JP5177425B2 - 電磁波吸収装置及び吸収電磁波制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、新規な電磁波吸収装置及び吸収電磁波制御方法に関する。
近年、携帯電話等の通信機器の増大、多様化により、それぞれに対応した電磁波を吸収するさまざまな電磁波吸収シートが提供されている（特許文献１等）。
例えば、特許文献１には、特定の繊維長のマイクロコイル状カーボン繊維が特定量で含有された誘電損失材のシートが提供されている。
しかしながら、上記特許文献１の電磁波吸収シートをはじめ、従来の電磁波吸収材は、吸収する波長域及び吸収量は予め固定されており、製造後や建物等に設置後は、波長域及び吸収量を変更できない。したがって、吸収対象の波長域等が変化した場合は、当該波長域等に対応できないという問題がある。
したがって、製造後又は設置後において、電磁波の波長域及び／又は吸収量を制御できる装置の開発が望まれている。
特開２００１−７７５８３号公報
本発明は、電磁波の吸収波長域及び／又は吸収量を変化させることができる装置及びその制御方法を提供することを主な目的とする。
本発明者らは、上記従来技術に鑑み鋭意研究を重ねた結果、特定の構造を有する装置を使用することにより、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は下記の装置及び制御方法に係る。
項１．高アスペクト比である導電性カーボンを含有する流体が電極間に充填されてなる、吸収波長域及び／又は吸収量が可変な電磁波吸収装置。
項２．導電性カーボンのアスペクト比が２以上である、上記項１に記載の電磁波吸収装置。
項３．導電性カーボンがカーボンナノコイル、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー及びカーボンナノツイストからなる群から選ばれる少なくとも１種である、上記項１又は２に記載の電磁波吸収装置。
項４．導電性カーボンの含有量が、流体１００重量部に対して０．００１〜５０重量部である、上記項１〜３のいずれかに記載の電磁波吸収装置。
項５．流体の粘度が１〜１００，０００ｃＰｓ（２５℃）である、上記項１〜４のいず
れかに記載の電磁波吸収装置。
れかに記載の電磁波吸収装置。
項６．電磁波吸収装置を透過する電磁波の波長域及び／又は吸収量を制御する方法であって、高アスペクト比である導電性カーボンを含有する流体が電極間に充填されてなる電磁波吸収装置の当該電極間に電界を印加することにより、当該導電性カーボンを配向させる、
ことを特徴とする吸収電磁波制御方法。
ことを特徴とする吸収電磁波制御方法。
項７．前記電磁波が、マイクロ波以上の波長域を有する電磁波である、上記項６に記載の吸収電磁波制御方法。
項８．前記電磁波が、赤外線以下の波長域を有する電磁波である、上記項６に記載の吸収電磁波制御方法。
項９．電磁波吸収装置を透過する電磁波の波長域及び／又は吸収量を制御する方法であって、
上記項６〜８のいずれかに記載の方法により配向させた導電性カーボンを含有する流体に流動、振動又は熱を与えることにより、前記導電性カーボンの配向状態を変える、ことを特徴とする吸収電磁波制御方法。
上記項６〜８のいずれかに記載の方法により配向させた導電性カーボンを含有する流体に流動、振動又は熱を与えることにより、前記導電性カーボンの配向状態を変える、ことを特徴とする吸収電磁波制御方法。
本発明の電磁波吸収装置（「電磁波変調装置」ともいう。）は、高アスペクト比である導電性カーボンを含有する流体が電極間に充填されてなることを特徴とする。
高アスペクト比である導電性カーボンとしては、例えば、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノコイル、カーボンナノツイスト等の直径が１μｍ未満のもののほか、１μｍ以上であるカーボンマイクロコイル等も挙げられる。これらの中でも、電界に対する配向の応答特性が良い観点から、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノコイル及びカーボンナノツイストのうち少なくとも１種が好ましく、最も好ましくはカーボンナノコイルである。
導電性カーボンのアスペクト比（繊維長／繊維径）は限定的でないが、例えば平均２以上が挙げられ、好ましくは平均１０〜５００００００程度である。
導電性カーボンの繊維長は限定的でなく、例えば平均５０ｎｍ〜１ｍｍ程度という幅広い範囲から適宜決定すればよい。繊維径（直径）も限定的でないが、好ましくは、平均１ｎｍ以上１μｍ未満である。
上記導電性カーボンの形状がコイル状、すなわちカーボンナノコイル又はカーボンナノツイスト等である場合は、コイル長は好ましくは平均５０ｎｍ〜１ｍｍ程度、より好ましくは平均０．５μｍ〜１００μｍ程度である。コイル径（直径）は好ましくは平均１０ｎｍ〜１０μｍ程度、より好ましくは平均５０ｎｍ以上１μｍ未満程度である。
導電性カーボンを含有している流体は、流動性があり、導電性カーボンを分散させることができるものであれば特に制限されない。例えば、水；イソプロピルアルコール、エタノール、グリセリン、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、ソルビトール等の１価又は多価のアルコール；ベンゼン、ヘキサン、クロロホルム、アセトン等の有機溶媒等が挙げられる。
本発明では、加熱（例えば、６０〜２５０℃程度）した場合に、流動性を有する物質も流体に含まれる。このような流体としては、例えば、熱可塑性樹脂等が好適に挙げられる。具体的には、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、（メタ）アクリル系樹脂のほか、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等が挙げられる。また、パラフィン、蝋、オリゴマー等も挙げられる。このような樹脂を流体に用いることにより、例えば、上記流体を６０〜２５０℃程度に加熱して流体に流動性をもたせ、次いで、電界を印加して導電性カーボンを配向させた後、温度を常温に戻して流体の流動性を失わせることにより配向状態を維持させることができる。さらには、再度加熱して流動性をもたせ、次いで、電界を印加させて導電性カーボンを再度新たな配向状態にすることもできる。
また、液晶などの電流を流すことにより流動性を有する物質も、本発明の流体に含まれる。
これらの流体は１種単独又は２種以上を混合して使用してもよい。
本発明では、これらの流体の中でも、特にアルコール及び熱可塑性樹脂が好ましい。
上記流体には、アントラセン、ピレン、ポルフィリンなどの多環式芳香族化合物；カルボキシメチルセルロース、ゼラチン、ポリカーボネート、ポリイミドなどの高分子化合物；界面活性剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。
上記流体の流動性は、２５℃における粘度が、通常１ｃＰｓ〜１０００００ｃＰｓ程度、好ましくは２ｃＰｓ〜１００００ｃＰｓ程度である。この範囲とすることにより、導電性カーボンの分散及び配向状態をより一層容易に制御できる。なお、加熱した場合又は電流を流した場合に流動性を有する物質については、当該加熱（例えば６０〜２５０℃）時又は通電時に上記範囲の粘度を有していればよい。本発明において粘度は、粘度測定装置によって測定されるものである。
流体は、電磁波透過性の観点から、絶縁体が好ましく、通常は比誘電率が１〜２００程度（常温２５℃）とすればよい。
上記流体中における導電性カーボンの含有量は、導電性カーボンの種類、流体の種類、粘度等に応じて適宜決定されるが、例えば、流体１００重量部に対して０．００１〜５０重量部程度、好ましくは０．０１〜３０重量部程度である。
電極は公知又は市販のものを使用することができる。材質としては、例えば、金、白金、銀、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、クロム、コバルト、インジウム、錫、亜鉛などの金属又はこれらの合金のほか、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）、ＳｎＯ２等の酸化物、カーボンなども使用できる。
電極の形状は細線であってもよく、薄膜であってもよい。また、複数の細線を平行に並べた櫛形電極であってもよい。
なお、電極を薄膜状とした場合は、当該薄膜電極を電磁波が透過する必要があるため（後述する図１を参照）、電極の面抵抗は自由空間の電波インピーダンス（３７７Ω程度）より大きくすればよい。一般的には４００Ω程度以上、好ましくは１０００Ω程度以上、より好ましくは３０００Ω程度以上とすればよい。上限は限定的でないが、例えば、１０００００Ω程度とすればよい。
櫛形電極の場合は、当該電極間の基板を電磁波が透過するため、電波インピーダンスは特に限定されない。
基板は、電磁波が透過できる材質である限り限定されず、例えば、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、セラミック基板等が挙げられる。
基板及び電極の面積、電極間距離等は、流体中の導電性カーボンの含有量、電界の強度等に応じて適宜決定すればよい。
電極に接続する電源は限定的でなく、公知又は市販の電源を使用することができる。
本発明の、吸収波長域及び吸収量からなる群から選択される少なくとも１種が可変な電磁波吸収装置の典型例を挙げると、例えば、
ｉ）図１に示すように、基板に積層された二枚の薄膜電極を向かい合うように配置し、当該二枚の電極間に、高アスペクト比である導電性カーボンを含有する流体を充填させた装置、
ｉｉ）図２に示すように、基板に積層された二組の櫛形電極を、対向する当該櫛形電極を構成する各々の細線電極が平行となるように配置し、当該二組の櫛形電極間に、高アスペクト比である導電性カーボンを含有する流体を充填させた装置、
ｉｉｉ）図３に示すように、基板に積層された二組の櫛形電極を、対向する当該櫛形電極の各々の細線電極が垂直（ねじれの関係）となるように配置し、高アスペクト比である導電性カーボンを含有する流体を充填させた装置、等が挙げられる。
ｉ）図１に示すように、基板に積層された二枚の薄膜電極を向かい合うように配置し、当該二枚の電極間に、高アスペクト比である導電性カーボンを含有する流体を充填させた装置、
ｉｉ）図２に示すように、基板に積層された二組の櫛形電極を、対向する当該櫛形電極を構成する各々の細線電極が平行となるように配置し、当該二組の櫛形電極間に、高アスペクト比である導電性カーボンを含有する流体を充填させた装置、
ｉｉｉ）図３に示すように、基板に積層された二組の櫛形電極を、対向する当該櫛形電極の各々の細線電極が垂直（ねじれの関係）となるように配置し、高アスペクト比である導電性カーボンを含有する流体を充填させた装置、等が挙げられる。
特に、図１〜３の装置において、透過させる電磁波が可視光である場合、基板は透明なものを使用すればよい。この場合、図１においては、薄膜電極も透明な電極、すなわち、ＩＴＯ、ＩＺＯ等を使用することとなる。
配向した導電性カーボンを再分散（配向していない状態）させるために、分散装置を電極又は電極間に装備させてもよい。具体的には、電極又は電極間に公知又は市販の流動、振動装置（例えば、液送ポンプ、スターラー、音波装置等）、加熱装置（電熱器、赤外線ランプ、ハロゲンランプ等）などを設置すればよい。
本発明は、上記構造を採用するため、電極に電流を流し、電極間に電界を生じさせることにより、電極間の導電性カーボンを所望の角度に配向させ、電極間を透過する電磁波の吸収波長域及び／又は吸収量（透過率又は反射率）を変更することができる。
本発明の配向とは、個々の導電性カーボンが特定方向に配列することをいい、一軸配向のほか、面配向も含む。
本発明装置の吸収する電磁波としては、２００ｎｍ〜３００ｍｍ程度という広い波長域のものを吸収することができ、具体的には，マイクロ波（３００ｍｍ〜１０ｍｍ程度、１ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ程度）、ミリ波（１０ｍｍ〜１ｍｍ程度、３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ程度）、テラヘルツ波（１ｍｍ〜１０μｍ程度、０．３ＴＨｚ〜３０ＴＨｚ程度）、赤外線（１００μｍ〜８００ｎｍ程度）、可視光（８３０ｎｍ〜３６０ｎｍ程度）、紫外光（４００ｎｍ〜１４ｎｍ程度）である。
この中でも、特に可視光及び紫外光においては、吸収量（透過率又は反射率）を変化させることにより、スイッチ機能（光シャッター等に代表される光吸収のｏｎ、ｏｆｆ機能）を好適に発揮できるため、電磁波吸収装置として好適に用いることができる。
マイクロ波、ミリ波、テラヘルツ波、赤外線等においては、上記吸収量のほか、吸収波長域等も多段的（段階的）に変化させることもでき、スイッチ機能のほか、可変波長機能（吸収波長域を多段的に変化させる機能）及び変調機能（電磁波の透過率（又は反射率）或いは偏波面（又は偏波成分）を多段的に変化させる機能）も好適に発揮できる。よって、電磁波吸収装置のみならず、可変波長電磁波吸収装置としても好適に用いることができる。
２．制御方法
本発明の第一態様の方法は、電磁波吸収装置を透過する電磁波の波長域及び／又は吸収量を制御する方法であって、高アスペクト比である導電性カーボンを含有する流体が電極間に充填されてなる電磁波吸収装置の当該電極間に電界を印加することにより、当該導電性カーボンを配向させる、ことを特徴とする。
本発明の第一態様の方法は、電磁波吸収装置を透過する電磁波の波長域及び／又は吸収量を制御する方法であって、高アスペクト比である導電性カーボンを含有する流体が電極間に充填されてなる電磁波吸収装置の当該電極間に電界を印加することにより、当該導電性カーボンを配向させる、ことを特徴とする。
電磁波吸収装置は、上記した本発明の吸収波長域及び／又は吸収量が可変な電磁波吸収装置を使用する。
以下、好ましい方法として、上記した典型例の電磁波吸収装置を用いて説明する。
ｉ）基板に積層された二枚の薄膜電極を向かい合うように配置し、当該二枚の電極間に、高アスペクト比である導電性カーボンを含有する流体を充填させた装置の場合
図４に示すように、二極の電極に交流電圧を印加すると、流体中の導電性カーボンが電極基板平面に対して垂直方向に配向する。なお、電圧を適宜調節することにより、垂直方向に配向するまでの導電性カーボンの角度を適宜調節できる。これらにより、当該装置の電極間を透過する電磁波の波長域及び／又は吸収量を制御できる。
図４に示すように、二極の電極に交流電圧を印加すると、流体中の導電性カーボンが電極基板平面に対して垂直方向に配向する。なお、電圧を適宜調節することにより、垂直方向に配向するまでの導電性カーボンの角度を適宜調節できる。これらにより、当該装置の電極間を透過する電磁波の波長域及び／又は吸収量を制御できる。
このメカニズムを詳述すると、例えば、導電性カーボンとしてカーボンナノコイルを使用した場合を例にすると、カーボンナノコイルが未配向（向きが不規則）の時、カーボンナノコイルを分散した流体の誘電率異方性は平均化され、全体としては等方性となる。他方、透明電極間に交流電圧を印加すると、流体中のカーボンナノコイルが透明電極に垂直に配向する。カーボンナノコイルが配向状態にある時、誘電率異方性が発現し、配向方向に垂直な電界に対する誘電率と誘電損失が減少し、配向方向に平行な電界に対する誘電率と誘電損失が増大する。本装置に垂直入射する電磁波の電界はカーボンナノコイルの配向方向と垂直なので、誘電率減少により電磁波の吸収ピーク周波数は上昇し、誘電損失減少により電磁波の透過損失は減少する。この他、入射電磁波の波長がカーボンナノコイルの大きさと比較して小さい場合、幾何光学的遮蔽面積の減少により透過率（透光率）が増大する。
ｉｉ）基板に積層された二組の櫛形電極を、対向する当該櫛形電極を構成する各々の電極が平行となるように配置し、当該二組の櫛形電極間に、高アスペクト比である導電性カーボンを含有する流体を充填させた装置の場合
図５に示すように、櫛形電極に交流電圧を印加すると、流体中の導電性カーボンが、櫛形電極を構成する一本一本の細線電極間に、当該細線電極と垂直になるように、かつ電極基板と平行になるように配向する。なお、電圧を適宜調節することにより、垂直に配向するまでの導電性カーボンの角度を適宜調節できる。これらにより、当該装置の電極間を透過する電磁波の波長域及び／又は吸収量を制御できる。
図５に示すように、櫛形電極に交流電圧を印加すると、流体中の導電性カーボンが、櫛形電極を構成する一本一本の細線電極間に、当該細線電極と垂直になるように、かつ電極基板と平行になるように配向する。なお、電圧を適宜調節することにより、垂直に配向するまでの導電性カーボンの角度を適宜調節できる。これらにより、当該装置の電極間を透過する電磁波の波長域及び／又は吸収量を制御できる。
このメカニズムを詳述する。本装置に垂直に入射する電磁波は、電界が櫛歯に平行な偏波成分と、電界が櫛歯電極に垂直な偏波成分とに分けて考えることができる。電界が櫛歯電極に平行な偏波成分に関しては、誘電率の増大と誘電損失の増大により吸収ピーク周波数の低下と透過損失の増大が起こる。
電界が櫛歯電極に垂直な偏波成分に関しては、誘電率の減少と誘電損失の減少により吸収ピーク周波数の上昇と透過損失の減少が起こる。この他、入射電磁波の波長がカーボンナノコイルの大きさと比較して小さい場合、幾何光学的遮蔽面積の増大により透過率（透光率）が増大する。
ｉｉｉ）基板に積層された二組の櫛形電極を、対向する当該櫛形電極の各々の電極が垂直（ねじれの関係）となるように、配置し、高アスペクト比である導電性カーボンを含有する流体を充填させた装置の場合
ａ）上下の櫛形電極に電圧を印加した場合、図６に示すように電極基板平面に垂直に（Ｚ方向に）導電性カーボンが配向する。
ｂ）上側の櫛形電極にのみ電圧を印加した場合、図７に示すように、導電性カーボンが上側の櫛形電極の各々の細線電極間にＹ方向に配向する。
ｃ）下側の櫛形電極にのみ電圧を印加した場合、図８に示すように、導電性カーボンが下側の櫛形電極の各々の細線電極間にＸ方向に配向する。
ａ）上下の櫛形電極に電圧を印加した場合、図６に示すように電極基板平面に垂直に（Ｚ方向に）導電性カーボンが配向する。
ｂ）上側の櫛形電極にのみ電圧を印加した場合、図７に示すように、導電性カーボンが上側の櫛形電極の各々の細線電極間にＹ方向に配向する。
ｃ）下側の櫛形電極にのみ電圧を印加した場合、図８に示すように、導電性カーボンが下側の櫛形電極の各々の細線電極間にＸ方向に配向する。
なお、電圧を適宜調節することにより、垂直に配向するまでの導電性カーボンの角度を適宜調節できる。これらにより、当該装置の電極間を透過する電磁波の波長域及び／又は吸収量（透過率又は反射率）を制御できる。これらのメカニズムは上記したものと同様である。上記方法から最終製品の用途、目的等に応じて最適な制御方法をとればよい。
特に電磁波が可視光及び紫外光である場合は、上記方法により導電性カーボンを配向させることにより、当該電磁波の吸収量（透過率又は反射率）を変化させて、スイッチ機能（光シャッター等に代表される光吸収のｏｎ、ｏｆｆ機能）としての役割を効果的に発揮する。
電磁波がマイクロ波、ミリ波、テラヘルツ波、赤外線等である場合は、上記の方法により導電性カーボンを配向させることにより、上記吸収量のほか、吸収波長域等も多段的に変化させることもでき、スイッチ機能のほか、可変波長機能（吸収波長域を多段的に変化させる機能）及び変調機能（電磁波の透過率（又は反射率）を多段的に変化させる機能）も好適に発揮できる。
電圧、印加時間等は、導電性カーボン、流体、上記装置の種類のほか電極間距離等に応じて適宜決定すればよく、電圧、印加時間等を適宜変更することにより、導電性カーボンの配向度合い、ひいては電磁波の吸収波長域及び／又は吸収量を適宜調節することができる。
なお、上記装置の電極間の流体を樹脂とすると、樹脂の種類によっては常温では、流動性がなく導電性カーボンが配向しない場合がある。この場合は、加熱により、樹脂に流動性を持たせた後、電界を印加して、導電性カーボンを配向すればよい。このような常温では流動性を有しないが加熱により流動性を有することとなる樹脂を流体として用いることにより、装置設置後に、透過する電磁波の吸収波長域及び／又は吸収量を変化させることができると同時に、常温で導電性カーボンの配向性を強固に安定化することができる、電磁波吸収装置を提供することができる。
本発明の第二態様の方法は、電磁波吸収装置を透過する電磁波の波長域及び／又は吸収量を制御する方法であって、上記第１発明の方法により配向させた高アスペクト比である導電性カーボンを含有する流体に流動、振動又は熱を与えることにより、配向させた前記導電性カーボンを分散させる、ことを特徴とする。これにより、一度配向させた導電性カーボンの配向状態を変えることができる。
具体例としては、流体を液送ポンプ等で流動させる方法、流体を超音波装置等で振動させる方法、流体をスターラー等で攪拌する方法、流体を電熱器等で加熱する方法等のほか、電極に振動、加熱等することにより、間接的に流体に流動、振動、攪拌、加熱する方法等が挙げられる。なお、流体が常温で流動性を有しない樹脂である場合は、当該樹脂を加熱することにより流動性を持たせた後、上記方法を採用すればよい。
本発明の電磁波吸収装置は、高アスペクト比である導電性カーボンを含有する流体が電極間に充填されてなる構造を有するため、電磁波の吸収波長域及び／又は吸収量を調節できる。このため、製造後又は所望の場所に設置後も適宜、吸収波長域及び／又は吸収量を変更でき、多種多様の用途に使用できる。
また、本発明の制御方法によれば、電界（電圧等）を調節することにより、電磁波の吸収波長域及び／又は吸収量を調節できる。
以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明をさらに詳述する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
実施例１
＜電界によるナノコイルの水平配向の実施例＞
カーボンナノコイルをイソプロピルアルコール溶液（２５℃における粘度：２ｃＰｓ）に分散させた分散液を用意した。分散液中のナノコイルのコイル長は平均１〜４０μｍ、分散液中のカーボンナノコイルの濃度は０．０１２７重量％であった。
＜電界によるナノコイルの水平配向の実施例＞
カーボンナノコイルをイソプロピルアルコール溶液（２５℃における粘度：２ｃＰｓ）に分散させた分散液を用意した。分散液中のナノコイルのコイル長は平均１〜４０μｍ、分散液中のカーボンナノコイルの濃度は０．０１２７重量％であった。
２本の細線電極（銅線）を０．９ｍｍ間隔で平行に並べることにより電極装置（水平対向用）を作製した。当該２本の電極間に上記分散液を充填することにより、実施例１の電磁波吸収装置を製造した。この装置に、周波数１００ｋＨｚ、電界強度６３ｋＶ／ｍの電界を１分間印加した。
電界印加前後の光学顕微鏡により観察した結果を図９に示す。
上記電界印加前後の電極間にある流体の透過光量を測定したところ、０．９１％の変化が生じていた。これにより、スイッチ機能があることが分かった。
なお、光源は白色ＬＥＤ（日亜化学社製、型番：ＮＳＰＷ５００ＣＳ）を使用した。透過光量の変化率は以下のようにして求めた。
パーソナルコンピュータと直結できる小型ＣＣＤカメラ（Ｌｏｇｉｔｅｃｈ Ｑ Ｃａｍ Ｐｒｏ ４０００）を明視野顕微鏡（オリンパス社製）の接眼鏡に取り付けて、コリメート式撮影により電気泳動（配向）の様子をカラー動画像で記録した。記録した動画像から配向開始前と配向終了後のカラー静止画像をそれぞれ抽出し、電極間のカーボンナノコイルの配向が起こる領域内の全画素の平均輝度を計算した。
１画素の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）各成分のレベル（０〜２５５）から下記式を用いて輝度（Ｙ）を算出した。
Ｙ ＝０．２９８９１×Ｒ ＋ ０．５８６６１×Ｇ ＋ ０．１１４４８×Ｂ
上記式により算出された配向後の輝度の平均値と配向前の輝度の平均値との変化率を透過光量の変化率とした。
上記式により算出された配向後の輝度の平均値と配向前の輝度の平均値との変化率を透過光量の変化率とした。
実施例２
＜電界によるナノコイルの垂直配向の実施例＞
カーボンナノコイルをイソプロピルアルコール溶液（２５℃における粘度：２ｃＰｓ）に分散させた分散液を用いた。分散液中のカーボンナノコイルのコイル長は１〜４０μｍ、分散液中のナノコイルの濃度は０．００６重量％であった。
＜電界によるナノコイルの垂直配向の実施例＞
カーボンナノコイルをイソプロピルアルコール溶液（２５℃における粘度：２ｃＰｓ）に分散させた分散液を用いた。分散液中のカーボンナノコイルのコイル長は１〜４０μｍ、分散液中のナノコイルの濃度は０．００６重量％であった。
ＩＴＯ電極（三容真空工業社製）をガラス基板に積層したＩＴＯガラス基板２枚を、ＩＴＯ層が内側になるように０．２２ｍｍ間隔で配置することにより、電極装置（垂直対向測定用）を作製した。当該電極装置に上記分散液を充填することにより、実施例２の電磁波吸収装置を製造した。周波数１ｋＨｚ、電界強度２５６ｋＶ／ｍの電界を１分間印加した。
光学顕微鏡により観察した結果を図１０に示す。
上記電界印加前後の電極間にある流体の透過光量を測定したところ、８％の変化が生じていた。これにより、スイッチ機能があることが分かった。
実施例３
＜高粘度流体中でのナノコイルの水平配向の実施例＞
カーボンナノコイルをグリセリン溶液（２５℃における粘度：８００ｃＰｓ）に分散させた分散液を用意した。分散液中のカーボンナノコイルのコイル長は１〜４０μｍ，分散液中のナノコイルの濃度は０．００６重量％であった。実施例１で製造した電極装置に、上記分散液を充填することにより、実施例３の電磁波吸収装置を製造した。この装置に周波数１ｋＨｚ、電界強度６３ｋＶ／ｍの電界を印加した。
＜高粘度流体中でのナノコイルの水平配向の実施例＞
カーボンナノコイルをグリセリン溶液（２５℃における粘度：８００ｃＰｓ）に分散させた分散液を用意した。分散液中のカーボンナノコイルのコイル長は１〜４０μｍ，分散液中のナノコイルの濃度は０．００６重量％であった。実施例１で製造した電極装置に、上記分散液を充填することにより、実施例３の電磁波吸収装置を製造した。この装置に周波数１ｋＨｚ、電界強度６３ｋＶ／ｍの電界を印加した。
電界印加前後の光学顕微鏡により観察した結果を図１１に示す。
上記電界印加前後の電極間にある流体の透過光量を測定したところ、０．７％の変化が生じていた。これにより、スイッチ機能があることが分かった。
実施例４
アクリル系紫外線硬化型樹脂（ＴＥＳＫ社製、型番Ａ−１８３６、２５℃における粘度１０ｃＰｓ）にカーボンナノコイルを０．０５重量％分散させたコイル含有樹脂を作製した。ＩＴＯ電極（三容真空工業社製）をガラス基板に積層したＩＴＯガラス基板２枚（２２ｍｍ×３３ｍｍ）を、ＩＴＯ層が内側になるように、また電極間隔が０．５ｍｍとなるように平行に配置し、スペーサで固定することにより、セルを作製した。コイル含有樹脂をセル内に０．４ｇ充填することにより、本発明の電磁波吸収装置を作製した。
アクリル系紫外線硬化型樹脂（ＴＥＳＫ社製、型番Ａ−１８３６、２５℃における粘度１０ｃＰｓ）にカーボンナノコイルを０．０５重量％分散させたコイル含有樹脂を作製した。ＩＴＯ電極（三容真空工業社製）をガラス基板に積層したＩＴＯガラス基板２枚（２２ｍｍ×３３ｍｍ）を、ＩＴＯ層が内側になるように、また電極間隔が０．５ｍｍとなるように平行に配置し、スペーサで固定することにより、セルを作製した。コイル含有樹脂をセル内に０．４ｇ充填することにより、本発明の電磁波吸収装置を作製した。
得られた電磁波吸収装置中のカーボンナノコイルを配向させ、配向前後の複素比誘電率を測定した。図１２に測定回路を示す。
まず、セルにコイル含有樹脂を充填した直後の電磁波吸収装置に、交流電圧（電圧２０Ｖ、周波数１００ｋＨｚ）を印加し、２現象オシロスコープ（テクトロニクス社製、型番ＴＤＳ３０２４Ｂ）を用いて、配向前のセルインピーダンスＺ、及び電圧波形と電流波形との位相差φを測定した。測定結果は、インピーダンスＺが５４．３ｋΩ、位相差φが−７８．２°であった。この結果から、配向前の複素比誘電率εｒを計算すると、２．２３−ｊ０．４６６であった。
次いで、印加電圧を上げて、２００Ｖの交流電圧（周波数１００ｋＨｚ）を電磁波吸収装置に印加することにより、装置中のカーボンナノコイルを電極平面と垂直となるように配向させた。
その後、印加電圧を下げて、２０Ｖの交流電圧（周波数１００ｋＨｚ）を印加し、２現象オシロスコープ（テクトロニクス社製、型番ＴＤＳ３０２４Ｂ）を用いて、配向後のセルインピーダンスＺ’、及び電圧波形と電流波形との位相差φを測定した。測定結果は、インピーダンスＺが４８．０ｋΩ、位相差φが−７７．９°であった。この結果から、配向後の複素比誘電率εｒを計算すると、２．５３−ｊ０．５２７であった。
このことから、配向前の複素比誘電率に比べ、配向後の複素比誘電率の方が虚部及び実部の値ともに大きくなっていた。これにより、本発明の電磁波吸収装置は、電磁波吸収特性（吸収波長域及び吸収量）を変化できることが分かった。
比較例１
＜カーボンブラックにおけるマイクロ波帯域の電磁波吸収特性＞
カーボンブラック（平均粒子径２５ｎｍ、東海カーボン社製、「導電性トーカブラック＃５５００」）をイソプロピルアルコール溶液（２５℃における粘度：２ｃＰｓ）に分散させた分散液を用意した。分散液中のカーボンブラックの濃度は０．０１２７重量％であった。
＜カーボンブラックにおけるマイクロ波帯域の電磁波吸収特性＞
カーボンブラック（平均粒子径２５ｎｍ、東海カーボン社製、「導電性トーカブラック＃５５００」）をイソプロピルアルコール溶液（２５℃における粘度：２ｃＰｓ）に分散させた分散液を用意した。分散液中のカーボンブラックの濃度は０．０１２７重量％であった。
２本の細線電極（銅線）を０．９ｍｍ間隔で平行に並べることにより電極装置（水平対向用）を作製した。当該２本の電極間に上記分散液を充填することにより、比較例１の装置を製造した。
この装置に、周波数１００ｋＨｚ，電界強度６３ｋＶ／ｍの電界を１分間印加した。上記電界印加前後の電極間にある流体の透過光量を測定したところ、変化が全く生じていなかった。これにより、スイッチ機能を発揮しないことが分かった。
Claims (3)
- 電磁波吸収装置を透過する電磁波の、波長域及び吸収量から選択される少なくとも１種を制御する方法であって、
導電性カーボンを含有する流体が電極間に充填されてなる電磁波吸収装置の当該電極間に電界を印加することにより、当該導電性カーボンを配向させ、
前記導電性カーボンは、繊維長／繊維径で表されるアスペクト比が、２以上であり、
前記電磁波がマイクロ波以上の波長域を有する電磁波である、
ことを特徴とする吸収電磁波制御方法。 - 前記電磁波が赤外線以下の波長域を有する電磁波である、請求項１に記載の吸収電磁波制御方法。
- 電磁波吸収装置を透過する電磁波の、波長域及び吸収量から選択される少なくとも１種を制御する方法であって、
請求項１に記載の方法により配向させた導電性カーボンを含有する流体に流動、振動又は熱を与えることにより、前記導電性カーボンの配向状態を変える、
ことを特徴とする吸収電磁波制御方法。
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