°であり、前記電磁波の電場の振動方向と前記静的分極の方向とが互いに交差方向であるという関係を充足しつつ、前記電磁波の振動電場の強度が最も高くなる位置を含む領域に前記複合体を設置または搬送する手段とを有し、
   前記第１の物質はフッ素ドープ酸化錫であり、
   前記第２の物質は、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＭｎＯ_２、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｔａ _２ Ｏ _５ 及びＳｎＯ_２のいずれかである、
   前記第１の物質及び前記第２の物質は平板状の部材として構成され、前記当接界面は平面である、
   複合体の加熱装置。

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