2020 Fiscal Year Research-status Report
マイクロ波・ミリ波帯高機能電磁環境対策材の実現を目指した金属粒子複合材料の研究
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20K05103
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| Research Institution | Tokyo University of Science, Yamaguchi |
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Principal Investigator |
笠置 映寛 山陽小野田市立山口東京理科大学, 共通教育センター, 准教授 (10310947)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 真一郎 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (10514391)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 異方的形状粒子 / 複合材料 / 導電率 / 誘電率 / 透磁率 / 反射係数 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，マイクロ波からミリ波帯で利用する広帯域電波吸収体，周波数選択性電磁遮蔽材といった高機能電磁環境対策材の実現を目指し，粒子の形状効果を活用した金属粒子複合材料を開発することである。
2020年度は，針状FeCoナノ粒子複合材料，及びAgコートCu粒子（樹枝状）複合材料を作製し，これらの導電率測定（2端子法）を行うとともに，針状FeCoナノ粒子複合材料については，比誘電率・比透磁率測定（同軸線路法），反射係数測定（自由空間法）を行い，作成した複合材料の電磁気特性，分散粒子の形状効果について検討を行った。
針状FeCoナノ粒子（平均長101nm，平均径22nm）を分散させた複合材料について，導電率は高濃度の70 vol.%複合材料においても0.0001 S/cmオーダーの比較的低い値を示し，透磁率はGHz領域まで渦電流による影響を受けることなく保持され，10GHz付近で磁気共鳴による周波数分散を示した。この比較的高周波での透磁率分散はアスペクト比の大きい粒子形状に起因しており，透磁率の大きさと粒子濃度の関係を与えるマクスウェル-ガーネット近似を用いて解析した結果，粒子内に生じる反磁界が高周波透磁率に強く影響していることが分かった。
針状FeCoナノ粒子複合材料の電波吸収特性の基礎的な検討として，厚み数mmのシート状の複合材料を作製し，自由空間法による反射係数測定を行った。その結果，低粒子濃度複合材料（数vol.%）では40GHz付近で吸収量が最大を示す特性が得られることが分かった。
AgコートCu粒子（樹枝状）複合材料とCu粒子（樹枝状）複合材料の導電率の比較から，Cu粒子表面をAgで被覆することで複合材料の導電性は高まり，電気的パーコレーション濃度が低下することが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2020年度は，異方的形状粒子を含む複合材料の電磁気特性の検討として，針状FeCoナノ粒子複合材料，及びAgコートCu粒子複合材料を合成し，それらの導電率，比透磁率，比誘電率の測定，解析を行うことを目的とした。
針状FeCoナノ粒子複合材料については，計画していた測定，解析を行うことができた。さらに次年度（2021年度）に計画している針状FeCoナノ粒子複合材料シートの作成，自由空間法による電磁波反射・透過特性の測定，解析を前倒しして開始した。
AgコートCu粒子複合材料については，複合材料の合成，導電率の測定，解析を実施した。また，AgコートCu粒子複合材料と比較するためにCu粒子（球状，偏平状，樹枝状）複合材料を作製し，その電磁気特性（導電率，比誘電率）の測定，解析を行った。そのため，当初計画していたAgコートCu粒子複合材料のマイクロ波領域における電磁気特性（比誘電率，比透磁率）の測定，解析については2021年度に実施することとした。
次年度（2021年度）に計画している異方的形状粒子複合材料シートの作成，それらの電磁波反射・透過特性の測定，解析を実施する上で必要な知見を得ることができたことから，おおむね順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度は，AgコートCu粒子（樹枝状，偏平状，球状）複合材料の2端子法による導電率測定を行い，分散粒子の電気的パーコレーション濃度の粒子形状依存性について検討を行う。また，マイクロ波領域におけるパーコレーション濃度以上の粒子を含む複合材料の同軸線路法による比誘電率スペクトルの測定を行い，負の比誘電率スペクトルの粒子形状依存性について検討を行う。そして，得られた知見をもとにAgコートCu粒子複合材料シート，針状FeCoナノ粒子複合材料シートを作製し，それらの自由空間法による電磁波反射・透過特性の測定，解析を実施し，複合材料シートと金属パターン周期配列材の組み合わせによる電磁気特性制御についての知見を得る。
2022年度は，複合材料シートと金属パターン周期配列材の組み合わせによる電磁気特性制御についての検討を行う。金属粒子複合材料シート（異方的形状AgコートCu粒子複合材料，針状FeCoナノ粒子複合材料）と金属パターン周期配列材（金属線配列・矩形金属パターン配列・正方形金属パターン等）を積層化した材料を作製し，電磁波反射・透過特性を自由空間法により測定，解析し，高機能電磁環境対策材の実現に向けた検討を行う。
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