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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024084363
(43)【公開日】2024-06-25
(54)【発明の名称】電磁波吸収構造体および熱電変換素子
(51)【国際特許分類】
H10N 10/13 20230101AFI20240618BHJP
【ＦＩ】
H10N10/13
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022198598
(22)【出願日】2022-12-13
(71)【出願人】
【識別番号】504132881
【氏名又は名称】国立大学法人東京農工大学
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100188558
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 雅人
(74)【代理人】
【識別番号】100175824
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100152272
【弁理士】
【氏名又は名称】川越 雄一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100181722
【弁理士】
【氏名又は名称】春田 洋孝
(72)【発明者】
【氏名】久保 若奈
(57)【要約】
【課題】幅広い波長域の熱エネルギーを吸収可能であり、かつ、均一な温度環境下でも熱電変換素子上に温度差を生じさせることが可能な電磁波吸収構造体を提供する。
【解決手段】電磁波吸収構造体１０は、導電基材１と導電基材１上に配置される複数の導電粒子３と、導電基材１と各導電粒子３との間に配置される誘電体層２と、を備え、導電粒子３の円相当径が５０ｎｍ～２０μｍであり、平面視で導電粒子３の密度が０．００２５／μｍ２以上である。
【選択図】図１
【解決手段】電磁波吸収構造体１０は、導電基材１と導電基材１上に配置される複数の導電粒子３と、導電基材１と各導電粒子３との間に配置される誘電体層２と、を備え、導電粒子３の円相当径が５０ｎｍ～２０μｍであり、平面視で導電粒子３の密度が０．００２５／μｍ２以上である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
導電基材と
前記導電基材上に配置される複数の導電粒子と、
前記導電基材と前記各導電粒子との間に配置される誘電体層と、
を備え、
前記導電粒子の円相当径が５０ｎｍ～２０．００μｍであり、
平面視で前記導電粒子の密度が０．００２５／μｍ２以上である、
電磁波吸収構造体。
前記導電基材上に配置される複数の導電粒子と、
前記導電基材と前記各導電粒子との間に配置される誘電体層と、
を備え、
前記導電粒子の円相当径が５０ｎｍ～２０．００μｍであり、
平面視で前記導電粒子の密度が０．００２５／μｍ２以上である、
電磁波吸収構造体。
【請求項2】
平面視で前記導電粒子の平均粒子間距離が９．００μｍ以下である、請求項１に記載の電磁波吸収構造体。
【請求項3】
平面視で前記導電粒子間の距離が１ｎｍ以上である、請求項１に記載の電磁波吸収構造体。
【請求項4】
前記誘電体層が、前記導電基材を覆う、請求項１に記載の電磁波吸収構造体。
【請求項5】
前記誘電体層が、前記導電粒子を覆う、請求項１に記載の電磁波吸収構造体。
【請求項6】
前記導電粒子がＡｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｉｎ、およびＢａからなる群から選択される元素を少なくとも１種以上含有する、請求項１に記載の電磁波吸収構造体。
【請求項7】
前記誘電体層の厚さが５ｎｍ～２００ｎｍである、請求項１に記載の電磁波吸収構造体。
【請求項8】
請求項１～７のいずれか１項に記載の電磁波吸収構造体を備える熱電変換素子であって、
前記電磁波吸収構造体の前記導電基材である電極と、
前記電極と電気的に接続される熱電材料と、
を備える、熱電変換素子。
前記電磁波吸収構造体の前記導電基材である電極と、
前記電極と電気的に接続される熱電材料と、
を備える、熱電変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は電磁波吸収構造体および熱電変換素子に関する。
【背景技術】
【0002】
熱を電気に変換する熱電発電は、未利用熱エネルギーのリサイクル技術として期待されている。通常、熱電変換素子は、温度差を電位差に変換するゼーベック効果を用いて発電している。
【0003】
例えば、特許文献１には、熱電変換膜と、前記熱電変換膜の一部の内部又は表面に配設された導電性ナノ構造体と、を備えた熱電変換素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１９-１９２９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献１に記載の熱電変換素子は、単一波長の熱エネルギーしか吸収できなかった。そのため、特許文献１の熱電変換素子より幅広い温度域の熱エネルギーを吸収できる構造が求められている。
【0006】
本発明は上記の事情を鑑みなされた発明であり、より幅広い波長域の熱エネルギーを吸収可能であり、かつ、均一な温度環境下でも熱電変換素子上に温度差を生じさせることが可能な電磁波吸収構造体および熱電変換素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
＜１＞本発明の態様１の電磁波吸収構造体は、
導電基材と
前記導電基材上に配置される複数の導電粒子と、
前記導電基材と前記各導電粒子との間に配置される誘電体層と、
を備え、
前記導電粒子の円相当径が５０ｎｍ～２０．００μｍであり、
平面視で前記導電粒子の密度が０．００２５／μｍ２以上である。
＜２＞本発明の態様２は、態様１の電磁波吸収構造体において、
平面視で前記導電粒子の平均粒子間距離が９．００μｍ以下であってもよい。
＜３＞本発明の態様３は、態様１または２の電磁波吸収構造体において、
平面視で前記導電粒子間の距離が１ｎｍ以上であってもよい。
＜４＞本発明の態様４は、態様１～３のいずれか１つに記載の電磁波吸収構造体において、
前記誘電体層が、前記導電基材を覆ってもよい。
＜５＞本発明の態様５は、態様１～３のいずれか１つに記載の電磁波吸収構造体において、
前記誘電体層が、前記導電粒子を覆ってもよい。
＜６＞本発明の態様６は、態様１～５のいずれか１つに記載の電磁波吸収構造体において、
前記導電粒子がＡｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｉｎ、およびＢａからなる群から選択される元素を少なくとも１種以上含有してもよい。
＜７＞本発明の態様７は、態様１～６のいずれか１つに記載の電磁波吸収構造体において、
前記誘電体層の厚さが５ｎｍ～２００ｎｍであってもよい。
＜８＞本発明の態様８の熱電変換素子は、態様１～７のいずれか１つに記載の電磁波吸収構造体を備える熱電変換素子であって、
前記電磁波吸収構造体の前記導電基材である電極と、
前記電極と電気的に接続される熱電材料と、
を備える。
＜１＞本発明の態様１の電磁波吸収構造体は、
導電基材と
前記導電基材上に配置される複数の導電粒子と、
前記導電基材と前記各導電粒子との間に配置される誘電体層と、
を備え、
前記導電粒子の円相当径が５０ｎｍ～２０．００μｍであり、
平面視で前記導電粒子の密度が０．００２５／μｍ２以上である。
＜２＞本発明の態様２は、態様１の電磁波吸収構造体において、
平面視で前記導電粒子の平均粒子間距離が９．００μｍ以下であってもよい。
＜３＞本発明の態様３は、態様１または２の電磁波吸収構造体において、
平面視で前記導電粒子間の距離が１ｎｍ以上であってもよい。
＜４＞本発明の態様４は、態様１～３のいずれか１つに記載の電磁波吸収構造体において、
前記誘電体層が、前記導電基材を覆ってもよい。
＜５＞本発明の態様５は、態様１～３のいずれか１つに記載の電磁波吸収構造体において、
前記誘電体層が、前記導電粒子を覆ってもよい。
＜６＞本発明の態様６は、態様１～５のいずれか１つに記載の電磁波吸収構造体において、
前記導電粒子がＡｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｉｎ、およびＢａからなる群から選択される元素を少なくとも１種以上含有してもよい。
＜７＞本発明の態様７は、態様１～６のいずれか１つに記載の電磁波吸収構造体において、
前記誘電体層の厚さが５ｎｍ～２００ｎｍであってもよい。
＜８＞本発明の態様８の熱電変換素子は、態様１～７のいずれか１つに記載の電磁波吸収構造体を備える熱電変換素子であって、
前記電磁波吸収構造体の前記導電基材である電極と、
前記電極と電気的に接続される熱電材料と、
を備える。
【発明の効果】
【0008】
本発明の上記態様によれば、より幅広い波長域の熱エネルギーを吸収可能であり、かつ、均一な温度環境下でも熱電変換素子上に温度差を生じさせることが可能な電磁波吸収構造体および熱電変換素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第１実施形態に係る電磁波吸収構造体を示す模式断面図である。
【図2】第１実施形態に係る熱電変換素子を示す概略斜視図である。
【図3】第２実施形態に係る電磁波吸収構造体を示す模式断面図である。
【図4】第２実施形態に係る熱電変換素子を示す概略斜視図である。
【図5】第３実施形態に係る熱電変換素子を示す概略斜視図である。
【図7】第４実施形態に係る熱電変換素子を示す概略斜視図である。
【図9】電磁波吸収構造体の表面のＳＥＭ観察像である。
【図10】実施例１の粒径分布である。
【図11】実施例２の粒径分布である。
【図12】実施例３の粒径分布である。
【図13】実施例４の粒径分布である。
【図14】実施例１～４の赤外線吸収スペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
（第１実施形態）
以下、図面を参照し、本発明の第１実施形態に係る電磁波吸収構造体および熱電変換素子を説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法などは一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
以下、図面を参照し、本発明の第１実施形態に係る電磁波吸収構造体および熱電変換素子を説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法などは一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【0011】
図１に、電磁波吸収構造体１０の模式断面図を示す。以下の説明において、Ｘ方向は、導電基材１の表面１ａと平行な方向である。Ｙ方向は、導電基材１の表面１ａと平行な方向であって、Ｘ方向に交差する方向である。例えば、Ｙ方向は、Ｘ方向に略直交する。Ｚ方向は、導電基材１の厚さ方向であって、Ｘ方向およびＹ方向に交差する方向である。例えば、Ｚ方向は、Ｘ方向およびＹ方向に略直交する。Ｚ方向に下の方向とは、Ｚ方向に沿って導電粒子３から導電基材１に向かう方向をいう。Ｚ方向に上の方向とはＺ方向に沿って、導電粒子３から導電基材１に向かう方向と反対の方向をいう。ただし本明細書でいう「上」および「下」とは、説明の便宜上の表現であり、重力方向を規定するものではない。
【0012】
（電磁波吸収構造体１０）
電磁波吸収構造体１０は、導電基材１と、導電基材１上に配置される複数の導電粒子３と、導電基材１と各導電粒子３との間に配置される誘電体層２と、を備える。第１実施形態の場合、電磁波吸収構造体１０は、導電基材１と、導電基材１上に配置される誘電体層２と、誘電体層２上に配置される複数の導電粒子３と、を備える。電磁波吸収構造体１０において、導電基材１と誘電体層２と導電粒子３とが、導電体、絶縁体、導電体の順に配置され、かつ、導電体（導電粒子）が所定の大きさを有することで、均一な温度環境下において、熱エネルギーを吸収することができる。
電磁波吸収構造体１０は、導電基材１と、導電基材１上に配置される複数の導電粒子３と、導電基材１と各導電粒子３との間に配置される誘電体層２と、を備える。第１実施形態の場合、電磁波吸収構造体１０は、導電基材１と、導電基材１上に配置される誘電体層２と、誘電体層２上に配置される複数の導電粒子３と、を備える。電磁波吸収構造体１０において、導電基材１と誘電体層２と導電粒子３とが、導電体、絶縁体、導電体の順に配置され、かつ、導電体（導電粒子）が所定の大きさを有することで、均一な温度環境下において、熱エネルギーを吸収することができる。
【0013】
電磁波吸収構造体１０の構造が複雑なため、所定の式によって、導電粒子３の円相当径と熱エネルギーの吸収波長域との関係を表すことは困難である。そのため、本開示の電磁波吸収構造体１０の構造は、有限要素法によって当該構造をメッシュで分割してそれぞれのドメインで電磁波吸収を補完的に計算することで、設置予定の温度域に合わせて電磁波吸収体の構造および吸収波長域を設計することができる。
【0014】
（導電基材１）
導電基材１は、熱伝導率に優れ、かつ導電性を有する基材であることが好ましい。導電基材１の材質としては、例えば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などが挙げられる。導電基材１の幅、厚さ等は、目的に合わせて適宜設定することができる。
導電基材１は、熱伝導率に優れ、かつ導電性を有する基材であることが好ましい。導電基材１の材質としては、例えば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などが挙げられる。導電基材１の幅、厚さ等は、目的に合わせて適宜設定することができる。
【0015】
（誘電体層２）
誘電体層２の材質は、絶縁性を有していればよく、特に限定されない。誘電体層２の材質としては、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ２、ＭｏＯ３、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＷＯ３、ＴｉＯ２、ＢａＴｉＯ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＳｉＣ，ロッシェル塩などの金属含有化合物、ポリエチレンやポリプロピレン、シクロオレフィンポリマーやノルボルネン系樹脂などのオレフィン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレンやポリジフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、ポリスチレンやＡＳ樹脂などのスチレン系樹脂、酢酸セルロースなどのセルロース系樹脂、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ナイロン、尿素樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレンオキサイドなどの有機化合物などを適時選択して用いることができる。
誘電体層２の材質は、絶縁性を有していればよく、特に限定されない。誘電体層２の材質としては、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ２、ＭｏＯ３、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＷＯ３、ＴｉＯ２、ＢａＴｉＯ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＳｉＣ，ロッシェル塩などの金属含有化合物、ポリエチレンやポリプロピレン、シクロオレフィンポリマーやノルボルネン系樹脂などのオレフィン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレンやポリジフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、ポリスチレンやＡＳ樹脂などのスチレン系樹脂、酢酸セルロースなどのセルロース系樹脂、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ナイロン、尿素樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレンオキサイドなどの有機化合物などを適時選択して用いることができる。
【0016】
誘電体層２の誘電率としては、例えば、１～５０Ｆ／ｍであることが好ましい。誘電率が１～５０Ｆ／ｍであることで、各導電粒子３の分極率が向上する。
【0017】
第１実施形態では、誘電体層２は、導電基材１を覆っている。誘電体層２は導電基材１の全面を覆っていてもよいし、導電基材１と導電粒子３との間のみを覆うように部分的に覆っていてもよい。導電基材１全体を覆うことで、導電基材１の酸化を防止することができるので、導電基材１全体を覆うことが好ましい。このようにすることで、電磁波吸収構造体１０の安定性を向上することができる。
【0018】
誘電体層２の厚さは、特に限定されない。誘電体層２の厚さが５ｎｍ～２００ｎｍであることが好ましい。誘電体層２の厚さが５ｎｍ～２００ｎｍであることで、環境温度が数十℃～５００℃において、効率よく熱エネルギーを吸収する電磁波吸収構造体１０を形成しやすい。誘電体層２の厚さは、吸収する熱エネルギーの波長域に応じて適宜設定することができる。
【0019】
（導電粒子３）
導電粒子３の円相当径が５０ｎｍ～２０．００μｍである。導電粒子３の円相当径が５０ｎｍ～２０．００μｍであることで、環境温度が数十℃～５００℃において、効率よく熱エネルギーを吸収する電磁波吸収構造体１０を形成しやすい。導電粒子３の円相当径の範囲は、吸収する熱エネルギーの波長範囲に応じて適宜設定することができる。導電粒子３の円相当径が大きくなるにつれて、熱エネルギーの吸収波長域が長波長側にシフトする。円相当径は平面視で導電粒子３の面積に等しい面積を有する円の直径である。電磁波吸収構造体１０には、円相当径が５０ｎｍ～２０．００μｍの範囲外の導電粒子３が含まれていてもよい。５０ｎｍ～２０．００μｍの範囲外の導電粒子を含む場合は、導電粒子３の全個数に対して９０％以上の導電粒子３の円相当径が５０ｎｍ～２０．００μｍであればよい。以下に説明する導電粒子３の密度、導電粒子３の平均粒子間距離、導電粒子３間の距離は、円相当径が５０ｎｍ～２０．００μｍである導電粒子３の密度、平均粒子間距離、導電粒子３間の距離である。
導電粒子３の円相当径が５０ｎｍ～２０．００μｍである。導電粒子３の円相当径が５０ｎｍ～２０．００μｍであることで、環境温度が数十℃～５００℃において、効率よく熱エネルギーを吸収する電磁波吸収構造体１０を形成しやすい。導電粒子３の円相当径の範囲は、吸収する熱エネルギーの波長範囲に応じて適宜設定することができる。導電粒子３の円相当径が大きくなるにつれて、熱エネルギーの吸収波長域が長波長側にシフトする。円相当径は平面視で導電粒子３の面積に等しい面積を有する円の直径である。電磁波吸収構造体１０には、円相当径が５０ｎｍ～２０．００μｍの範囲外の導電粒子３が含まれていてもよい。５０ｎｍ～２０．００μｍの範囲外の導電粒子を含む場合は、導電粒子３の全個数に対して９０％以上の導電粒子３の円相当径が５０ｎｍ～２０．００μｍであればよい。以下に説明する導電粒子３の密度、導電粒子３の平均粒子間距離、導電粒子３間の距離は、円相当径が５０ｎｍ～２０．００μｍである導電粒子３の密度、平均粒子間距離、導電粒子３間の距離である。
【0020】
導電粒子３の平均円相当径（平均粒径）は、１μｍ～２０μｍであることが好ましい。導電粒子３の平均円相当径）が、１μｍ～２０μｍであることで、環境温度が数十℃～５００℃において、より効率よく熱エネルギーを吸収することができる。
【0021】
導電粒子３の円相当径の標準誤差は、０．０５μｍ～０．２０μｍであることが好ましい。導電粒子３の標準誤差が、０．０５μｍ～０．２０μｍであることで、環境温度が数十℃～５００℃において、より効率よく熱エネルギーを吸収することができる。
【0022】
第１実施形態において、平面視で導電粒子３の密度が０．００２５個／μｍ２以上である。導電粒子３の密度が０．００２５個／μｍ２以上となることで、熱エネルギーの吸収量を向上することができる。ここで、「平面視」とは、導電基材１の法線方向（Ｚ方向）から導電基材１を見ること、つもり、電磁波吸収構造体１０を上から見ることを指す。より好ましい導電粒子３の密度は０．００９０個／μｍ２以上である。さらに好ましい導電粒子３の密度は１．００００個／μｍ２以上である。導電粒子３の密度は高いほどよいので、導電粒子３の密度の上限は特に限定されない。導電粒子３の密度の上限は、例えば、１００．００００個／μｍ２以下である。
【0023】
平面視で導電粒子３の平均粒子間距離が９．００μｍ以下であることが好ましい。平均粒子間距離が９．００μｍ以下となることで、電磁波吸収構造体１０の熱エネルギーの吸収量を向上することができる。より好ましい導電粒子３の平均粒子間距離は、５．００μｍ以下である。さらに好ましい導電粒子３の平均粒子間距離は、１．００μｍ以下である。導電粒子３の平均粒子間距離は１０ｎｍ以上であってもよい。なお、平均粒子間距離は、導電粒子３の重心間距離の平均値である。
【0024】
導電粒子３同士が接触していると、平面視における導電体の合計面積が増え、吸収できる熱エネルギーの波長域が変わる。その結果、吸収できる熱エネルギーの波長域が狭くなる恐れがある。本明細書では、導電粒子３同士が接触している場合は、それらの集まりを１つの導電粒子３とみなす。そのため、平面視で導電粒子３間の距離が、１ｎｍ以上であることが好ましい。導電粒子３間の距離が、１ｎｍ以上であることで、電磁波吸収構造体１０の熱エネルギーの吸収量を向上することができる。導電粒子３間の距離は１０ｎｍ以上であってもよい。なお、導電粒子３間の距離は、隣り合う粒子間の最短距離である。導電粒子３同士が接触していなければよいので、導電粒子３間の距離の上限は特に限定されない。たとえば、導電粒子３の距離の上限を１μｍとしてもよい。
【0025】
複数の導電粒子３は、誘電体層２上に規則的に配置されてもよいし、不規則に配置してもよい。規則的に配置することで、導電粒子３の密度を向上することができる。
【0026】
導電粒子３の材質は、導電性を有していればよく、特に限定されない。導電粒子３は、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｉｎ、およびＢａからなる群から選択される元素を少なくとも１種以上含有することが好ましい。導電粒子３の材質は、前記記載の元素を少なくとも１種以上含有する酸化物および／または窒化物、あるいはそれらの複合体であってもよい。なお、発熱特性が高い導電粒子３の材質としては、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＺｒＮ、ＴｉＺｒ等が好ましい。
【0027】
平面視（ＸＹ平面）での導電粒子３の形状は、特に限定されない。平面視での導電粒子３の形状は、円状、多角形状であってもよい。また、導電粒子３の形状は、異径形状でも良いし、等方的な形であってもよい。
【0028】
導電粒子３の円相当径、密度、粒子間距離は、例えば以下の方法で評価することができる。電磁波吸収構造体１０の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い観察する。観察して得られたＳＥＭ像（５００μｍ×５００μｍ）を、画像解析ソフト（例えば、ImageJ）を用い、導電粒子３の円相当径、密度、平均粒子間距離、導電粒子３間の距離（最短距離）を求める。例えば、円相当径は、画像解析ソフトで求めることができる。密度は画像解析ソフトで求めることができる。平均粒子間距離は画像解析ソフトで求めることができる。導電粒子３間の距離は画像解析ソフトで求めることができる。導電粒子かどうかは例えば、ＳＥＭに付属するエネルギー分散型Ｘ線分光装置（ＥＤＸ）を用い、導電粒子を構成する元素の比率を調べることで判定することができる。
【0029】
電磁波吸収構造体１０の製造方法は、特に限定されない。例えば、金属粒子などの導電粒子を溶媒に分散させて誘電体層２上に塗布し、乾燥することで電磁波吸収構造体１０を得てもよい。また、誘電体層２上に金属膜を成膜した後、所定の温度でアニールすることで、金属からなる導電粒子を形成することで、電磁波吸収構造体１０を得てもよい。例えば、アニールで導電粒子３を形成する場合、アニール時の温度、時間、および金属膜の厚さなどによって、導電粒子３の粒径分布などを制御することができる。
【0030】
（熱電変換素子１００）
次に、電磁波吸収構造体１０を備える熱電変換素子１００について説明する。図２は、第１実施形態に係る熱電変換素子を示す概略斜視図である。熱電変換素子１００は、電磁波吸収構造体１０を備える熱電変換素子であって、電磁波吸収構造体１０の導電基材１である電極４１と、電極４１と電気的に接続される熱電材料２０と、を備える。第１実施形態では、熱電変換素子１００は、電磁波吸収構造体１０、第２電極４２、および熱電材料２０を備える。熱電変換素子１００は、電磁波吸収構造体１０が周囲の熱エネルギーを集約することで、温度勾配を形成できる。そのため、熱電変換素子１００は均一な温度環境でも発電することができる。電磁波吸収構造体１０と同じ要素については、説明を省略する場合がある。以下、各部について説明する。
次に、電磁波吸収構造体１０を備える熱電変換素子１００について説明する。図２は、第１実施形態に係る熱電変換素子を示す概略斜視図である。熱電変換素子１００は、電磁波吸収構造体１０を備える熱電変換素子であって、電磁波吸収構造体１０の導電基材１である電極４１と、電極４１と電気的に接続される熱電材料２０と、を備える。第１実施形態では、熱電変換素子１００は、電磁波吸収構造体１０、第２電極４２、および熱電材料２０を備える。熱電変換素子１００は、電磁波吸収構造体１０が周囲の熱エネルギーを集約することで、温度勾配を形成できる。そのため、熱電変換素子１００は均一な温度環境でも発電することができる。電磁波吸収構造体１０と同じ要素については、説明を省略する場合がある。以下、各部について説明する。
【0031】
（電磁波吸収構造体１０）
電磁波吸収構造体１０は導電基材１、誘電体層２、および導電粒子３を備える。導電基材１が熱電変換素子１００の第１電極４１となる。
電磁波吸収構造体１０は導電基材１、誘電体層２、および導電粒子３を備える。導電基材１が熱電変換素子１００の第１電極４１となる。
【0032】
（第１電極４１）
第１電極４１は、熱電材料２０の一端と電気的に接続される。第１電極４１と熱電材料２０との接続は、電気的に接続でき、かつ、熱を熱電材料２０に伝えることができれば、特に限定されない。例えば、超音波接合などを用いて第１電極４１と熱電材料２０とを直接接続してもよいし、ハンダなどを用いて第１電極４１と熱電材料２０とを接続してもよい。熱電材料２０と接触する面を第１面４１ａとし、その反対の面を第２面４１ｂとしたとき、第２面４１ｂに、誘電体層２が、伝熱可能に配置されている。第１電極４１は、電極の一例である。熱電変換素子１００の第１電極４１は、電磁波吸収構造体１０の一部を構成する。第１電極４１は、導電性を有していれば、特に限定されない。第１電極４１としては、導電性金属からなる基材、導電性金属で被覆した絶縁性セラミックス基材等などが挙げられる。
第１電極４１は、熱電材料２０の一端と電気的に接続される。第１電極４１と熱電材料２０との接続は、電気的に接続でき、かつ、熱を熱電材料２０に伝えることができれば、特に限定されない。例えば、超音波接合などを用いて第１電極４１と熱電材料２０とを直接接続してもよいし、ハンダなどを用いて第１電極４１と熱電材料２０とを接続してもよい。熱電材料２０と接触する面を第１面４１ａとし、その反対の面を第２面４１ｂとしたとき、第２面４１ｂに、誘電体層２が、伝熱可能に配置されている。第１電極４１は、電極の一例である。熱電変換素子１００の第１電極４１は、電磁波吸収構造体１０の一部を構成する。第１電極４１は、導電性を有していれば、特に限定されない。第１電極４１としては、導電性金属からなる基材、導電性金属で被覆した絶縁性セラミックス基材等などが挙げられる。
【0033】
第１電極４１に用いられる導電性金属としては、例えば、銅、銀、金、白金、パラジウム、鉄、チタン、アルミニウム等の金属およびこれらの合金を用いることができる。熱電変換素子１００の使用環境において、酸化および熔融の生じない金属を用いることが好ましい。
【0034】
第１電極４１に用いられる絶縁性セラミックスとしては、例えば、アルミナ等の酸化物セラミックスからなる基板を用いることができる。絶縁性セラミックスを被覆する金属としては、例えば、銅、銀、金、白金、および、これらの合金を用いることができる。絶縁性セラミックスを被覆する方法は特に限定されず、蒸着法、上述の金属または合金を含むペーストを塗布する方法等によって形成することができる。
【0035】
第１電極４１の幅、厚さ等は、熱電材料２０の大きさ、電気抵抗率等に合わせて適宜設定することができる。また、第１電極４１から効率よく放熱するためには、熱伝導率が高い材質を選択し、第１電極４１を薄くすることが好ましい。第１電極４１の厚さは例えば、０．１μｍ～２ｍｍである。
【0036】
（第２電極４２）
第２電極４２は、熱電材料２０と電気的に接続される。第２電極４２と熱電材料２０との接続は、電気的に接続でき、かつ、熱を熱電材料２０に伝えることができれば、特に限定されない。例えば、超音波接合などを用いて第２電極４２と熱電材料２０とを直接接続してもよいし、ハンダなどを用いて第２電極４２と熱電材料２０とを接続してもよい。第２電極４２は、導電性を有していれば、特に限定されない。第２電極４２としては、導電性金属からなる基材、導電性金属で被覆した絶縁性セラミックス基材等などが挙げられる。
第２電極４２は、熱電材料２０と電気的に接続される。第２電極４２と熱電材料２０との接続は、電気的に接続でき、かつ、熱を熱電材料２０に伝えることができれば、特に限定されない。例えば、超音波接合などを用いて第２電極４２と熱電材料２０とを直接接続してもよいし、ハンダなどを用いて第２電極４２と熱電材料２０とを接続してもよい。第２電極４２は、導電性を有していれば、特に限定されない。第２電極４２としては、導電性金属からなる基材、導電性金属で被覆した絶縁性セラミックス基材等などが挙げられる。
【0037】
第２電極４２に用いられる導電性金属としては、例えば、銅、銀、金、白金、パラジウム、鉄、チタン、アルミニウム等の金属およびこれらの合金を用いることができる。熱電変換素子１００の使用環境において、酸化および熔融の生じない金属を用いることが好ましい。
【0038】
第２電極４２に用いられる絶縁性セラミックスとしては、例えば、アルミナ等の酸化物セラミックスからなる基板を用いることができる。絶縁性セラミックスを被覆する金属としては、例えば、銅、銀、金、白金、および、これらの合金を用いることができる。絶縁性セラミックスを被覆する方法は特に限定されず、蒸着法、上述の金属または合金を含むペーストを塗布する方法等によって形成することができる。
【0039】
第２電極４２の幅、厚さ等は、熱電材料２０の大きさ、電気抵抗率等に合わせて適宜設定することができる。また、第２電極４２から効率よく放熱するためには、熱伝導率が高い材質を選択し、第２電極４２を薄くすることが好ましい。第２電極４２の厚さは例えば、０．１μｍ～２ｍｍである。
【0040】
（熱電材料２０）
熱電材料２０は一方の端が第１電極４１と接続され、他方の端が第２電極４２と接続される。熱電材料２０は、ｐ型熱電材料またはｎ型熱電材料である。特に限定されず、公知の熱電変換素子に用いられる公知の材料を用いることができる。例えば、熱電材料２０としては、ＢｉＴｅ系材料、ＢｉＳｂ系材料、ＢｉＳｂＴｅ系材料などが挙げられる。
熱電材料２０は一方の端が第１電極４１と接続され、他方の端が第２電極４２と接続される。熱電材料２０は、ｐ型熱電材料またはｎ型熱電材料である。特に限定されず、公知の熱電変換素子に用いられる公知の材料を用いることができる。例えば、熱電材料２０としては、ＢｉＴｅ系材料、ＢｉＳｂ系材料、ＢｉＳｂＴｅ系材料などが挙げられる。
【0041】
以上、第１実施形態に係る電磁波吸収構造体１０および熱電変換素子１００について説明した。第１実施形態に係る電磁波吸収構造体１０によれば、より幅広い波長域の熱エネルギーを吸収可能であり、かつ、均一な温度環境下でも熱電変換素子上に温度差を生じさせることが可能である。電磁波吸収構造体１０を備える熱電変換素子１００によれば、より幅広い波長域の熱エネルギーを吸収可能であり、かつ、均一な温度環境下でも発電することが可能である。
【0042】
（第２実施形態）
図３に、電磁波吸収構造体１０Ｂの模式断面図を示す。電磁波吸収構造体１０Ｂは、導電基材１と、導電基材１上に配置される複数の導電粒子３と、導電基材１と各導電粒子３との間に配置される誘電体層（被覆層）４と、を備える。第２実施形態の場合、電磁波吸収構造体１０Ｂは、導電基材１と、導電基材１上に配置される複数の複合粒子５と、を備える。複合粒子５は、導電粒子３と導電粒子３の周りの少なくとも導電基材１との間の部分を被覆する誘電体層４と、を備える。電磁波吸収構造体１０Ｂにおいて、導電基材１と誘電体層（被覆層）４と導電粒子３とが、導電体、絶縁体、導電体の順に配置され、かつ、導電体が所定の大きさを有することで、熱エネルギーを吸収することができる。
図３に、電磁波吸収構造体１０Ｂの模式断面図を示す。電磁波吸収構造体１０Ｂは、導電基材１と、導電基材１上に配置される複数の導電粒子３と、導電基材１と各導電粒子３との間に配置される誘電体層（被覆層）４と、を備える。第２実施形態の場合、電磁波吸収構造体１０Ｂは、導電基材１と、導電基材１上に配置される複数の複合粒子５と、を備える。複合粒子５は、導電粒子３と導電粒子３の周りの少なくとも導電基材１との間の部分を被覆する誘電体層４と、を備える。電磁波吸収構造体１０Ｂにおいて、導電基材１と誘電体層（被覆層）４と導電粒子３とが、導電体、絶縁体、導電体の順に配置され、かつ、導電体が所定の大きさを有することで、熱エネルギーを吸収することができる。
【0043】
電磁波吸収構造体１０Ｂの構造が複雑なため、所定の式によって、導電粒子３の円相当径と熱エネルギーの吸収波長域との関係を表すことは困難である。そのため、本開示の電磁波吸収構造体１０Ｂの構造は、第１実施形態の電磁波吸収構造体１０と同様に有限要素法によって当該構造をメッシュで分割してそれぞれのドメインで電磁波吸収を補完的に計算することで、設置予定の温度域に合わせて電磁波吸収体の構造および吸収波長域を設計することができる。
【0044】
（導電基材１）
導電基材１は、熱伝導率に優れ、かつ導電性を有する基材であることが好ましい。導電基材１の材質としては、例えば、銀、銅、アルミニウムなどが挙げられる。導電基材１の幅、厚さ等は、目的に合わせて適宜設定することができる。
導電基材１は、熱伝導率に優れ、かつ導電性を有する基材であることが好ましい。導電基材１の材質としては、例えば、銀、銅、アルミニウムなどが挙げられる。導電基材１の幅、厚さ等は、目的に合わせて適宜設定することができる。
【0045】
（複合粒子５）
複数の複合粒子５が、導電基材１上に配置される。複合粒子５は、導電粒子３と導電粒子３上に配置される誘電体層４とを備える。導電粒子３の間に誘電体層４があることで、平面視における導電体としての合計面積が変わらない。複合粒子５は異なる粒径をもつ導電粒子３によって構成されることから、複合粒子５は幅広い波長範囲で共鳴をもつことができ、結果的により多くの熱エネルギーを吸収することが可能になる。
複数の複合粒子５が、導電基材１上に配置される。複合粒子５は、導電粒子３と導電粒子３上に配置される誘電体層４とを備える。導電粒子３の間に誘電体層４があることで、平面視における導電体としての合計面積が変わらない。複合粒子５は異なる粒径をもつ導電粒子３によって構成されることから、複合粒子５は幅広い波長範囲で共鳴をもつことができ、結果的により多くの熱エネルギーを吸収することが可能になる。
【0046】
複数の複合粒子５は、導電基材１上に規則的に配置されてもよいし、不規則に配置してもよい。複合粒子５を導電基材１上に規則的に配置することで、導電粒子３の密度を向上することができるので好ましい。
【0047】
複合粒子５の円相当径が５５ｎｍ～２０．００μｍである。複合粒子５の円相当径が５５ｎｍ～２０．００μｍであることで、環境温度が数十℃～５００℃において、効率よく熱エネルギーを吸収する電磁波吸収構造体１０Ｂを形成しやすい。複合粒子５の円相当径の範囲は、導電粒子３の円相当径と、誘電体層４の厚さとから決定される。電磁波吸収構造体１０Ｂには、円相当径が５５ｎｍ～２０．００μｍの範囲外の複合粒子が含まれていてもよい。その場合は、複合粒子５の全個数に対して９０％以上の複合粒子５の円相当径が５５ｎｍ～２０．００μｍであればよい。以下に説明する密度、平均粒子間距離、導電粒子３間の距離は、円相当径が５５ｎｍ～２０．００μｍである導電粒子の密度、平均粒子間距離、導電粒子３間の距離である。以下に説明する複合粒子５の密度、複合粒子５の平均粒子間距離、複合粒子５間の距離は、円相当径が５５ｎｍ～２０．００μｍである複合粒子５の密度、平均粒子間距離、導電粒子３間の距離である。
【0048】
複合粒子５の平均円相当径（平均粒径）は、１μｍ～２０μｍであることが好ましい。複合粒子５の平均円相当径が、１μｍ～２０μｍであることで、環境温度が数十℃～５００℃において、より効率よく熱エネルギーを吸収することができる。
【0049】
複合粒子５の円相当径の標準誤差は、０．０５μｍ～０．２０μｍであることが好ましい。複合粒子５の標準誤差が、０．０５μｍ～０．２０μｍであることで、環境温度が数十℃～５００℃において、より効率よく熱エネルギーを吸収することができる。
【0050】
第２実施形態において、平面視で複合粒子５の密度が０．００２５個／μｍ２以上である。複合粒子５が互いに離れた状態であれば、複合粒子５の中心には導電粒子３があるので、複合粒子５の密度と導電粒子３の密度とは等しい。複合粒子５の密度が０．００２５個／μｍ２以上となることで、熱エネルギーの吸収量を向上することができる。より好ましい複合粒子５の密度は０．００９０個／μｍ２以上である。さらに好ましい複合粒子５の密度は１．００００個／μｍ２以上である。複合粒子５の密度は高いほどよいので、複合粒子５の密度の上限は特に限定されない。複合粒子５の密度の上限は、例えば、１００．００００個／μｍ２以下である。
【0051】
平面視で複合粒子５の平均粒子間距離が９．００μｍ以下であることが好ましい。複合粒子５の平均粒子間距離が９．００μｍ以下となることで、電磁波吸収構造体１０Ｂの熱エネルギーの吸収量を向上することができる。より好ましい複合粒子５の平均粒子間距離は、５．００μｍ以下である。さらに好ましい複合粒子５の平均粒子間距離は、１．００μｍ以下である。導電粒子３の平均粒子間距離は１０ｎｍ以上であってもよい。なお、複合粒子５の平均粒子間距離は、複合粒子５の重心間距離の平均値である。導電粒子３の重心と複合粒子５の重心とは、略等しいので、複合粒子５の平均粒子間距離は、導電粒子３の平均粒子間距離と略等しい。
【0052】
平面視で複合粒子５間の距離が１ｎｍ以上であることが好ましい。複合粒子５間の距離が１ｎｍ以上であることで、電磁波吸収構造体１０の熱エネルギーの吸収量を向上することができる。複合粒子５間の距離は１０ｎｍ以上であってもよい。なお、複合粒子５間の距離は、隣り合う粒子間の最短距離である。
【0053】
（導電粒子３）
導電粒子３の円相当径が５０ｎｍ～２０．００μｍである。導電粒子３の円相当径が５０ｎｍ～２０．００μｍであることで、環境温度が数十℃～５００℃において、効率よく熱エネルギーを吸収する電磁波吸収構造体１０Ｂを形成しやすい。導電粒子３の円相当径の範囲は、吸収する熱エネルギーの波長範囲に応じて適宜設定することができる。電磁波吸収構造体１０Ｂには、円相当径が５０ｎｍ～２０．００μｍの範囲外の導電粒子が含まれていてもよい。その場合は、導電粒子３の全個数に対して９０％以上の粒子の円相当径が５０ｎｍ～２０．００μｍであればよい。以下に説明する密度、平均粒子間距離、導電粒子３間の距離は、円相当径が５０ｎｍ～２０．００μｍである導電粒子の密度、平均粒子間距離、導電粒子３間の距離である。
導電粒子３の円相当径が５０ｎｍ～２０．００μｍである。導電粒子３の円相当径が５０ｎｍ～２０．００μｍであることで、環境温度が数十℃～５００℃において、効率よく熱エネルギーを吸収する電磁波吸収構造体１０Ｂを形成しやすい。導電粒子３の円相当径の範囲は、吸収する熱エネルギーの波長範囲に応じて適宜設定することができる。電磁波吸収構造体１０Ｂには、円相当径が５０ｎｍ～２０．００μｍの範囲外の導電粒子が含まれていてもよい。その場合は、導電粒子３の全個数に対して９０％以上の粒子の円相当径が５０ｎｍ～２０．００μｍであればよい。以下に説明する密度、平均粒子間距離、導電粒子３間の距離は、円相当径が５０ｎｍ～２０．００μｍである導電粒子の密度、平均粒子間距離、導電粒子３間の距離である。
【0054】
導電粒子３の平均円相当径（平均粒径）は、１μｍ～２０μｍであることが好ましい。導電粒子３の平均円相当径が、１μｍ～２０μｍであることで、環境温度が数十℃～５００℃において、より効率よく熱エネルギーを吸収することができる。
【0055】
導電粒子３の円相当径の標準誤差は、０．０５μｍ～０．２０μｍであることが好ましい。導電粒子３の標準誤差が、０．０５μｍ～０．２０μｍであることで、環境温度が数十℃～５００℃において、より効率よく熱エネルギーを吸収することができる。
【0056】
第２実施形態において、平面視で導電粒子３の密度が０．００２５個／μｍ２以上である。導電粒子３の密度が０．００２５個／μｍ２以上となることで、熱エネルギーの吸収量を向上することができる。より好ましい導電粒子３の密度は０．００９０個／μｍ２以上である。さらに好ましい導電粒子３の密度は１．００００個／μｍ２以上である。導電粒子３の密度は高いほどよいので、導電粒子３の密度の上限は特に限定されない。導電粒子３の密度の上限は、例えば、１００．００００個／μｍ２以下である。
【0057】
平面視で導電粒子３の平均粒子間距離が９．００μｍ以下であることが好ましい。平均粒子間距離が９．００μｍ以下となることで、電磁波吸収構造体１０Ｂの熱エネルギーの吸収量を向上することができる。より好ましい導電粒子３の平均粒子間距離は、５．００μｍ以下である。さらに好ましい導電粒子３の平均粒子間距離は、１．００μｍ以下である。導電粒子３の平均粒子間距離は１０ｎｍ以上であってもよい。
【0058】
平面視で導電粒子３間の距離が１ｎｍ以上であることが好ましい。導電粒子３間の距離が１ｎｍ以上であることで、電磁波吸収構造体１０Ｂの熱エネルギーの吸収量を向上することができる。導電粒子３間の距離は１０ｎｍ以上であってもよい。
【0059】
導電粒子３の材質は、導電性を有していればよく、特に限定されない。導電粒子３は、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｉｎ、およびＢａからなる群から選択される元素を少なくとも１種以上含有することが好ましい。導電粒子３の材質は、前記記載の元素を少なくとも１種以上含有する酸化物および／または窒化物、あるいはそれらの複合体であってもよい。なお、発熱特性が高い導電粒子３の材質としては、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＺｒＮ、ＴｉＺｒ等が好ましい。
【0060】
平面視（ＸＹ平面）での導電粒子３の形状は、特に限定されない。平面視での導電粒子３の形状は、円状、多角形状であってもよい。また、導電粒子３の形状は、異径形状でも良いし、等方的な形であってもよい。
【0061】
複合粒子５の円相当径、密度、粒子間距離は、例えば以下の方法で評価することができる。また、複合粒子５の円相当径、密度、粒子間距離から、導電粒子３の円相当径、密度、粒子間距離は以下の方法で評価することができる。電磁波吸収構造体１０Ｂの表面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察する。観察して得られたＳＥＭ像（５００μｍ×５００μｍ）を、画像解析ソフト（例えば、ＩｍａｇｅＪ）を用い、複合粒子５の円相当径、密度、粒子間距離を求めることができる。例えば、円相当径は、ＩｍａｇｅＪで求めることができる。密度は、ＩｍａｇｅＪで求めることができる。平均粒子間距離ＩｍａｇｅＪで求めることができる。複合粒子５間の距離はＩｍａｇｅＪで求めることができる。次に、例えば、集束イオンビーム（ＦＩＢ）を用い、複合粒子５の断面資料を作成し、ＳＥＭで観察を行う。得られた断面観察像から、１０～１００個の複合粒子５の誘電体層（被覆層）の厚さを測定し、平均値を計算する。得られた平均値の厚さの誘電体層４で導電粒子３が覆われていると仮定して、導電粒子３の円相当径などを再計算する。具体的には、複合粒子５の円相当径から誘電体層４の厚さの２倍の値を引いた値を導電粒子３の円相当径とする。複合粒子５の密度を導電粒子３の密度とする。複合粒子５の平均粒子間距離の値を導電粒子３の平均粒子間距離とする。複合粒子５間の距離に誘電体層４の厚さの２倍の値を加えた値を導電粒子３間の距離とする。
【0062】
（誘電体層４）
誘電体層（被覆層）４は、導電粒子３の表面上に配置され、導電粒子３を被覆する。誘電体層（被覆層）４の材質は、絶縁性を有していればよく、特に限定されない。誘電体層２の材質としては、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ２、ＭｏＯ３、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＷＯ３、ＴｉＯ２、ＢａＴｉＯ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＳｉＣ，ロッシェル塩などの金属含有化合物、ポリエチレンやポリプロピレン、シクロオレフィンポリマーやノルボルネン系樹脂などのオレフィン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレンやポリジフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、ポリスチレンやＡＳ樹脂などのスチレン系樹脂、酢酸セルロースなどのセルロース系樹脂、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ナイロン、尿素樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレンオキサイドなどの有機化合物などを適時選択して用いることができる。
誘電体層（被覆層）４は、導電粒子３の表面上に配置され、導電粒子３を被覆する。誘電体層（被覆層）４の材質は、絶縁性を有していればよく、特に限定されない。誘電体層２の材質としては、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ２、ＭｏＯ３、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＷＯ３、ＴｉＯ２、ＢａＴｉＯ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＳｉＣ，ロッシェル塩などの金属含有化合物、ポリエチレンやポリプロピレン、シクロオレフィンポリマーやノルボルネン系樹脂などのオレフィン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレンやポリジフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、ポリスチレンやＡＳ樹脂などのスチレン系樹脂、酢酸セルロースなどのセルロース系樹脂、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ナイロン、尿素樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレンオキサイドなどの有機化合物などを適時選択して用いることができる。
【0063】
誘電体層４の誘電率としては、例えば、１～５０Ｆ／ｍであることが好ましい。誘電率が１～５０Ｆ／ｍであることで、各導電粒子３の分極率が向上する。
【0064】
第２実施形態では、誘電体層４は、導電粒子３を覆っている。誘電体層４は導電粒子３の全面を覆っていてもよいし、導電基材１と導電粒子３との間のみを覆うように部分的に導電粒子３を覆っていてもよい。導電粒子３全体を覆うことで、導電粒子３の酸化を防止することができるので、導電粒子３全体を覆うことが好ましい。このようにすることで、電磁波吸収構造体１０Ｂの安定性を向上することができる。
【0065】
誘電体層４の厚さは、特に限定されない。誘電体層４の厚さが５ｎｍ～２００ｎｍであることが好ましい。誘電体層４の厚さが５ｎｍ～２００ｎｍであることで、環境温度が数十℃～５００℃において、効率よく熱エネルギーを吸収する電磁波吸収構造体１０Ｂを形成しやすい。また、吸収する熱エネルギーの波長範囲に応じて適宜設定することができる。
【0066】
電磁波吸収構造体１０Ｂの製造方法は、特に限定されない。例えば、複合粒子５を溶媒に分散させて導電基材１上に塗布し、乾燥することで電磁波吸収構造体１０Ｂを得てもよい。複合粒子５は、ゾルゲル法を用いて作製することができる。例えば、銀ナノ粒子の場合、銀ナノ粒子水分散液にテトラエトキシシランを添加し、１分～６０分間攪拌することで、ＳｉＯ２の被覆層を形成することができる。攪拌時間によって誘電体層４の厚さを制御することができる。
【0067】
（熱電変換素子１００Ｂ）
次に、電磁波吸収構造体１０Ｂを備える熱電変換素子１００Ｂについて説明する。図４は、第２実施形態に係る熱電変換素子を示す概略斜視図である。熱電変換素子１００Ｂは、電磁波吸収構造体１０Ｂを備える熱電変換素子であって、電磁波吸収構造体１０Ｂの導電基材１である電極４１と、電極４１と電気的に接続される熱電材料２０と、を備える。第２実施形態では、熱電変換素子１００Ｂは、電磁波吸収構造体１０Ｂ、第２電極４２、および熱電材料２０を備える。熱電変換素子１００Ｂは、電磁波吸収構造体１０Ｂが周囲の熱エネルギーを集約することで、温度勾配を形成できる。そのため、熱電変換素子１００Ｂは均一な温度環境でも発電することができる。以下の説明では、熱電変換素子１００、電磁波吸収構造体１０、電磁波吸収構造体１０Ｂと同じ要素については、説明を省略する場合がある。以下、各部について説明する。
次に、電磁波吸収構造体１０Ｂを備える熱電変換素子１００Ｂについて説明する。図４は、第２実施形態に係る熱電変換素子を示す概略斜視図である。熱電変換素子１００Ｂは、電磁波吸収構造体１０Ｂを備える熱電変換素子であって、電磁波吸収構造体１０Ｂの導電基材１である電極４１と、電極４１と電気的に接続される熱電材料２０と、を備える。第２実施形態では、熱電変換素子１００Ｂは、電磁波吸収構造体１０Ｂ、第２電極４２、および熱電材料２０を備える。熱電変換素子１００Ｂは、電磁波吸収構造体１０Ｂが周囲の熱エネルギーを集約することで、温度勾配を形成できる。そのため、熱電変換素子１００Ｂは均一な温度環境でも発電することができる。以下の説明では、熱電変換素子１００、電磁波吸収構造体１０、電磁波吸収構造体１０Ｂと同じ要素については、説明を省略する場合がある。以下、各部について説明する。
【0068】
（電磁波吸収構造体１０Ｂ）
電磁波吸収構造体１０Ｂは導電基材１、導電基材１上に配置される複数の複合粒子５と、を備える。導電基材１が熱電変換素子１００Ｂの第１電極４１となる。
電磁波吸収構造体１０Ｂは導電基材１、導電基材１上に配置される複数の複合粒子５と、を備える。導電基材１が熱電変換素子１００Ｂの第１電極４１となる。
【0069】
（第１電極４１）
第１電極４１は、熱電材料２０の一端と電気的に接続される。第１電極４１と熱電材料２０との接続は、電気的に接続でき、かつ、熱を熱電材料２０に伝えることができれば、特に限定されない。例えば、超音波接合などを用いて第１電極４１と熱電材料２０とを直接接続してもよいし、ハンダなどを用いて第１電極４１と熱電材料２０とを接続してもよい。熱電材料２０と接触する面を第１面４１ａとし、その反対の面を第２面４１ｂとしたとき、第２面４１ｂに、複合粒子５が伝熱可能に配置されている。第１電極４１は、電極の一例である。熱電変換素子１００Ｂの第１電極４１は、電磁波吸収構造体１０Ｂの一部を構成する。第１電極４１は、導電性を有していれば、特に限定されない。第１電極４１としては、導電性金属からなる基材、導電性金属で被覆した絶縁性セラミックス基材等などが挙げられる。
第１電極４１は、熱電材料２０の一端と電気的に接続される。第１電極４１と熱電材料２０との接続は、電気的に接続でき、かつ、熱を熱電材料２０に伝えることができれば、特に限定されない。例えば、超音波接合などを用いて第１電極４１と熱電材料２０とを直接接続してもよいし、ハンダなどを用いて第１電極４１と熱電材料２０とを接続してもよい。熱電材料２０と接触する面を第１面４１ａとし、その反対の面を第２面４１ｂとしたとき、第２面４１ｂに、複合粒子５が伝熱可能に配置されている。第１電極４１は、電極の一例である。熱電変換素子１００Ｂの第１電極４１は、電磁波吸収構造体１０Ｂの一部を構成する。第１電極４１は、導電性を有していれば、特に限定されない。第１電極４１としては、導電性金属からなる基材、導電性金属で被覆した絶縁性セラミックス基材等などが挙げられる。
【0070】
（第２電極４２）
第２電極４２は、熱電材料２０と電気的に接続される。第２電極４２と熱電材料２０との接続は、電気的に接続でき、かつ、熱を熱電材料２０に伝えることができれば、特に限定されない。例えば、超音波接合などを用いて第２電極４２と熱電材料２０とを直接接続してもよいし、ハンダなどを用いて第２電極４２と熱電材料２０とを接続してもよい。第２電極４２は、導電性を有していれば、特に限定されない。第２電極４２としては、導電性金属からなる基材、導電性金属で被覆した絶縁性セラミックス基材等などが挙げられる。
第２電極４２は、熱電材料２０と電気的に接続される。第２電極４２と熱電材料２０との接続は、電気的に接続でき、かつ、熱を熱電材料２０に伝えることができれば、特に限定されない。例えば、超音波接合などを用いて第２電極４２と熱電材料２０とを直接接続してもよいし、ハンダなどを用いて第２電極４２と熱電材料２０とを接続してもよい。第２電極４２は、導電性を有していれば、特に限定されない。第２電極４２としては、導電性金属からなる基材、導電性金属で被覆した絶縁性セラミックス基材等などが挙げられる。
【0071】
（熱電材料２０）
熱電材料２０は一方の端が第１電極４１と接続され、他方の端が第２電極４２と接続される。熱電材料２０は、ｐ型熱電材料またはｎ型熱電材料である。特に限定されず、公知の熱電変換素子に用いられる公知の材料を用いることができる。例えば、熱電材料２０としては、ＢｉＴｅ系材料、ＢｉＳｂ系材料、ＢｉＳｂＴｅ系材料などが挙げられる。
熱電材料２０は一方の端が第１電極４１と接続され、他方の端が第２電極４２と接続される。熱電材料２０は、ｐ型熱電材料またはｎ型熱電材料である。特に限定されず、公知の熱電変換素子に用いられる公知の材料を用いることができる。例えば、熱電材料２０としては、ＢｉＴｅ系材料、ＢｉＳｂ系材料、ＢｉＳｂＴｅ系材料などが挙げられる。
【0072】
以上、第２実施形態に係る電磁波吸収構造体１０Ｂおよび熱電変換素子１００Ｂについて説明した。第２実施形態に係る電磁波吸収構造体１０Ｂによれば、より幅広い波長域の熱エネルギーを吸収可能であり、かつ、均一な温度環境下でも熱電変換素子上に温度差を生じさせることが可能である。電磁波吸収構造体１０Ｂを備える熱電変換素子１００Ｂによれば、より幅広い波長域の熱エネルギーを吸収可能であり、かつ、均一な温度環境下でも発電することが可能である。
【0073】
（第３実施形態）
図５は、第３実施形態に係る熱電変換素子を示す概略斜視図である。図６は、図５に示す熱電変換素子のＡ－Ａ線に沿う端面図である。熱電変換素子１００Ｃは、電磁波吸収構造体１０Ｃを備える熱電変換素子であって、電磁波吸収構造体１０Ｃの導電基材１Ｃである電極４１Ｃと、電極４１Ｃと電気的に接続される熱電材料（ｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２）と、を備える。第３実施形態では、熱電変換素子１００Ｃは、電磁波吸収構造体１０Ｃ、第２電極４２Ｃ、ｐ型熱電材料２１、ｎ型熱電材料２２、および絶縁基板５２を備える。ｐ型熱電材料２１とｎ型熱電材料２２とは第１電極４１Ｃおよび第２電極４２Ｃを介し、電気的に直列に交互に接続されている。熱電変換素子１００Ｃは、電磁波吸収構造体１０Ｃが周囲の熱エネルギーを集約することで、温度勾配を形成できる。そのため、熱電変換素子１００Ｃは均一な温度環境でも発電することができる。以下の説明では、熱電変換素子１００、熱電変換素子１００Ｂ、電磁波吸収構造体１０、電磁波吸収構造体１０Ｂと同じ要素については、説明を省略する場合がある。以下、各部について説明する。
図５は、第３実施形態に係る熱電変換素子を示す概略斜視図である。図６は、図５に示す熱電変換素子のＡ－Ａ線に沿う端面図である。熱電変換素子１００Ｃは、電磁波吸収構造体１０Ｃを備える熱電変換素子であって、電磁波吸収構造体１０Ｃの導電基材１Ｃである電極４１Ｃと、電極４１Ｃと電気的に接続される熱電材料（ｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２）と、を備える。第３実施形態では、熱電変換素子１００Ｃは、電磁波吸収構造体１０Ｃ、第２電極４２Ｃ、ｐ型熱電材料２１、ｎ型熱電材料２２、および絶縁基板５２を備える。ｐ型熱電材料２１とｎ型熱電材料２２とは第１電極４１Ｃおよび第２電極４２Ｃを介し、電気的に直列に交互に接続されている。熱電変換素子１００Ｃは、電磁波吸収構造体１０Ｃが周囲の熱エネルギーを集約することで、温度勾配を形成できる。そのため、熱電変換素子１００Ｃは均一な温度環境でも発電することができる。以下の説明では、熱電変換素子１００、熱電変換素子１００Ｂ、電磁波吸収構造体１０、電磁波吸収構造体１０Ｂと同じ要素については、説明を省略する場合がある。以下、各部について説明する。
【0074】
（絶縁基板５２）
絶縁基板５２は、第２電極４２Ｃを固定する機能を備える。絶縁基板５２の材質は、使用する温度（例えば、２００℃）以上の融点を持ち、第２電極４２Ｃとの間で絶縁する材料であれば、特に限定されない。絶縁基板５２の材質としては、例えばアルミナである。
絶縁基板５２は、第２電極４２Ｃを固定する機能を備える。絶縁基板５２の材質は、使用する温度（例えば、２００℃）以上の融点を持ち、第２電極４２Ｃとの間で絶縁する材料であれば、特に限定されない。絶縁基板５２の材質としては、例えばアルミナである。
【0075】
（電磁波吸収構造体１０Ｃ）
電磁波吸収構造体１０Ｃは、導電基材１Ｃと、導電基材１Ｃ上に配置される誘電体層２と、誘電体層２上に配置される複数の導電粒子３と、を備える。導電基材１Ｃは第１電極４１Ｃである。
電磁波吸収構造体１０Ｃは、導電基材１Ｃと、導電基材１Ｃ上に配置される誘電体層２と、誘電体層２上に配置される複数の導電粒子３と、を備える。導電基材１Ｃは第１電極４１Ｃである。
【0076】
（第１電極４１Ｃ）
第１電極４１Ｃは、ｐ型熱電材料２１の一端と電気的に接続され、ｎ型熱電材料２２の一端と電気的に接続される。第１電極４１Ｃとｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２との接続は、電気的に接続でき、かつ、熱をｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２に伝えることができれば、特に限定されない。例えば、超音波接合などを用いて第１電極４１Ｃとｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２とを直接接続してもよいし、ハンダなどを用いて第１電極４１Ｃとｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２とを接続してもよい。ｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２と接触する面を第１面４１Ｃａとし、その反対の面を第２面４１Ｃｂとする。第１電極４１Ｃは、電極の一例である。第１電極４１Ｃは、導電性を有していれば、特に限定されない。第１電極４１Ｃとしては、導電性金属からなる基材、導電性金属で被覆した絶縁性セラミックス基材等などが挙げられる。
第１電極４１Ｃは、ｐ型熱電材料２１の一端と電気的に接続され、ｎ型熱電材料２２の一端と電気的に接続される。第１電極４１Ｃとｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２との接続は、電気的に接続でき、かつ、熱をｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２に伝えることができれば、特に限定されない。例えば、超音波接合などを用いて第１電極４１Ｃとｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２とを直接接続してもよいし、ハンダなどを用いて第１電極４１Ｃとｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２とを接続してもよい。ｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２と接触する面を第１面４１Ｃａとし、その反対の面を第２面４１Ｃｂとする。第１電極４１Ｃは、電極の一例である。第１電極４１Ｃは、導電性を有していれば、特に限定されない。第１電極４１Ｃとしては、導電性金属からなる基材、導電性金属で被覆した絶縁性セラミックス基材等などが挙げられる。
【0077】
第１電極４１Ｃの幅、厚さ等は、ｐ型熱電材料２１、ｎ型熱電材料２２の大きさ、電気抵抗率等に合わせて適宜設定することができる。また、第１電極４１Ｃから効率よく放熱するためには、熱伝導率が高い材質を選択し、第１電極４１Ｃを薄くすることが好ましい。第１電極４１Ｃの厚さは例えば、０．１μｍ～２ｍｍである。
【0078】
（第２電極４２Ｃ）
第２電極４２Ｃは、絶縁基板５２の表面５２ａ上に固定される。第２電極４２Ｃは、ｐ型熱電材料２１の一端と電気的に接続され、ｎ型熱電材料２２の一端と電気的に接続される。第２電極４２Ｃとｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２との接続は、電気的に接続でき、かつ、熱をｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２に伝えることができれば、特に限定されない。例えば、超音波接合などを用いて第２電極４２Ｃとｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２とを直接接続してもよいし、ハンダなどを用いて第２電極４２Ｃとｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２とを接続してもよい。第２電極４２Ｃは、導電性を有していれば、特に限定されない。第２電極４２Ｃとしては、導電性金属からなる基材、導電性金属で被覆した絶縁性セラミックス基材等などが挙げられる。
第２電極４２Ｃは、絶縁基板５２の表面５２ａ上に固定される。第２電極４２Ｃは、ｐ型熱電材料２１の一端と電気的に接続され、ｎ型熱電材料２２の一端と電気的に接続される。第２電極４２Ｃとｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２との接続は、電気的に接続でき、かつ、熱をｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２に伝えることができれば、特に限定されない。例えば、超音波接合などを用いて第２電極４２Ｃとｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２とを直接接続してもよいし、ハンダなどを用いて第２電極４２Ｃとｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２とを接続してもよい。第２電極４２Ｃは、導電性を有していれば、特に限定されない。第２電極４２Ｃとしては、導電性金属からなる基材、導電性金属で被覆した絶縁性セラミックス基材等などが挙げられる。
【0079】
第２電極４２Ｃの幅、厚さ等は、ｐ型熱電材料２１、ｎ型熱電材料２２の大きさ、電気抵抗率等に合わせて適宜設定することができる。また、第２電極４２Ｃから効率よく放熱するためには、熱伝導率が高い材質を選択し、第２電極４２Ｃを薄くすることが好ましい。第２電極４２Ｃの厚さは例えば、０．１μｍ～２ｍｍである。
【0080】
（ｐ型熱電材料２１）
ｐ型熱電材料２１は一方の端が第１電極４１Ｃと接続され、他方の端が第２電極４２Ｃと接続される。ｐ型熱電材料２１は、特に限定されず、公知の熱電変換素子に用いられる公知の材料を用いることができる。例えば、ｐ型熱電材料２１としては、ＢｉＴｅ系材料、ＢｉＳｂ系材料、ＢｉＳｂＴｅ系材料などが挙げられる。
ｐ型熱電材料２１は一方の端が第１電極４１Ｃと接続され、他方の端が第２電極４２Ｃと接続される。ｐ型熱電材料２１は、特に限定されず、公知の熱電変換素子に用いられる公知の材料を用いることができる。例えば、ｐ型熱電材料２１としては、ＢｉＴｅ系材料、ＢｉＳｂ系材料、ＢｉＳｂＴｅ系材料などが挙げられる。
【0081】
（ｎ型熱電材料２２）
ｎ型熱電材料２２は一方の端が第１電極４１Ｃと接続され、他方の端が第２電極４２Ｃと接続される。ｎ型熱電材料２２は、特に限定されず、公知の熱電変換素子に用いられる公知の材料を用いることができる。例えば、ｎ型熱電材料２２としては、ＢｉＴｅ系材料、ＢｉＳｂ系材料、ＢｉＳｂＴｅ系材料などが挙げられる。
ｎ型熱電材料２２は一方の端が第１電極４１Ｃと接続され、他方の端が第２電極４２Ｃと接続される。ｎ型熱電材料２２は、特に限定されず、公知の熱電変換素子に用いられる公知の材料を用いることができる。例えば、ｎ型熱電材料２２としては、ＢｉＴｅ系材料、ＢｉＳｂ系材料、ＢｉＳｂＴｅ系材料などが挙げられる。
【0082】
以上、第３実施形態に係る熱電変換素子１００Ｃおよび電磁波吸収構造体１０Ｃについて説明した。第３実施形態に係る電磁波吸収構造体１０Ｃによれば、より幅広い波長域の熱エネルギーを吸収可能であり、かつ、均一な温度環境下でも熱電変換素子上に温度差を生じさせることが可能である。電磁波吸収構造体１０Ｃを備える熱電変換素子１００Ｃによれば、より幅広い波長域の熱エネルギーを吸収可能であり、かつ、均一な温度環境下でも発電することが可能である。
【0083】
（第４実施形態）
図７は、第４実施形態に係る熱電変換素子を示す概略斜視図である。図８は、図７に示す熱電変換素子のＢ－Ｂ線に沿う端面図である。熱電変換素子１００Ｄは、電磁波吸収構造体１０Ｄを備える熱電変換素子であって、電磁波吸収構造体１０Ｄの導電基材１Ｄである電極４１Ｄと、電極４１Ｄと電気的に接続される熱電材料（ｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２）と、を備える。第４実施形態では、熱電変換素子１００Ｄは、電磁波吸収構造体１０Ｄ、第２電極４２Ｄ、ｐ型熱電材料２１、ｎ型熱電材料２２、および絶縁基板５２を備える。ｐ型熱電材料２１とｎ型熱電材料２２とは第１電極４１Ｄおよび第２電極４２Ｄを介し、電気的に直列に交互に接続されている。熱電変換素子１００Ｄは、電磁波吸収構造体１０Ｄが周囲の熱エネルギーを集約することで、温度勾配を形成できる。そのため、熱電変換素子１００Ｄは均一な温度環境でも発電することができる。以下の説明では、熱電変換素子１００、熱電変換素子１００Ｂ、熱電変換素子１００Ｃ、電磁波吸収構造体１０、電磁波吸収構造体１０Ｂと同じ要素については、説明を省略する場合がある。以下、各部について説明する。
図７は、第４実施形態に係る熱電変換素子を示す概略斜視図である。図８は、図７に示す熱電変換素子のＢ－Ｂ線に沿う端面図である。熱電変換素子１００Ｄは、電磁波吸収構造体１０Ｄを備える熱電変換素子であって、電磁波吸収構造体１０Ｄの導電基材１Ｄである電極４１Ｄと、電極４１Ｄと電気的に接続される熱電材料（ｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２）と、を備える。第４実施形態では、熱電変換素子１００Ｄは、電磁波吸収構造体１０Ｄ、第２電極４２Ｄ、ｐ型熱電材料２１、ｎ型熱電材料２２、および絶縁基板５２を備える。ｐ型熱電材料２１とｎ型熱電材料２２とは第１電極４１Ｄおよび第２電極４２Ｄを介し、電気的に直列に交互に接続されている。熱電変換素子１００Ｄは、電磁波吸収構造体１０Ｄが周囲の熱エネルギーを集約することで、温度勾配を形成できる。そのため、熱電変換素子１００Ｄは均一な温度環境でも発電することができる。以下の説明では、熱電変換素子１００、熱電変換素子１００Ｂ、熱電変換素子１００Ｃ、電磁波吸収構造体１０、電磁波吸収構造体１０Ｂと同じ要素については、説明を省略する場合がある。以下、各部について説明する。
【0084】
（電磁波吸収構造体１０Ｄ）
電磁波吸収構造体１０Ｄは、導電基材１Ｄと、導電基材１Ｄ上に配置される複数の複合粒子５と、を備える。導電基材１Ｄは第１電極４１Ｄとなる。複合粒子５は、導電粒子３と導電粒子３の表面に配置される誘電体層（被覆層）４とを備える。
電磁波吸収構造体１０Ｄは、導電基材１Ｄと、導電基材１Ｄ上に配置される複数の複合粒子５と、を備える。導電基材１Ｄは第１電極４１Ｄとなる。複合粒子５は、導電粒子３と導電粒子３の表面に配置される誘電体層（被覆層）４とを備える。
【0085】
（第１電極４１Ｄ）
第１電極４１Ｄは、ｐ型熱電材料２１の一端と電気的に接続され、ｎ型熱電材料２２の一端と電気的に接続される。第１電極４１Ｄとｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２との接続は、電気的に接続でき、かつ、熱をｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２に伝えることができれば、特に限定されない。例えば、超音波接合などを用いて第１電極４１Ｄとｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２とを直接接続してもよいし、ハンダなどを用いて第１電極４１Ｄとｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２とを接続してもよい。ｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２と接触する面を第１面４１Ｄａとし、その反対の面を第２面４１Ｄｂとする。第１電極４１Ｄは、電極の一例である。第１電極４１Ｄは、導電性を有していれば、特に限定されない。第１電極４１Ｄとしては、導電性金属からなる基材、導電性金属で被覆した絶縁性セラミックス基材等などが挙げられる。
第１電極４１Ｄは、ｐ型熱電材料２１の一端と電気的に接続され、ｎ型熱電材料２２の一端と電気的に接続される。第１電極４１Ｄとｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２との接続は、電気的に接続でき、かつ、熱をｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２に伝えることができれば、特に限定されない。例えば、超音波接合などを用いて第１電極４１Ｄとｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２とを直接接続してもよいし、ハンダなどを用いて第１電極４１Ｄとｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２とを接続してもよい。ｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２と接触する面を第１面４１Ｄａとし、その反対の面を第２面４１Ｄｂとする。第１電極４１Ｄは、電極の一例である。第１電極４１Ｄは、導電性を有していれば、特に限定されない。第１電極４１Ｄとしては、導電性金属からなる基材、導電性金属で被覆した絶縁性セラミックス基材等などが挙げられる。
【0086】
（第２電極４２Ｄ）
第２電極４２Ｄは、絶縁基板５２の表面５２ａ上に固定される。第２電極４２Ｄは、ｐ型熱電材料２１の一端と電気的に接続され、ｎ型熱電材料２２の一端と電気的に接続される。第２電極４２Ｄとｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２との接続は、電気的に接続でき、かつ、熱をｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２に伝えることができれば、特に限定されない。例えば、超音波接合などを用いて第２電極４２Ｄとｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２とを直接接続してもよいし、ハンダなどを用いて第２電極４２Ｄとｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２とを接続してもよい。第２電極４２Ｄは、導電性を有していれば、特に限定されない。第２電極４２Ｄとしては、導電性金属からなる基材、導電性金属で被覆した絶縁性セラミックス基材等などが挙げられる。
第２電極４２Ｄは、絶縁基板５２の表面５２ａ上に固定される。第２電極４２Ｄは、ｐ型熱電材料２１の一端と電気的に接続され、ｎ型熱電材料２２の一端と電気的に接続される。第２電極４２Ｄとｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２との接続は、電気的に接続でき、かつ、熱をｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２に伝えることができれば、特に限定されない。例えば、超音波接合などを用いて第２電極４２Ｄとｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２とを直接接続してもよいし、ハンダなどを用いて第２電極４２Ｄとｐ型熱電材料２１およびｎ型熱電材料２２とを接続してもよい。第２電極４２Ｄは、導電性を有していれば、特に限定されない。第２電極４２Ｄとしては、導電性金属からなる基材、導電性金属で被覆した絶縁性セラミックス基材等などが挙げられる。
【0087】
以上、第４実施形態に係る熱電変換素子１００Ｄおよび電磁波吸収構造体１０Ｄについて説明した。第４実施形態に係る電磁波吸収構造体１０Ｄによれば、より幅広い波長域の熱エネルギーを吸収可能であり、かつ、均一な温度環境下でも熱電変換素子上に温度差を生じさせることが可能である。電磁波吸収構造体１０Ｄを備える熱電変換素子１００Ｄによれば、より幅広い波長域の熱エネルギーを吸収可能であり、かつ、均一な温度環境下でも発電することが可能である。
【0088】
以上、本発明の実施形態に係る熱電変換素子および電磁波吸収構造体について詳説した。本発明は、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【0089】
上述の態様では、ゼーベック効果を利用した熱電変換素子で説明したが、本発明においては、例えば特開２００９－１３００７０号、同２００９－１５１０００号、同２０１１ー２４９７４６号、同２０１２－１０９３６７号、同２０１４－１５４８５０号、同２０１５ー２２２７８９号等に開示されているスピンゼーベック効果を利用した熱電変換素子と組み合わせることも可能である。
【実施例0090】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性および効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【0091】
（実施例１）
導電基材として、銅（Ｃｕ）基板を用いた。Ｃｕ基板上に誘電体層としてＣａＦ２（厚さ：６０ｎｍ）を形成した。その後、真空蒸着で銀（Ａｇ）層を１００ｎｍ積層した。得られた積層体を４００℃で１時間加熱して導電粒子を形成し、電磁波吸収構造体を得た。
導電基材として、銅（Ｃｕ）基板を用いた。Ｃｕ基板上に誘電体層としてＣａＦ２（厚さ：６０ｎｍ）を形成した。その後、真空蒸着で銀（Ａｇ）層を１００ｎｍ積層した。得られた積層体を４００℃で１時間加熱して導電粒子を形成し、電磁波吸収構造体を得た。
【0092】
（実施例２）
導電基材として、Ｃｕ基板を用いた。Ｃｕ基板上に誘電体層としてＣａＦ２（厚さ：６０ｎｍ）を形成した。その後、真空蒸着でＡｇ層を１５０ｎｍ積層した。得られた積層体を４００℃で１時間加熱して導電粒子を形成し、電磁波吸収構造体を得た。
導電基材として、Ｃｕ基板を用いた。Ｃｕ基板上に誘電体層としてＣａＦ２（厚さ：６０ｎｍ）を形成した。その後、真空蒸着でＡｇ層を１５０ｎｍ積層した。得られた積層体を４００℃で１時間加熱して導電粒子を形成し、電磁波吸収構造体を得た。
【0093】
（実施例３）
導電基材として、Ｃｕ基板を用いた。Ｃｕ基板上に誘電体層としてＣａＦ２（厚さ：６０ｎｍ）を形成した。その後、真空蒸着でＡｇ層を２００ｎｍ積層した。得られた積層体を４００℃で１時間加熱して導電粒子を形成し、電磁波吸収構造体を得た。
導電基材として、Ｃｕ基板を用いた。Ｃｕ基板上に誘電体層としてＣａＦ２（厚さ：６０ｎｍ）を形成した。その後、真空蒸着でＡｇ層を２００ｎｍ積層した。得られた積層体を４００℃で１時間加熱して導電粒子を形成し、電磁波吸収構造体を得た。
【0094】
（実施例４）
導電基材として、Ｃｕ基板を用いた。Ｃｕ基板上に誘電体層としてＣａＦ２（厚さ：６０ｎｍ）を形成した。その後、真空蒸着でＡｇ層を３００ｎｍ積層した。得られた積層体を４００℃で１時間加熱して導電粒子を形成し、電磁波吸収構造体を得た。
導電基材として、Ｃｕ基板を用いた。Ｃｕ基板上に誘電体層としてＣａＦ２（厚さ：６０ｎｍ）を形成した。その後、真空蒸着でＡｇ層を３００ｎｍ積層した。得られた積層体を４００℃で１時間加熱して導電粒子を形成し、電磁波吸収構造体を得た。
【0095】
（実施例５）
導電基材として、Ｃｕ基板を用いた。Ｃｕ基板上にＡｇ層（厚さ：１５０ｎｍ）、誘電体層ＣａＦ２層（厚さ：６０ｎｍ）、Ａｇ層（厚さ：１００ｎｍ）を積層し積層体を得た。Ａｇ層（厚さ：１００ｎｍ）とＣａＦ２層（厚さ：６０ｎｍ）の間には、パターニングした電子線レジスト層を介在させた。電子線レジスト層のリフトオフを行い、Ａｇ層（厚さ：１００ｎｍ）からなる導電粒子を形成した。これによって、電磁波吸収構造体を得た。得られた導電粒子の円相当径は、２μｍで、各導電粒子の間隔は３μｍとし、密度は０．１個／μｍ２とした。
導電基材として、Ｃｕ基板を用いた。Ｃｕ基板上にＡｇ層（厚さ：１５０ｎｍ）、誘電体層ＣａＦ２層（厚さ：６０ｎｍ）、Ａｇ層（厚さ：１００ｎｍ）を積層し積層体を得た。Ａｇ層（厚さ：１００ｎｍ）とＣａＦ２層（厚さ：６０ｎｍ）の間には、パターニングした電子線レジスト層を介在させた。電子線レジスト層のリフトオフを行い、Ａｇ層（厚さ：１００ｎｍ）からなる導電粒子を形成した。これによって、電磁波吸収構造体を得た。得られた導電粒子の円相当径は、２μｍで、各導電粒子の間隔は３μｍとし、密度は０．１個／μｍ２とした。
【0096】
（円相当径、平均円相当径、粒子間距離、密度）
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で実施例１～４の電磁波吸収構造体を観察した。図９のようなＳＥＭ観察で得られた観察像に対し、画像解析ソフト（ＩｍａｇｅＪ）を用いて、粒径（円相当径）、粒子間距離（重心間距離）、密度を求めた。得られた粒径（円相当径）、粒子間距離、密度から平均値を求めた。得られた結果を表１に示す。また、得られた各実施例の粒径分布を図１０～１３に示す。なお、実施例１～４については全て最短距離が１ｎｍ以上であった。
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で実施例１～４の電磁波吸収構造体を観察した。図９のようなＳＥＭ観察で得られた観察像に対し、画像解析ソフト（ＩｍａｇｅＪ）を用いて、粒径（円相当径）、粒子間距離（重心間距離）、密度を求めた。得られた粒径（円相当径）、粒子間距離、密度から平均値を求めた。得られた結果を表１に示す。また、得られた各実施例の粒径分布を図１０～１３に示す。なお、実施例１～４については全て最短距離が１ｎｍ以上であった。
【0097】
（赤外線吸収測定）
実施例１～４の電磁波吸収構造体が熱エネルギーを吸収できるか確認するために、赤外線吸収測定を行った。測定は、日本分光社製ＦＴ／ＩＲ－６３００を用い、反射法で測定を行った。得られた結果を図１４に示す。
実施例１～４の電磁波吸収構造体が熱エネルギーを吸収できるか確認するために、赤外線吸収測定を行った。測定は、日本分光社製ＦＴ／ＩＲ－６３００を用い、反射法で測定を行った。得られた結果を図１４に示す。
【0098】
（熱電評価）
実施例４および実施例５の熱電評価を行った。熱電材料は、ｐ型ビスマスアンチモンテルル素子を用い、熱電材料の一方の端に実施例４または実施例５のＣｕ基板を固定し、もう一方の端に導電粒子が無いＣｕ基板を固定し、熱電変換素子を作製した。熱電評価は、１００℃に設定した電気炉内の熱輻射環境における各熱電変換素子の熱電出力を測定した。具体的には、電気炉温度が熱安定状態に達した時の熱電素子両端で発生する出力電圧を測定した。比較例として、熱電材料の一方の端に導電粒子が無いＣｕ基板を固定し、もう一方の端に導電粒子が無いＣｕ基板を固定し、熱電変換素子を作製し、同様に熱電評価を行った。得られた結果を表２に示す。
実施例４および実施例５の熱電評価を行った。熱電材料は、ｐ型ビスマスアンチモンテルル素子を用い、熱電材料の一方の端に実施例４または実施例５のＣｕ基板を固定し、もう一方の端に導電粒子が無いＣｕ基板を固定し、熱電変換素子を作製した。熱電評価は、１００℃に設定した電気炉内の熱輻射環境における各熱電変換素子の熱電出力を測定した。具体的には、電気炉温度が熱安定状態に達した時の熱電素子両端で発生する出力電圧を測定した。比較例として、熱電材料の一方の端に導電粒子が無いＣｕ基板を固定し、もう一方の端に導電粒子が無いＣｕ基板を固定し、熱電変換素子を作製し、同様に熱電評価を行った。得られた結果を表２に示す。
【0099】
【表1】
【0100】
【表2】
【0101】
【0102】
【0103】
【0104】
【0105】
表１に示す通り、実施例１～４の電磁波吸収構造体は、導電粒子の粒径（円相当径）が５０ｎｍ～２０．００μｍを満足し、かつ、導電粒子の密度が０．００２５個／μｍ２以上であった。
【0106】
図１４に実施例１～４の赤外線吸収スペクトルを示す。図１４の横軸は、波長（μｍ）であり、縦軸は吸収率（％）である。図１４に示す通り、実施例１～４の電磁波吸収構造体は、いずれも波長２．５μｍ～２０μｍの波長の赤外線を吸収していることが分かった。また、図１４の結果から、電磁波吸収構造体が吸収する波長域は、導電粒子３の粒径に応じて変化することが確認できた。これによって、例えば、均一の温度環境下に電磁波吸収構造体を備える熱電変換素子を設置した場合に、電磁波吸収構造体がこれらの波長の赤外線を吸収し、温度勾配を形成することができる。
【0107】
表２に示す通り、導電体、絶縁体、導電体の順に配置され、かつ、導電粒子の円相当径が所定の範囲である実施例４および実施例５の熱電変換素子は、１００℃の均一温度環境下で出力電圧が測定されたのに対し、導電粒子が無く、導電体、絶縁体、導電体の構造がない比較例の熱電変換素子では、発電されなかった。以上より、均一の温度環境下に電磁波吸収構造体を備える熱電変換素子を設置した場合に、電磁波吸収構造体がこれらの波長の赤外線を吸収し発電できることが確認された。また、出力電圧は、密度が高い実施例５の方が高かったことから、密度が高いほうがより発電量が増えることが確認された。
【符号の説明】
【0108】
１ 導電基材、２ 誘電体層、３ 導電粒子、１０ 電磁波吸収構造体、１００ 熱電変換素子
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】