JP2019102665A - 電磁波吸収体 - Google Patents

Abstract

【課題】１０ＧＨｚ以上の電磁波に対しても優れた電磁波吸収特性を有する電磁波吸収体を提供する。【解決手段】誘電体からなる第１層１０、導電性を有する第２層２０、誘電体からなる第３層３０、および導電性を有する第４層４０が、この順で積層された積層構造を有する電磁波吸収体１００であって、第２層２０のシート抵抗は１００Ω／□以上３００Ω／□以下であって、第４層４０は電磁波の反射体である。第２層２０や第４層４０が備える導電材料はカーボンナノチューブ配列体を含んでいてもよい。【選択図】図２

Description

本発明は、複数の層の積層構造を有する電磁波吸収体に関する。

情報社会の進展とともに、マイクロ波帯を利用した無線通信技術や計測技術の発達がめざましい。特に、通信分野では次世代マルチメディア移動通信（２ＧＨｚ）、無線ＬＡＮ（２〜３０ＧＨｚ）、ＷｉＧｉｇ（６０ＧＨｚ）、ＩＴＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍ）の分野ではＥＴＣ（自動料金収受システム）における５．８ＧＨｚ、車間距離を測定して運転者に伝えるＡＨＳ（走行支援道路システム）における７６ＧＨｚ等の電磁波が利用されており、今後も、利用範囲はＧＨｚ・ミリ波帯という高周波領域へ拡大していくことが予想される。

このように、様々な分野でＧＨｚ帯領域の電波の利用が進み、今後は特にミリ波帯領域の電波が活発に利用される環境が想定されるため、これらの電波に対してＥＭＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ、電磁的両立性）、つまり個々の機器からは他に影響するような電波を放出しない（エミッション問題）、電子機器が外部電波に影響されずに正常に動作する（イミュニティ問題）、といった電磁環境整備が強く求められている。

ＥＭＣに適した電磁環境を構築するためには、不要な電波を吸収し、反射波を極力低減することが可能な電磁波吸収体が求められている。

また近年電子機器はより小型化、高密度化してきており、その内部に組み込まれる電波抑制シートとしては、より薄いものが要求されるようになってきている。しかしながら、シートの厚さが薄くなると電波シールド性能は低下する傾向があるため、より電磁波吸収性の優れた電磁波吸収体が望まれている。

本明細書において、電磁波吸収体とは、入射した電波のエネルギーのほとんどを電磁波吸収体の内部で熱エネルギーに変換する材料や部材を意味する。電磁波吸収体は、用いられる吸収材料により、磁性電磁波吸収体、誘電性電磁波吸収体、抵抗皮膜を用いた電磁波吸収体に大別される。

磁性電磁波吸収体に用いられる代表的な吸収材料には、フェライトがあるが、ＧＨｚ帯領域の電磁波吸収体として磁性電磁波吸収体を利用した場合、ゴムや樹脂などに電気的絶縁性有機物とスピネル結晶構造の軟磁性金属材料または炭素材料などの損失材料とを複合化してシート状にしたものが検討されている。しかしながら、スピネル結晶構造の軟磁性金属酸化物材料の比透磁率は、スネークの限界則に従い、ＧＨｚ帯では急速に減少してしまう。そのため、電磁波吸収体としての限界周波数は数ＧＨｚである。また軟磁性金属材料については、粒子の厚さを表皮深さ以下の扁平形状とすることによる渦電流の抑制効果及び形状磁性異方性の効果によって電磁波吸収特性を１０ＧＨｚ程度までは伸ばす事ができるが、それ以上の高周波ＧＨｚ帯領域、特にミリ波帯領域には適用できない。

誘電性電磁波吸収体に用いられる材料には、グラファイト、カーボンブラック、カーボンファイバー、カーボンナノコイル等のカーボン系材料を、ゴムや樹脂等の電気的絶縁性有機物に分散させたものが挙げられる。

誘電性電磁波吸収体とは、無損失な誘電体に抵抗性材料が分散した誘電材料である。誘電性電磁波吸収体は、誘電材料を電気的な等価回路で表すことで、伝送線理論を用いて設計することができる。伝送線理論では、抵抗性材料が無損失な誘電体に分散した誘電材料を、抵抗性材料自体が有する抵抗と抵抗性材料間の静電容量とが複雑に結合した回路として考える。この材料に電界を加えると、低い周波数では電流が流れないため、抵抗による熱の発生はほとんどない。しかし、周波数が高くなると、周波数に反比例してコンデンサのインピーダンスが低くなるため、抵抗にも電流が流れるようになり、誘電材料内部において熱の発生が生じる。この現象が誘電性電磁波吸収体における電磁波吸収の原理であり、結果として電磁波エネルギーが熱エネルギーに変換されるため、電磁波吸収が可能となる。しかしながら、抵抗性材料としてグラファイト粉末、カーボンブラック、カーボンファイバー、コイル状炭素繊維（カーボンナノコイル）等のカーボン系材料を用いた場合、吸収材料のアスペクト比が小さく、導電性が低いため、要求される誘電性を発現させるためには、多量の吸収材料と、波長長さに対して、ある程度の厚みが必要となるが、それでもＧＨｚ帯領域、特にミリ波帯領域における電磁波吸収性能としては十分とはいえない。

抵抗皮膜を用いた電磁波吸収体とは、金属板からλ／４（λはスペーサ内の波長）離れた位置に平面波の波動インピーダンスである３７６．７Ω（真空中、空気中では３６７．６Ω）の抵抗皮膜を配置した電磁波吸収体であり、λ／４型電磁波吸収体と呼ばれている。抵抗皮膜のシート抵抗率は３６７．６Ω／□であり、スペーサの厚みはλ／４であることから、設計の自由度がなく、ミリ波帯領域における電磁波吸収性能としては十分ではない。また吸収材料であるＩＴＯは、材料の枯渇による供給不安があり、製造法も真空蒸着法であるため、高価な電磁波吸収体となる。さらにＩＴＯのような金属酸化物の薄膜に引張応力が生ずると、クラックが発生したり、圧縮応力が生ずると薄膜にしわが発生し、薄膜の脱離の原因となったりする。したがって、曲面に貼り付けた際に、クラックが発生する。

抵抗皮膜を用いた電磁波吸収体としては、例えば、特許文献１には、極細導電繊維を含んだ抵抗膜と電波反射体との間に誘電体層を備えていることを特徴とする電磁波吸収体が記載されている。

特開２００５−３１１３３０号公報

しかしながら、特許文献１に記載される電磁波吸収体が良好な吸収特性を有する周波数は１０ＧＨｚ程度まであり、それ以上の周波数領域では、電磁波吸収特性として満足する性能を有していない。

本発明は、１０ＧＨｚ以上の電磁波に対しても優れた電磁波吸収特性を有し、薄く、曲面に貼りつけ可能な電磁波吸収体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明者らが検討した結果、電磁波を透過し、反射するとともに吸収しうるシート部材（第２層）の双方の主面に誘電体からなる部材（第１層、第３層）を配置し、この積層体を電磁波の反射体（第４層）上に積層して得られる電磁波吸収体では、第１層側から入射した電磁波が電波吸収体の表面や内部の界面を反射面とする多重反射、および第２層での電磁波の吸収が生じ、入射した電磁波を効率的に減衰することができるとの新たな知見を得た。

かかる知見に基づき提供される本発明は次のとおりである。
（１）誘電体からなる第１層、導電性を有する第２層、誘電体からなる第３層、および導電性を有する第４層が、この順で積層された積層構造を有する電磁波吸収体であって、前記第２層のシート抵抗は１００Ω／□以上３００Ω／□以下であって、前記第４層は電磁波の反射体であることを特徴とする電磁波吸収体。
（２）前記第２層は、導電材料と絶縁性材料とを含む複合部材からなる、上記（１）に記載の電磁波吸収体。
（３）前記第２層は、導電材料からなる、上記（１）に記載の電磁波吸収体。
（４）前記導電材料は、カーボンナノチューブ配列体を含む、上記（２）または上記（３）に記載の電磁波吸収体。導電材料は、カーボンナノチューブ配列体からなるものであってもよい。
（５）前記カーボンナノチューブ配列体は、配列方向が互いに異なるものを含む、上記（４）に記載の電磁波吸収体。
（６）前記第２層の厚さは１００μｍ以下である、上記（１）から上記（５）のいずれかに記載の電磁波吸収体。
（７）前記第４層は、導電材料と絶縁性材料とを含む複合部材からなる、上記（１）から上記（５）のいずれかに記載の電磁波吸収体。
（８）前記第４層は、導電材料からなる、上記（１）から上記（５）のいずれかに記載の電磁波吸収体。
（９）前記導電材料は、カーボンナノチューブ配列体を含む、上記（７）または上記（８）に記載の電磁波吸収体。導電材料は、カーボンナノチューブ配列体からなるものであってもよい。
（１０）前記カーボンナノチューブ配列体は、配列方向が互いに異なるものを含む、上記（９）に記載の電磁波吸収体。

本発明によれば、１０ＧＨｚ以上の電磁波に対しても優れた電磁波吸収特性を有し、薄く、曲面に貼りつけ可能な電磁波吸収体が提供される。

本発明の一実施形態に係る電磁波吸収体の構造を概念的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る電磁波吸収体が電波吸収する様子を概念的に説明する図である。 カーボンナノチューブフォレストからカーボンナノチューブ交絡体を引き出して形成することが行われている状態の一例を示す画像である。 カーボンナノチューブ交絡体の構造を示す部分拡大図である。 本発明の一実施形態に係る第２層の一例についての、カーボンナノチューブ配列体の配列方向を含む面を切断面とする概念的な断面図である。 本発明の一実施形態に係る第２層の他の一例についての、カーボンナノチューブ配列体の配列方向を含む面を切断面とする概念的な断面図である。 配列方向が互いに異なるＣＮＴ配列体を備える第２層の構成をその簡易的な製造方法の説明とともに示す図である。 実施例１および実施例２において製造した電磁波吸収体の反射率を示すグラフである。 実施例２および比較例１において製造した電磁波吸収体の反射率を示すグラフである。 実施例３ならびに比較例２および比較例３において製造した電磁波吸収体の反射率を示すグラフである。 実施例４から実施例６において製造した電磁波吸収体の反射率を示すグラフである。 実施例７において製造した電磁波吸収体の反射率を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電磁波吸収体の構造を概念的に示す図である。図１に示されるように、電磁波吸収体１００は、次に説明する第１層１０、第２層２０、第３層３０、第４層４０が、Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ１側からＺ２側へと、この順番で積層されてなる積層構造体である。具体的には、第１層１０の一方（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ２側）の主面に第２層２０が位置し、第２層２０の一方（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ２側）の主面に第３層３０が位置し、第３層３０の一方（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ２側）の主面に第４層４０が位置する。

第１層１０から第４層４０の積層構造を有する電磁波吸収体１００は、第１層１０側が電磁波の入射側であり、第２層２０が電磁波の吸収層であり、第４層４０が電磁波の反射体である。電磁波吸収体１００の電磁波吸収作用について、図２を参照しつつ説明する。図２における矢印は電磁波を意味する。

第１層１０側から電磁波吸収体１００に入射した電磁波Ｌ０は、まずは入射側の誘電体である第１層１０の空気との界面Ｆ０１で、空気と第１層１０の誘電率の違いから、一部が反射して電磁波ＬＲ０１となり、残りが第１層１０内に進む。第１層１０を透過した電磁波が第２層２０を透過する際には、第１層１０と第２層２０との界面Ｆ１２で、一部が反射し、残りの電磁波の一部は低導電率の第２層２０を通過する際に吸収され、残りは透過する。

第２層２０を透過した電磁波は第２層２０と誘電体からなる第３層３０との界面Ｆ２３で一部が反射し、残りが透過して第３層３０内に進む。第３層３０を透過した電磁波は、第３層３０と第４層４０との界面Ｆ３４でほぼ全反射する（透過は０．１％程度である。）。界面Ｆ３４で反射した電磁波ＬＲ３４は、第２層２０を通過して第１層１０へと進み、電磁波ＬＲ３４が第２層２０を透過する際、一部の電磁波ＬＲ３１は界面２３や界面１２で反射して第３層３０側へと進み、別の一部は第２層２０において吸収される。

界面Ｆ０１で第１層１０内へと反射した電磁波ＬＲ１０や、界面Ｆ１３で第３層３０内へと反射した電磁波ＬＲ３１は、第１層１０、第２層２０および第３層３０からなる積層体の中を多重反射し、第２層２０を通過する際に一部が吸収される。こうして電磁波の減衰が電磁波吸収体１００において生じる。また、各界面で多重反射した電磁波は位相ずれに基づいて打ち消し合いあうため、電磁波吸収体１００から放出される電磁波の減衰が生じる。

その結果、各界面での反射した電磁波の位相ずれに基づく打ち消し合いおよび第２層２０での吸収の総和として、電磁波吸収体１００に入射した電磁波が実質的に反射しなくなるように（表面（第１層１０側）から出てくる合成した電磁波の電力が極めて小さくなるように）、第１層１０および第３層３０の誘電率と厚さ、および第２層２０の導電率を適宜、設定する。

第１層１０は誘電体からなる。第１層１０を構成する材料として、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリカーボネート、塩化ビニル樹脂、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂系材料、およびかかる樹脂材料に、ガラス、二酸化チタン、チタン酸バリウム等の無機系材料が分散した複合材料（ガラスエポキシ樹脂が典型例として挙げられる。）、さらには液晶材料が例示される。第１層１０を構成する材料は、一種類であってもよいし複数種類であってもよい。第１層１０を構成する材料が複数種類から構成される場合において、第１層１０は、それらの材料は一様な混合体として構成されていてもよいし、分散構造を有していてもよいし、積層構造を有していてもよい。

第２層２０は導電性を有する。第２層２０を構成する材料は導電材料を含む。導電材料の具体例として、カーボンナノチューブ、グラファイト、不定形の導電性炭素材料等の炭素系材料、有機系導電材料などが挙げられる。導電材料は、一種類であってもよいし複数種類であってもよい。第２層２０を構成する材料が複数種類から構成される場合において、導電材料は、それらの材料は一様な混合体として構成されていてもよいし、分散構造を有していてもよいし、積層構造を有していてもよい。

第２層２０は、導電材料のみから構成されていてもよいし、導電性を有しない、すなわち絶縁性の部分を有し、この部分を構成する絶縁性材料との複合部材であってもよい。その場合の絶縁性材料として、樹脂系材料が例示される。

第２層２０は、入射した電磁波を反射し、透過することができるとともに、電磁波を吸収することができる。この特性は、第２層２０のシート抵抗が３６７．６Ω／□未満であっても所望の電磁波吸収能を有し、１００Ω／□以上３５０Ω／□以下であることが好ましく、１００Ω／□以上３００Ω／□以下であることがより好ましく、１００Ω／□以上２９０Ω／□以下であることが特に好ましい。第２層２０を後述するカーボンナノチューブ配列体から構成することにより、上記のシート抵抗の要請を容易に実現しうる。後述する位相ずれに基づく入射電磁波の減衰を効率的かつ容易に実現する観点から、第２層２０の厚さは、１００μｍ以下であることが好ましく、７５μｍ以下であることがより好ましい。この場合には、数ｍｍまたはそれ以下程度の厚さである第１層１０や第３層３０よりも十分に薄いため、第１層１０の厚さおよび第３層３０の厚さを調整して電磁波の打ち消し合いを行う際に、第２層２０の厚さを実質的に無視することができる。

なお、グラファイトなどのカーボン系材料が分散する誘電性電磁波吸収体を用いて、電磁波の吸収を適切に行わせるためには、波長長さに対して、同等の厚さが必要となる。

第３層３０を構成する材料として、エポキシ樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリカーボネート、塩化ビニル樹脂、ポリアミド、フェノール樹脂、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂などの樹脂系材料、およびかかる樹脂材料に、ガラス、二酸化チタン、チタン酸バリウム等の無機系材料が分散した複合材料（ガラスエポキシ樹脂が典型例として挙げられる。）、さらには液晶材料が例示される。第３層３０を構成する材料は、一種類であってもよいし複数種類であってもよい。第３層３０を構成する材料が複数種類から構成される場合において、第３層３０は、それらの材料は一様な混合体として構成されていてもよいし、分散構造を有していてもよいし、積層構造を有していてもよい。

第３層３０の厚さは、構成する材料の誘電率により、適宜調整することができる。例えば、誘電率が１の材料を用いた場合に第３層３０の厚さが７．５ｍｍであった場合には、誘電率が１０の材料を用いることにより、その１／√εである２．４ｍｍに第３層３０を薄くすることができる。

第４層４０は導電性を有し、金属と同程度に電磁波を反射することができる電磁波の反射体である。第４層４０を構成する材料は、第４層４０が電磁波の反射体として機能するように導電材料を含む。導電材料の具体例として、カーボンナノチューブ、グラファイト、不定形の導電性炭素材料などの炭素系材料、有機系導電材料などが挙げられる。第４層４０を構成する導電材料は、一種類であってもよいし複数種類であってもよい。第４層４０を構成する材料が複数種類から構成される場合において、導電材料を構成する材料は、一様な混合体であってもよいし、分散構造を有していてもよいし、積層構造を有していてもよい。

第４層４０は、導電材料のみから構成されていてもよいし、導電性を有しない、すなわち絶縁性の部分を有し、この部分を構成する絶縁性材料との複合部材であってもよい。その場合の絶縁性材料として、樹脂系材料が例示される。

以下、第２層２０がカーボンナノチューブ配列体（以下、カーボンナノチューブを「ＣＮＴ」と略記し、したがって、カーボンナノチューブ配列体を「ＣＮＴ配列体」と略記する場合もある。）からなる導電材料と絶縁性材料とから構成される場合を具体例として説明する。

本明細書において「カーボンナノチューブ配列体（ＣＮＴ配列体）」とは、ＣＮＴの集合体であって、これを構成する一群のＣＮＴが、それらＣＮＴの長軸に沿った方向に並んでいる構造を有するものを意味する。好ましい一形態では、ＣＮＴ配列体を交差させることで、異方性を無くすことができる。

ＣＮＴ配列体を構成するＣＮＴは、単層ＣＮＴ（ＳＷＣＮＴ）、二層ＣＮＴ（ＤＷＣＮＴ）および多層ＣＮＴ（ＭＷＣＮＴ）のいずれかであってもよいし、これらの２種以上の混合体であってもよい。ＣＮＴ配列体を構成するＣＮＴの表面は絶縁性材料との相互作用を向上させるための処理が施されていてもよい。ＣＮＴ配列体を構成する各ＣＮＴの導電性は高いことが好ましい。

ＣＮＴ配列体の全体形状は限定されない。布のように、一方向（厚さ方向）に特に薄い場合には、布との外形的類似性に基づき、ＣＮＴウェブとも称されることもある。

ＣＮＴ配列体は、カーボンナノチューブバンドル（ＣＮＴバンドル）を含んでいてもよい。本明細書において、「カーボンナノチューブバンドル」とは、ＣＮＴの集合体であって、複数のＣＮＴが、それらの長軸方向がほぼ揃うように位置し、短軸方向に近接して、ＣＮＴの束状となっている構造を有する。

このような構造は、次に説明するＣＮＴフォレストから得られるＣＮＴ配列体では、部分的にＣＮＴバンドルが形成されている。本明細書においてＣＮＴフォレストとは、複数のＣＮＴの合成構造（以下、かかる合成構造を与えるＣＮＴの個々の形状を「一次構造」といい、上記の合成構造を「二次構造」ともいう。）の一種であって、複数のＣＮＴが長軸方向の少なくとも一部について一定の方向（具体的な一例として、基板が備える面の１つの法線にほぼ平行な方向が挙げられる。）に配向するように成長してなるＣＮＴの集合体を意味する。なお、基板から成長させたＣＮＴフォレストの、基板に付着した状態における基板の法線に平行な方向の長さ（高さ）を、「成長高さ」という。

ＣＮＴフォレストの一部のＣＮＴをつまみ、そのＣＮＴをＣＮＴアレイから離間するように引っ張ることによって、即ちＣＮＴフォレストから複数のＣＮＴを連続的に引き出すことによって、ＣＮＴ交絡体を形成することができる。図３は、このようなＣＮＴフォレストからＣＮＴ交絡体を引き出して形成することが行われている状態の一例を示す画像である。図３の右側の塊状の部材がＣＮＴフォレストであり、図３では、左方向にＣＮＴが引き出されて、薄布状のＣＮＴ交絡体（ＣＮＴウェブ）が形成されている。図４は、こうして得られたＣＮＴ交絡体（ＣＮＴウェブ）の構造を示す部分拡大図である。ＣＮＴ交絡体を構成する複数のＣＮＴはほぼ一方向（図４では横方向）に揃って配置されている。

このＣＮＴ交絡体（ＣＮＴウェブ）がそのままＣＮＴ配列体を構成してもよいし、複数のＣＮＴ交絡体（ＣＮＴウェブ）を積層することによってＣＮＴ配列体を構成してもよい。上記の薄布状のＣＮＴ交絡体（ＣＮＴウェブ）の複数を積層することによってＣＮＴ配列体を構成する場合には、ＣＮＴ交絡体の積層数が増えるほど得られたＣＮＴ配列体の厚さは増加し、このＣＮＴ配列体からなるＣＮＴ配列体の配列方向の導電性は高くなる。したがって、このＣＮＴ配列体を備える導電部材の導電性もまた高くなる。

こうして得られたＣＮＴ配列体に対してエタノール、アセトンなど揮発性溶媒を吹き付けたり、揮発性溶媒に浸漬させたりすることにより、長軸方向がほぼ揃うように位置し、短軸方向に隣り合って位置する複数のＣＮＴがＣＮＴバンドルを形成する割合を高めることができる。

ＣＮＴ配列体は、複数のＣＮＴが互いに端部またはその近傍で接する構造を有していてもよい。このような構造を有している場合には、長軸方向に接するＣＮＴ同士での電気伝導が容易となり、結果的に、ＣＮＴ配列体の配列方向での導電率が高くなる。このような構造は、前述のＣＮＴフォレストから形成されたＣＮＴ配列体において容易にみられる。

絶縁性材料は、適度な絶縁性、例えば、１０^−９Ｓｃｍ^−１以下の直流導電率を有する材料である限り任意の材料を用いることができる。絶縁性材料として、有機樹脂、シリコーン樹脂などの有機系材料；酸化物、炭化物、水酸化物などの無機系材料；およびこれらの複合材料が例示される。有機系材料の具体例として、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状オレフィンを含む共重合体等のポリオレフィン；ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル；ナイロン６６等のポリアミド；ポリ塩化ビニル；ポリカーボネート；ポリ（メタ）アクリル酸メチル等のアクリル系樹脂；ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂；ポリイミド；ポリウレタン；シリコーン樹脂；フェノール樹脂；エポキシ樹脂などが挙げられる。無機系材料の具体例として、水ガラス、アルミナなどが挙げられる。

絶縁性材料は、導電材料であるＣＮＴを覆ってこれを保持するマトリックス材としての機能を果たすことから、粘度が低い状態から高い状態に変化できる性質を有していることが好ましい。この観点から、絶縁性材料は、熱可塑性材料または硬化性材料の硬化物であることが好ましい。

図５は、本発明の一実施形態に係る第２層２０の一例についての、ＣＮＴ配列体の配列方向を含む面を切断面とする概念的な断面図である。図６は、本発明の一実施形態に係る第２層２０の他の一例についての、ＣＮＴ配列体の配列方向を含む面を切断面とする概念的な断面図である。

図５および図６に示されるように、第２層２０はＣＮＴ配列体２１および絶縁性材料２２からなる。ＣＮＴ配列体２１は、ＣＮＴフォレストから引き出して得られた布状のＣＮＴ交絡体（ＣＮＴウェブ）をそのまま、または複数積層することによって得られる。絶縁性材料２２は、例えばポリエチレンなどの熱可塑性樹脂からなり、ＣＮＴ配列体２１を構成する複数のＣＮＴの空隙を埋めるように位置する。そのような第２層２０の構造は、ＣＮＴ配列体２１と絶縁性材料２２とが重ねられた状態で重ね方向から押圧し、絶縁性材料２２をＣＮＴ配列体２１の内部へ移動させることにより形成することができる。

絶縁性材料２２がシート状の部材からなりその厚さがＣＮＴ配列体２１の厚さよりも大きい場合には、図５に示されるように、第２層２０の厚さ方向（Ｚ１−Ｚ２方向）を法線とする主面２０Ａ、２０Ｂを含む表面領域は絶縁性材料２２により構成される。したがって、得られた第２層２０は、Ｚ１−Ｚ２方向には絶縁性を有し、Ｘ−Ｙ面内方向には導電性を有する優れた異方導電性を有する。

絶縁性材料２２がシート状の部材からなりその厚さがＣＮＴ配列体２１の厚さと同等である場合や、絶縁性材料２２が特に流動性の高い材料から構成される場合には、図６に示されるように、第２層２０の厚さ方向（Ｚ１−Ｚ２方向）を法線とする主面２０Ａ、２０ＢにもＣＮＴ配列体２１を構成するＣＮＴが位置する。ＣＮＴ配列体２１はＣＮＴの配列方向への導電性が他の方向に比べて高いため、得られた第２層２０は、Ｚ１−Ｚ２方向への導電性が低く、Ｘ−Ｙ面内方向の導電性が高い異方導電性を有する。なお、図６に示される構造の第２層２０は、絶縁性材料２２を形成するための液状組成物中にＣＮＴ配列体２１を浸漬させたり、かかる液状組成物をＣＮＴ配列体２１に塗布したりすることによって製造することができる場合もある。

こうして得られた第２層２０では、ＣＮＴ交絡体（ＣＮＴウェブ）の積層数を増やすことにより、ＣＮＴ配列体２１の導電率を高めることができる。したがって、ＣＮＴ交絡体（ＣＮＴウェブ）の積層数を変更することにより、第２層２０のシート抵抗を容易に調整することができる。

図５や図６に示される第２層２０は、ＣＮＴ配列体２１が一方向（配列方向Ｄ１）にのみ配列しているが、この場合には、主面内方向（Ｘ−Ｙ面内方向）に電磁気的な異方性が生じることがある。そこで、第２層２０のＣＮＴ配列体２１は、配列方向が互いに異なるものを含むことが好ましい。そのような第２層２０の具体的な構成は任意である。具体的な一例として、図５や図６においてＹ１−Ｙ２方向に配列するＣＮＴ配列体２１が絶縁性材料２２に分散した部材を用意し、これを、図５や図６においてＸ１−Ｘ２方向に配列するＣＮＴ配列体２１が絶縁性材料２２に分散した部材と積層することによって、得られた第２層２０の主面内の異方性を低下させることができる。

図７は、配列方向が互いに異なるＣＮＴ配列体２１１１，２１１２を備える積層体２０１を用いて第２層２０を製造する方法を示す図である。

図７に示されるように、積層体２０１は、２つの積層体（第１積層体２０１１、第２積層体２０１２）を積層させた構造を有する。第１積層体２０１１は、Ｘ１−Ｘ２方向に配列するＣＮＴ配列体２１１１と、ＣＮＴ配列体２１１１のＺ１−Ｚ２方向Ｚ１側に積層された絶縁層２２１１とを備える。第２積層体２０１２は、Ｙ１−Ｙ２方向に配列するＣＮＴ配列体２１１２と、ＣＮＴ配列体２１１２のＺ１−Ｚ２方向Ｚ２側に積層された絶縁層２２１２とを備える。そして、積層体２０１は、第１積層体２０１１のＺ１−Ｚ２方向Ｚ２側に第２積層体２０１２が積層されている。この状態で、積層体２０１を積層方向（Ｚ１−Ｚ２方向）に加圧・加圧することにより、絶縁層２２１１，２２１２を構成する絶縁性材料がＣＮＴ配列体２１１１，２１１２におけるＣＮＴの隙間を埋め、全体を一体化して、第２層２０が得られる。図７に示される第２層２０は、図５に示される第２層２０と同様に、Ｚ１−Ｚ２方向が絶縁性であって、優れた異方導電性を有する。第２層２０がこのような構造を有することにより、Ｚ１−Ｚ２方向からみたときに、ＣＮＴ配列方向にＸ−Ｙ面内方向に異方性が少なくなり、電磁波の吸収をより等方的に行うことが可能となる。

以上説明したような構成を備えることにより、本発明の一実施形態に係る電磁波吸収体１００は、１０ＧＨｚ以上の電磁波、好ましい一形態では２０ＧＨｚ以上の電磁波、より好ましい一態様ではミリ波（３０ＧＨｚ以上の電磁波）に対しても優れた電磁波吸収特性を有する。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。例えば、上記の実施形態では第２層２０がＣＮＴ配列体を有する場合について説明したが、第４層４０がＣＮＴ配列体を有していてもよい。第４層４０は第２層２０よりも導電率が高いが、このような導電率の差は、実施例において説明するように、ＣＮＴ配列体の厚さ（ＣＮＴ交絡体の積層数）を用いることにより実現可能である。

以下、実施例等により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例等に限定されるものではない。

（１）ＣＮＴ配列体の作製
特許第５６６４８３２号公報に記載される製造方法により、ＣＮＴフォレスト（ＣＮＴアレイ）を作製した。得られたＣＮＴフォレストからなる紡績源部材から薄布状のＣＮＴ交絡体（ＣＮＴウェブ）を引き出し、このＣＮＴ交絡体（ＣＮＴウェブ）をロールに巻付けることによりＣＮＴ交絡体を積層した。ロールには厚さ３０μｍのポリエチレン（ＰＥ）フィルムをあらかじめ巻いておくことにより、ＰＥフィルム上にＣＮＴ交絡体（ＣＮＴウェブ）を巻き付け、ＰＥフィルムとＣＮＴ配列体とが積層してなる積層体を作製した。このように製造することにより、得られた積層体のＣＮＴ配列体の配列方向は、積層体の積層方向に対して直交する方向（ＰＥフィルムの主面内方向）となる。

ＣＮＴ交絡体（ＣＮＴウェブ）の積層数（ＰＥフィルムへの巻付け回数）が１のＣＮＴ配列体を備える積層体と、ＣＮＴ交絡体（ＣＮＴウェブ）の積層数（ＰＥフィルムへの巻付け回数）が６のＣＮＴ配列体を備える積層体とを用意し、それぞれのＣＮＴ配列体側の面にエタノールを噴霧して、ＣＮＴ配列体を構成するＣＮＴをより一体化させた。吹き付けられたエタノールを十分に揮発させるために、エタノール噴霧後、室温環境（１気圧、２５℃）に一晩放置した。

（２）第２層２０の作製
ＣＮＴ配列体の積層数が１の積層体を第１積層体２０１１および第２積層体２０１２とし、図７に示されるようにこれらを２枚重ねて、第２層２０を作製した。具体的には、２つの積層体（第１積層体２０１１、第２積層体２０１２）を、ＣＮＴ配列体の配列方向が互いに直交するように重ねて、これをＰＴＦＥ板２枚の間に置き、真空ラミネータ装置（日清紡メカトロニクス社製、「ＬＡＭＩＮＡＴＯＲ ０５０５Ｓ」）にセットし、次の条件で成形して、第２層２０を得た。得られた第２層２０の厚さは約６０μｍであった。
雰囲気：減圧
加圧条件：１００ｋＰａ（大気圧）
加熱条件：１４０℃で２分間
また、第２層２０の一方の配列体の配向方向に沿って導通するように、銀ペーストを両端に塗って電極とし、シート抵抗を測定したところ、２９０Ω／□であった。

（３）第４層の作製
ＣＮＴ配列体の積層数が６の積層体を用いたこと以外は第２層２０の場合と同様にして、第４層４０を作製した。

（４）電磁波吸収体の作製
ガラス繊維の束にエポキシ樹脂を含浸・硬化させてなるＦＲ４基板（パナソニック社製、２５ｃｍ×２５ｃｍ、厚さ１．６ｍｍ、誘電率４．４）を第１層１０および第３層３０とし、上記の第２層２０および第４層４０を含む各層を順番に配置して、電磁波吸収体１００を得た。得られた電磁波吸収体１００の特性評価を次のようにして行った。一対のホーンアンテナの間に電磁波吸収体を配置し、ベクトルネットワークアナライザ（Ｋｅｙｓｉｇｈｔ社製、「Ｅ８３６１Ｃ」）を用いて自由空間法によりＳパラメータを測定し、その測定結果から電磁波吸収体１００の反射率を測定した。入射電磁波は直線偏光であり、第１層１０側から入射した。

（実施例１）
まず、電磁波吸収体の第２層２０における第１層１０に近位な側に位置するＣＮＴ配列体の配列方向が入射電磁波の電界の振動方向と揃うように、電磁波吸収体１００を配置した。測定周波数範囲を４〜１８ＧＨｚとして測定した結果（反射率）を図８に示した。

（実施例２）
電磁波吸収体の第２層２０における第１層１０に近位な側に位置するＣＮＴ配列体の配列方向が入射電磁波の電界の振動方向に対して４５度となるように、電磁波吸収体１００を配置して、実施例１と同様に測定した。その結果を図８に示した。
図７に示されるように、入射電磁波の電界の振動方向にかかわらず、１０ＧＨｚから１５ＧＨｚの間に反射率が特に低くなる結果が得られた。

（実施例３）
実施例１に係る電磁波吸収体１００において、第３層３０を別のＡＤ１０００基板（Ｒｏｇｅｒｓ社製、２５ｃｍ×２５ｃｍ、厚さ１．５０ｍｍ、誘電率１０．７０）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、電磁波吸収体１００を作製し、実施例１の場合と同様の測定方法で反射率を測定した。その結果を図９に示した。

（比較例１）
実施例３に係る電磁波吸収体１００において、第１層１０を設けなかったこと以外は実施例３と同様にして、電磁波吸収体１００を作製し、実施例３の場合と同様の測定方法で反射率を測定した。その結果を図９に示した。
図８に示されるように、第１層１０を設けることにより電磁波吸収体１００の反射率を効果的に低減させることができることが確認された。

（実施例４）
実施例３に係る電磁波吸収体１００において、第１層１０を別のＰＴＦＥシート（ニチアス社製、２５ｃｍ×２５ｃｍ、厚さ１ｍｍ、誘電率２）に変更したこと以外は実施例３と同様にして、電磁波吸収体１００を作製し、実施例３の場合と同様の測定方法で反射率を測定した。その結果を図１０に示した。

（比較例２）
実施例１の第２層２０と同様であるが、ＣＮＴ交絡体の積層数が２であるＣＮＴ配列体を備える積層体を、図７に示されるように２枚重ねて、第２層２０を作製した。得られた第２層２０の厚さは約６０μｍであった。また、第２層２０のシート抵抗を測定したところ、８０Ω／□であった。
実施例４に係る電磁波吸収体１００において、第２層２０（ＣＮＴ交絡体の積層数：１）を上記の第２層２０（ＣＮＴ交絡体の積層数：２）に変更したこと以外は実施例４と同様にして、電磁波吸収体１００を作製し、実施例４の場合と同様の測定方法で反射率を測定した。その結果を図１０に示した。

（比較例３）
実施例１の第２層２０と同様であるが、ＣＮＴ交絡体の積層数が３であるＣＮＴ配列体を備える積層体を、図７に示されるように２枚重ねて、第２層２０を作製した。得られた第２層２０の厚さは約６０μｍであった。また、第２層２０のシート抵抗を測定したところ、５５Ω／□であった。
実施例４に係る電磁波吸収体１００において、第２層２０（ＣＮＴ交絡体の積層数：１）を上記の第２層２０（ＣＮＴ交絡体の積層数：３）に変更したこと以外は実施例４と同様にして、電磁波吸収体１００を作製し、実施例４の場合と同様の測定方法で反射率を測定した。その結果を図１０に示した。
図１０に示されるように、第２層２０のシート抵抗が１００Ω／□未満になると、第２層２０も電磁波の反射体としての性質が強くなり、電磁波吸収体１００の反射率が上昇した。

（実施例５）
実施例４に係る電磁波吸収体１００において、第３層３０を別のＡＤ２５０Ｃ基板（Ｒｏｇｅｒｓ社製、２５ｃｍ×２５ｃｍ、厚さ１．５２ｍｍ、誘電率２．５０）に変更したこと以外は実施例４と同様にして、電磁波吸収体１００を作製し、実施例３の場合と同様の測定方法で反射率を測定した。その結果を実施例４の再測定結果とともに図１１に示した。

（実施例６）
実施例４に係る電磁波吸収体１００において、第３層３０を別のＡＤ４１０基板（Ｒｏｇｅｒｓ社製、２５ｃｍ×２５ｃｍ、厚さ１．５７ｍｍ、誘電率４．１０）に変更したこと以外は実施例４と同様にして、電磁波吸収体１００を作製し、実施例３の場合と同様の測定方法で反射率を測定した。その結果を実施例４の再測定結果とともに図１１に示した。
図１１に示されるように、第３層３０の誘電率が高くなる（実施例５＜実施例６＜実施例４）ほど、反射率が極小となる周波数帯が低周波側に移動した。これは、厚さが一定（１．５ｍｍ）の場合には、位相ずれによって打ち消し合いが効率的に生じる周波数が誘電率が高いほど低周波数（長波長）にシフトすることを意味している。したがって、第３層３０の誘電率を制御することにより、厚さを増やすことなく、任意の周波数の電磁波を吸収することができる。

（実施例７）
実施例１に係る電磁波吸収体１００において、第１層１０をＰＴＦＥシート（２５ｃｍ×２５ｃｍ、厚さ０．５ｍｍ、誘電率２）に変更し、第３層３０をＰＴＦＥシート（２５ｃｍ×２５ｃｍ、厚さ０．６ｍｍ、誘電率２）に変更し、ＣＮＴ配列体におけるＣＮＴの密度を高めることにより、第２層２０のシート抵抗を２７０Ω／□に変更したこと以外は実施例１と同様にして、電磁波吸収体１００を作製した。測定周波数範囲を５０〜６７ＧＨｚとして、測定した結果（反射率）を図１２に示した。図１２に示されるように５４ＧＨｚから６４ＧＨｚの間に反射率が特に低くなる結果が得られた。

１００ ：電磁波吸収体
１０ ：第１層
２０ ：第２層
３０ ：第３層
４０ ：第４層
Ｌ０，ＬＲ０１，ＬＲ１０，ＬＲ３４，ＬＲ３１：電磁波
Ｆ０１，Ｆ１２，Ｆ２３，Ｆ３４：界面
２１，２１１１，２１１２：ＣＮＴ配列体
２２ ：絶縁性材料
２０Ａ，２０Ｂ：主面
２０１ ：積層体
２０１１：第１積層体
２０１２：第２積層体
２２１１，２２１２：絶縁層
Ｄ１ ：配列方向

Claims (10)

1. 誘電体からなる第１層、導電性を有する第２層、誘電体からなる第３層、および導電性を有する第４層が、この順で積層された積層構造を有する電磁波吸収体であって、
   前記第２層のシート抵抗は１００Ω／□以上３００Ω／□以下であって、
   前記第４層は電磁波の反射体であること
   を特徴とする電磁波吸収体。
2. 前記第２層は、導電材料と絶縁性材料とを含む複合部材からなる、請求項１に記載の電磁波吸収体。
3. 前記第２層は、導電材料からなる、請求項１に記載の電磁波吸収体。
4. 前記導電材料は、カーボンナノチューブ配列体を含む、請求項２または請求項３に記載の電磁波吸収体。
5. 前記カーボンナノチューブ配列体は、配列方向が互いに異なるものを含む、請求項４に記載の電磁波吸収体。
6. 前記第２層の厚さは１００μｍ以下である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電磁波吸収体。
7. 前記第４層は、導電材料と絶縁性材料とを含む複合部材からなる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電磁波吸収体。
8. 前記第４層は、導電材料からなる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電磁波吸収体。
9. 前記導電材料は、カーボンナノチューブ配列体を含む、請求項７または請求項８に記載の電磁波吸収体。
10. 前記カーボンナノチューブ配列体は、配列方向が互いに異なるものを含む、請求項９に記載の電磁波吸収体。