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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-21
(45)【発行日】2024-03-01
(54)【発明の名称】ＡｌＮウィスカーおよび樹脂成形体
(51)【国際特許分類】
C30B 29/38 20060101AFI20240222BHJP
C04B 35/581 20060101ALI20240222BHJP
C08K 3/28 20060101ALI20240222BHJP
C08K 7/04 20060101ALI20240222BHJP
C08L 101/02 20060101ALI20240222BHJP
【ＦＩ】
C30B29/38 C
C04B35/581
C08K3/28
C08K7/04
C08L101/02
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020064429
(22)【出願日】2020-03-31
(65)【公開番号】P2021160987
(43)【公開日】2021-10-11
【審査請求日】2023-02-06
(73)【特許権者】
【識別番号】504139662
【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構
(74)【代理人】
【識別番号】100105924
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 賢樹
(72)【発明者】
【氏名】竹内 幸久
(72)【発明者】
【氏名】宇治原 徹
(72)【発明者】
【氏名】中村 亮仁
【審査官】今井 淳一
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－１５４５３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１８９３１９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ３０Ｂ ２９／３８
Ｃ０４Ｂ ３５／５８１
Ｃ０８Ｋ ３／２８
Ｃ０８Ｋ ７／０４
Ｃ０８Ｌ １０１／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
繊維状のＡｌＮ単結晶と、前記ＡｌＮ単結晶を覆う酸素原子含有層と、を有し、
前記酸素原子含有層は、ＡｌＯＨ及びアモルファス形態のＡｌ２Ｏ３の少なくとも一方を含有し、
前記ＡｌＮ単結晶は、六角柱であり、
前記酸素原子含有層は、ＡｌＯＮを更に含有し、
前記酸素原子含有層は、前記ＡｌＮ単結晶側の第１層と、前記第１層よりも外側にある第２層とを有し、
前記ＡｌＯＨ及びアモルファス形態のＡｌ２Ｏ３は、前記第１層よりも前記第２層に多く含まれており、
前記ＡｌＯＮは、前記第２層よりも前記第１層に多く含まれていることを特徴とするＡｌＮウィスカー。
【請求項2】
前記第２層を覆い、前記第２層の表面のオキシ基またはヒドロキシ基と結合した表面処理層を更に有することを特徴とする請求項１に記載のＡｌＮウィスカー。
【請求項3】
繊維状のＡｌＮ単結晶と、
前記ＡｌＮ単結晶を覆う酸素原子含有層と、を有し、
前記酸素原子含有層は、ＡｌＯＨ及びアモルファス形態のＡｌ ２ Ｏ ３ の少なくとも一方を含有し、
前記ＡｌＮ単結晶は、円柱であり、
前記酸素原子含有層は、アモルファス形態のＡｌ２Ｏ３を含有することを特徴とするＡｌＮウィスカー。
【請求項4】
前記酸素原子含有層を覆い、前記酸素原子含有層の表面のオキシ基またはヒドロキシ基と結合した表面処理層を更に有することを特徴とする請求項３に記載のＡｌＮウィスカー。
【請求項5】
前記表面処理層は、前記オキシ基またはヒドロキシ基と結合したシラン化合物であることを特徴とする請求項２または４に記載のＡｌＮウィスカー。
【請求項6】
請求項５に記載のＡｌＮウィスカーと、前記ＡｌＮウィスカーが充填された樹脂材料と、を備え、
前記樹脂材料は、前記シラン化合物のアルキル基と結合する官能基を有することを特徴とする樹脂成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ＡｌＮウィスカーに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、様々な電子機器の高性能化に伴う発熱量の増大や、機器の小型化に伴う放熱部材の小型化により、十分な放熱性能が得にくくなっている。このような場合、発熱を抑えるために機器の性能が抑えられたり、過剰な発熱による機器へのダメージにより機器寿命が低下したりするといった問題があるため、放熱材料について様々な検討が進められている。
【0003】
例えば、放熱材料として、高い熱伝導性と高い絶縁性とを兼ね備えている窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のウィスカーが知られている。そして、このＡｌＮウィスカーを樹脂材料に混入することで、熱伝導性の低い樹脂材料のみでは得られない高い放熱性を有する複合材料が実現できる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１８－１５４５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、通常のＡｌＮウィスカーは樹脂材料との密着性が低い。そのため、ＡｌＮウィスカーを樹脂材料に混入して固化した場合に、樹脂材料とＡｌＮウィスカーとの間に空隙ができることがある。空隙すなわち空気は熱伝導性が高くないため、ＡｌＮウィスカーが混入された樹脂材料の熱伝導性には更なる改善の余地がある。
【0006】
本開示はこうした状況に鑑みてなされており、その例示的な目的の一つは、ＡｌＮウィスカーと樹脂材料との密着性を向上する新たな技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本開示のある態様のＡｌＮウィスカーは、繊維状のＡｌＮ単結晶と、ＡｌＮ単結晶を覆う酸素原子含有層と、を有する。酸素原子含有層は、ＡｌＯＨ及びアモルファス形態のＡｌ２Ｏ３の少なくとも一方を含有する。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、ＡｌＮウィスカーと樹脂材料との密着性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】図１（ａ）は、本実施の形態に係る六角柱タイプのＡｌＮウィスカーの走査電子顕微鏡による画像を示す図、図１（ｂ）は、本実施の形態に係る円柱タイプのＡｌＮウィスカーの走査電子顕微鏡による画像を示す図である。
【図2】本実施の形態に係るＡｌＮウィスカーの要部構造を模試的に示した部分断面図である。
【図3】本実施の形態のＡｌＮウィスカーを製造するための製造装置を示す概略構成図である。
【図4】ＸＰＳ法（ワイドスキャン）による結合エネルギースペクトルを示す図である。
【図6】ＥＥＬＳ法による六角柱タイプのＡｌＮウィスカーの分析箇所を示す透過型電子顕微鏡写真を示す図である。
【図8】ＥＥＬＳ法による円柱タイプのＡｌＮウィスカーの分析箇所を示す透過型電子顕微鏡写真を示す図である。
【図10】図１０（ａ）は、六角柱タイプのＡｌＮウィスカーのＥＤＳ法による表面近傍の元素マッピング画像を示す図、図１０（ｂ）は、円柱タイプのＡｌＮウィスカーのＥＤＳ法による表面近傍の元素マッピング画像を示す図である。
【図13】図１３（ａ）は、六角柱タイプのＡｌＮウィスカー表面をＸＰＳ法（ナローキャン）により分析した際の結合エネルギースペクトルを示す図、図１３（ｂ）は、円柱タイプのＡｌＮウィスカー表面をＸＰＳ法（ナロースキャン）により分析した際の結合エネルギースペクトルを示す図である。
【図14】図１４（ａ）は、六角柱タイプのＡｌＮウィスカーの断面を示す模式図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＡ－Ａ断面図、図１４（ｃ）は、六角柱タイプのＡｌＮウィスカーの断面を示す模式図、図１４（ｄ）は、図１４に示すＢ－Ｂ断面図である。
【図15】図１５（ａ）は、六角柱タイプのＡｌＮウィスカーと異種材料とを混合した場合の接合部を含む模式図、図１５（ｂ）は、円柱タイプのＡｌＮウィスカーと異種材料とを混合した場合の接合部を含む模式図である。
【図16】ＡｌＮウィスカーの表面処理における反応を模式的に示した図である。
【図17】本実施の形態に係る表面処理されたＡｌＮウィスカーとエポキシ樹脂との結合を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本開示のある態様のＡｌＮウィスカーは、繊維状のＡｌＮ単結晶と、ＡｌＮ単結晶を覆う酸素原子含有層と、を有する。酸素原子含有層は、ＡｌＯＨ及びアモルファス形態のＡｌ２Ｏ３の少なくとも一方を含有する。
【0011】
この態様によると、樹脂材料との密着性を向上できる。
【0012】
ＡｌＮ単結晶は、六角柱であり、酸素原子含有層は、ＡｌＯＮを更に含有してもよい。
【0013】
酸素原子含有層は、ＡｌＮ単結晶側の第１層と、第１層よりも外側にある第２層とを有してもよい。ＡｌＯＨ及びアモルファス形態のＡｌ２Ｏ３は、第１層よりも第２層に多く含まれており、ＡｌＯＮは、第２層よりも第１層に多く含まれていてもよい。
【0014】
第２層を覆い、第２層の表面のオキシ基またはヒドロキシ基と結合した表面処理層を更に有してもよい。
【0015】
ＡｌＮ単結晶は、円柱であり、酸素原子含有層は、アモルファス形態のＡｌ２Ｏ３を含有してもよい。
【0016】
酸素原子含有層を覆い、酸素原子含有層の表面のオキシ基またはヒドロキシ基と結合した表面処理層を更に有してもよい。
【0017】
表面処理層は、オキシ基またはヒドロキシ基と結合したシラン化合物であってもよい。
【0018】
本開示の他の態様は、樹脂成形体である。この樹脂成形体は、ＡｌＮウィスカーと、ＡｌＮウィスカーが充填された樹脂材料と、を備える。樹脂材料は、シラン化合物のアルキル基と結合する官能基を有している。
【0019】
この態様によると、樹脂材料とＡｌＮウィスカーとの密着性が向上し、樹脂材料とＡｌＮウィスカーとの間に空隙が生じにくくなるため、樹脂成形体としての熱伝導性が向上する。
【0020】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本開示の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。
【0021】
はじめに、本願技術に至った経緯について説明する。従来、ＡｌＮの表面に酸化物層があることはわかっていたが、その詳細な表面状態については不明であった。そのため、ＡｌＮと異種材料（樹脂や他のセラミック）との混合製品を作るとき、材料の組合せに適した表面処理ができず、組み合わせた材料同士の密着性が良い製品を作ることができなかった。
【0022】
そこで、最先端の様々な分析手法を駆使して検討した結果、ＡｌＮウィスカーの表面にＡｌＯＮ層、アモルファスＡｌ２Ｏ３層、ＡｌＯＨ層といった層が存在していることがわかった。これにより、ＡｌＮウィスカーの表面状態が明らかとなり、その表面状態に適した表面処理層や異種材料を選択することで材料同士の密着性が増し、様々な応用範囲を対象とした成形体の特性を向上できる。換言すると、組み合わせる異種材料に適した表面状態のＡｌＮウィスカーを意図的に製造することもできる。
【0023】
以下、図面等を参照しながら、本開示を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本開示の範囲を何ら限定するものではない。
【0024】
（ＡｌＮウィスカーの外観）
図１（ａ）は、本実施の形態に係る六角柱タイプのＡｌＮウィスカーの走査電子顕微鏡による画像を示す図、図１（ｂ）は、本実施の形態に係る円柱タイプのＡｌＮウィスカーの走査電子顕微鏡による画像を示す図である。図２は、本実施の形態に係るＡｌＮウィスカーの要部構造を模試的に示した部分断面図である。
図１（ａ）は、本実施の形態に係る六角柱タイプのＡｌＮウィスカーの走査電子顕微鏡による画像を示す図、図１（ｂ）は、本実施の形態に係る円柱タイプのＡｌＮウィスカーの走査電子顕微鏡による画像を示す図である。図２は、本実施の形態に係るＡｌＮウィスカーの要部構造を模試的に示した部分断面図である。
【0025】
図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、ＡｌＮウィスカーは繊維状の材料である。図２に示すように、ＡｌＮウィスカー１０は、繊維状のＡｌＮ単結晶１２と、ＡｌＮ単結晶１２を覆う酸素原子含有層１４と、を有する。酸素原子含有層１４は、Ａｌと酸素を含む化合物が含まれており、ＡｌＯＨ及びアモルファス形態のＡｌ２Ｏ３の少なくとも一方を含有する。ＡｌＮウィスカー１０の長さは、１μｍ以上５ｃｍ以下である。ＡｌＮウィスカー１０の直径は、０．１μｍ以上５０μｍ以下である。これらの数値範囲は目安であり、必ずしも上記の数値範囲に限るものではない。
【0026】
酸素原子含有層１４は、ＡｌＮ単結晶１２が少なくとも酸素原子を取り込むことにより生成された層である。酸素原子含有層１４はＡｌＮ単結晶１２の表面を筒状に覆っている。酸素原子含有層１４の形状は筒形状である。酸素原子含有層１４の膜厚は１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは２ｎｍ以上１０ｎｍ以下、より好ましくは２ｎｍ以上７ｎｍ未満である。上記の数値範囲は目安であり、必ずしも上記の数値範囲に限るものではない。
【0027】
酸素原子含有層１４は、ＡｌＮ単結晶１２の表面が大気中の酸素分子若しくは水分と反応したものである。つまり、酸素原子含有層１４は、製造過程においてＡｌＮ単結晶１２であったものである。ＡｌＮが酸素分子若しくは水分子と反応すると、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＯＮ及びＡｌＯＨのうちの少なくとも一つが発生する可能性がある。したがって、酸素原子含有層１４は、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＯＮ及びＡｌＯＨのうちの少なくとも一種類を含有する。また、これらの材料の複合材料である可能性がある。酸素原子含有層１４は絶縁性である。そして、酸素原子含有層１４の熱伝導率はＡｌＮ単結晶１２の熱伝導率よりも低い。
【0028】
（製造装置）
図３は、本実施の形態のＡｌＮウィスカー１０を製造するための製造装置１００を示す概略構成図である。製造装置１００は、炉本体１１０と、ヒーター１４０と、窒素ガス供給部１５０と、アルゴンガス供給部１６０と、を有する。炉本体１１０は、材料収容部１２０と、反応室１３０と、を内部に収容している。炉本体１１０の材質は、例えば、カーボンまたは石英である。
図３は、本実施の形態のＡｌＮウィスカー１０を製造するための製造装置１００を示す概略構成図である。製造装置１００は、炉本体１１０と、ヒーター１４０と、窒素ガス供給部１５０と、アルゴンガス供給部１６０と、を有する。炉本体１１０は、材料収容部１２０と、反応室１３０と、を内部に収容している。炉本体１１０の材質は、例えば、カーボンまたは石英である。
【0029】
材料収容部１２０は、Ａｌ材料を収容するとともにＡｌを気化させることによりＡｌガスを発生させるための第１室である。材料収容部１２０の材質は、例えば、カーボンまたは石英である。材料収容部１２０は、容器１２１と、１以上の連通部１２２と、ガス導入口１２３と、を有する。容器１２１は、Ａｌ材料を収容するためのものである。容器１２１の材質は、例えば、アルミナである。ガス導入口１２３は、アルゴンガス等の希ガスを材料収容部１２０に導入するための希ガス導入口である。
【0030】
連通部１２２は、材料収容部１２０と反応室１３０とを連通する。連通部１２２は、材料収容部１２０と反応室１３０との間に配置されている。連通部１２２は、材料収容部１２０側に開口している開口部１２２ａと、反応室１３０側に開口している開口部１２２ｂと、を有する。連通部１２２の開口部１２２ｂは、材料収容部１２０で発生させたＡｌガスを反応室１３０に供給するための第１の導入口である。
【0031】
反応室１３０は、Ａｌガスと窒素ガスとを反応させてＡｌＮウィスカー１０を成長させるための第２室である。反応室１３０は、Ａｌ２Ｏ３基板１３１と、ガス導入口１３２，１３３と、排気口１３４と、を有する。Ａｌ２Ｏ３基板１３１は、アルミナ基板である。ここでＡｌ２Ｏ３基板１３１は、絶縁性基材の一種である。反応室１３０の内部には、多数のＡｌ２Ｏ３基板１３１が並んで配列されている。Ａｌ２Ｏ３基板１３１は、その表面にＡｌＮウィスカー１０を成長させるためのものである。Ａｌ２Ｏ３基板１３１は、基板の板面が水平面に交差するように並んで配置されている。ガス導入口１３２は、窒素ガスを反応室１３０の内部に導入するための第２の導入口である。ガス導入口１３３は、アルゴンガスを反応室１３０の内部に導入するためのものである。排気口１３４は、反応室１３０の内部のガスを製造装置１００の外部に排出するためのものである。
【0032】
ヒーター１４０は、炉本体１１０の内部を加熱するためのものである。ヒーター１４０は、材料収容部１２０を加熱する第１の加熱部である。そのため、ヒーター１４０は、材料収容部１２０のＡｌ材料を加熱するとともに蒸発させる。また、ヒーター１４０は、反応室１３０をも加熱する。ヒーター１４０は、反応室１３０の内部の炉内温度を上昇させる。
【0033】
窒素ガス供給部１５０は、ガス導入口１３２から反応室１３０の内部に窒素ガスを供給するためのものである。アルゴンガス供給部１６０は、ガス導入口１３３から反応室１３０の内部にアルゴンガスを供給するためのものである。
【0034】
反応室１３０は、材料収容部１２０の上部に配置されている。つまり、材料収容部１２０は、反応室１３０からみて鉛直下方側の位置に配置されている。そのため、材料収容部１２０の内部で発生したＡｌガスは、材料収容部１２０から上部の反応室１３０に向かって流入しやすい。
【0035】
また、ヒーター１４０は、材料収容部１２０と反応室１３０とを同時に加熱するため、材料収容部１２０と反応室１３０とで温度差はほとんどない。ＡｌＮウィスカー１０を成長させる成長温度は、１５００℃以上１８００℃以下である。また、基板温度は、炉内の雰囲気温度とほぼ同じである。また、材料収容部１２０と反応室１３０との内圧は、ほぼ大気圧である。ただし、材料収容部１２０の内圧は、反応室１３０の内圧よりわずかに高いとよい。その場合、反応室１３０の窒素ガスが材料収容部１２０に入るおそれはほとんどない。つまり、溶融状態のＡｌ材料の表面が窒化されることはほとんどない。
【0036】
（ＡｌＮウィスカーの製造方法）
［材料準備工程］
まず、製造装置１００の容器１２１の内部にＡｌ材料を収容する。このＡｌ材料は、工業的に製錬されたアルミニウムである。この段階ではＡｌ材料は固体の金属である。
［材料準備工程］
まず、製造装置１００の容器１２１の内部にＡｌ材料を収容する。このＡｌ材料は、工業的に製錬されたアルミニウムである。この段階ではＡｌ材料は固体の金属である。
【0037】
［気化工程（Ａｌガス発生工程）］
次に、材料収容部１２０の内部でＡｌ材料を加熱してＡｌガスを発生させる。そのために、ヒーター１４０により炉本体１１０を加熱する。これにより、材料収容部１２０および反応室１３０の内部の温度が上昇する。この材料収容部１２０を加熱する際に、アルゴンガス供給部１６０が材料収容部１２０の内部にアルゴンガスを供給する。そして、Ａｌの融点に達したときにＡｌが溶融し始める。その後、Ａｌの沸点には達しないもののＡｌの一部が蒸発し始める。つまり、Ａｌ材料を気化させてＡｌガスとする。これにより、材料収容部１２０の内部にはアルゴンガスとＡｌガスとの混合ガスが充満する。
次に、材料収容部１２０の内部でＡｌ材料を加熱してＡｌガスを発生させる。そのために、ヒーター１４０により炉本体１１０を加熱する。これにより、材料収容部１２０および反応室１３０の内部の温度が上昇する。この材料収容部１２０を加熱する際に、アルゴンガス供給部１６０が材料収容部１２０の内部にアルゴンガスを供給する。そして、Ａｌの融点に達したときにＡｌが溶融し始める。その後、Ａｌの沸点には達しないもののＡｌの一部が蒸発し始める。つまり、Ａｌ材料を気化させてＡｌガスとする。これにより、材料収容部１２０の内部にはアルゴンガスとＡｌガスとの混合ガスが充満する。
【0038】
［ＡｌＮ単結晶形成工程（ガス供給工程）］
続いて、材料収容部１２０の内部に発生したアルゴンガスとＡｌガスとの混合ガスを、連通部１２２の開口部１２２ｂから反応室１３０の内部に流入させる。この際に、Ａｌガスとアルゴンガスとの混合ガスは、Ａｌ２Ｏ３基板１３１の板面にほぼ平行な向きに、反応室１３０の内部に供給される。一方、アルゴンガス供給部１６０は、ガス導入口１３３から反応室１３０の内部にアルゴンガスを供給する。ここで、Ａｌ２Ｏ３基板１３１の周囲をＡｒガスで満たした後にＡｌガスをＡｌ２Ｏ３基板に供給するとよい。また、窒素ガス供給部１５０は、ガス導入口１３２から反応室１３０の内部に窒素ガスを供給する。そして、反応室１３０の内部では、アルゴンガスとＡｌガスと窒素ガスとが混合する。そして、Ａｌ２Ｏ３基板１３１の表面では、Ａｌガスと窒素ガスとが反応して繊維状のＡｌＮ単結晶１２が成長する。
続いて、材料収容部１２０の内部に発生したアルゴンガスとＡｌガスとの混合ガスを、連通部１２２の開口部１２２ｂから反応室１３０の内部に流入させる。この際に、Ａｌガスとアルゴンガスとの混合ガスは、Ａｌ２Ｏ３基板１３１の板面にほぼ平行な向きに、反応室１３０の内部に供給される。一方、アルゴンガス供給部１６０は、ガス導入口１３３から反応室１３０の内部にアルゴンガスを供給する。ここで、Ａｌ２Ｏ３基板１３１の周囲をＡｒガスで満たした後にＡｌガスをＡｌ２Ｏ３基板に供給するとよい。また、窒素ガス供給部１５０は、ガス導入口１３２から反応室１３０の内部に窒素ガスを供給する。そして、反応室１３０の内部では、アルゴンガスとＡｌガスと窒素ガスとが混合する。そして、Ａｌ２Ｏ３基板１３１の表面では、Ａｌガスと窒素ガスとが反応して繊維状のＡｌＮ単結晶１２が成長する。
【0039】
ＡｌＮ単結晶１２の成長温度は、１５００℃以上１８００℃以下である。そのため、ＡｌＮ単結晶１２を成長させる際の反応室１３０の内部の雰囲気温度を１５００℃以上１８００℃以下とする。また、ＡｌＮ単結晶１２の製造時間は十分に長いため、基板温度は雰囲気温度とほとんど等しいと考えられる。つまり、Ａｌ２Ｏ３基板１３１の温度も１５００℃以上１８００℃以下である。反応室１３０の内圧はほぼ１気圧である。つまり、０．９ａｔｍ以上１．１ａｔｍ以下である。
【0040】
その後、製造装置１００の炉内温度を室温になるまで降下する。そして、ＡｌＮ単結晶１２を製造装置１００から取り出す。このＡｌＮ単結晶１２の取り出し時にＡｌＮ単結晶１２の表面が酸素分子若しくは水分子と反応して酸素原子含有層１４が形成されると考えられる。このように、製造装置１００から取り出したＡｌＮ単結晶１２の表面には薄い酸素原子含有層１４が形成されている。
【0041】
なお、ＡｌＮウィスカーができる、１４００℃以上の温度で、窒素ガスを流し、数時間焼成してもよい。その後、冷却時、特に、１２００℃以下の温度で、例えば、微量な酸素または微量な水蒸気を添加することにより、ＡｌＮウィスカーの表面が所望の状態となるようにＡｌＮウィスカーを製造できる。
【0042】
このように製造されたＡｌＮウィスカー１０について以下に示す分析を行った。
【0043】
（ＸＰＳ法によるウィスカー表面状態の分析）
Ｘ線光電子分光法（XPS：X-ray Photoelectron Spectroscopy)による分析を行った。図４は、ＸＰＳ法（ワイドスキャン）による結合エネルギースペクトルを示す図である。
図５（ａ）は、六角柱タイプのＡｌＮウィスカーの走査透過型電子顕微鏡像を示す図、
図５（ｂ）は、円柱タイプのＡｌＮウィスカーの走査透過型電子顕微鏡像を示す図である。なお、図５（ａ）、図５（ｂ）の像は、高角度環状暗視野走査透過型電子顕微鏡（HAADF-STEM:High Angle Annular Dark-Field Scanning Transmission Electron Microscopy）像である。
Ｘ線光電子分光法（XPS：X-ray Photoelectron Spectroscopy)による分析を行った。図４は、ＸＰＳ法（ワイドスキャン）による結合エネルギースペクトルを示す図である。
図５（ａ）は、六角柱タイプのＡｌＮウィスカーの走査透過型電子顕微鏡像を示す図、
図５（ｂ）は、円柱タイプのＡｌＮウィスカーの走査透過型電子顕微鏡像を示す図である。なお、図５（ａ）、図５（ｂ）の像は、高角度環状暗視野走査透過型電子顕微鏡（HAADF-STEM:High Angle Annular Dark-Field Scanning Transmission Electron Microscopy）像である。
【0044】
図４に示すように、六角柱タイプのＡｌＮウィスカー、円柱タイプのＡｌＮウィスカーのいずれの表面にも、Ａｌ，Ｎ，Ｏ，Ｃ原子が存在していることがわかる。また、表面での各元素の組成を表１に示す。なお、Ｃ原子は測定のためにＡｌＮウィスカー表面に堆積した導電性膜（図における「Ｃ ｄｅｐｏ」）に起因するものである。
【0045】
【表1】
【0046】
図４、表１に示すように、ＡｌＮ単結晶１２の表面は、酸素原子が存在する酸素原子含有層１４があることがわかる。
【0047】
（ＥＥＬＳ法による界面の評価）
次に、電子エネルギー損失分光法（EELS：Electron Energy Loss Spectroscopy）による分析を行った。図６は、ＥＥＬＳ法による六角柱タイプのＡｌＮウィスカーの分析箇所を示す透過型電子顕微鏡写真を示す図である。図７（ａ）は、図６に示すＡｌＮウィスカー表面のＥＥＬＳスペクトル（Ｎ－Ｋエッジ）、図７（ｂ）は、図６に示すＡｌＮウィスカー表面のＥＥＬＳスペクトル（Ｏ－Ｋエッジ）を示す図である。
次に、電子エネルギー損失分光法（EELS：Electron Energy Loss Spectroscopy）による分析を行った。図６は、ＥＥＬＳ法による六角柱タイプのＡｌＮウィスカーの分析箇所を示す透過型電子顕微鏡写真を示す図である。図７（ａ）は、図６に示すＡｌＮウィスカー表面のＥＥＬＳスペクトル（Ｎ－Ｋエッジ）、図７（ｂ）は、図６に示すＡｌＮウィスカー表面のＥＥＬＳスペクトル（Ｏ－Ｋエッジ）を示す図である。
【0048】
図７（ａ）に示すように、六角柱タイプのＡｌＮウィスカーでは、表面に近い場所（図６のラインＬ１～Ｌ２で示す場所）ではＡｌＯＮに起因するピークは見られないが、更に深い場所（ラインＬ３～Ｌ５で示す場所）ではＡｌＯＮに起因するピークがはっきり見られる。そして、更に深い場所（ラインＬ６～Ｌ８で示す場所）では、ＡｌＮ単結晶１２に起因するピークが見られる。
【0049】
一方、図７（ｂ）に示すように、表面に近い場所（ラインＬ１～Ｌ３に示す場所）では、アモルファス状態のＡｌ２Ｏ３（以下、適宜「ａ－Ａｌ２Ｏ３」と称する。）に起因するピークが見られる。このように、六角柱タイプのＡｌＮウィスカー１０の酸素原子含有層１４では、ａ－Ａｌ２Ｏ３に加えてＡｌＯＮを含有している。
【0050】
図８は、ＥＥＬＳ法による円柱タイプのＡｌＮウィスカーの分析箇所を示す透過型電子顕微鏡写真を示す図である。図９（ａ）は、図８に示すＡｌＮウィスカー表面のＥＥＬＳスペクトル（Ｎ－Ｋエッジ）、図９（ｂ）は、図８に示すＡｌＮウィスカー表面のＥＥＬＳスペクトル（Ｏ－Ｋエッジ）を示す図である。
【0051】
図９（ａ）に示すように、円柱タイプのＡｌＮウィスカーでは、表面に近い場所（図８のラインＬ１～Ｌ４で示す場所）ではＡｌＮ単結晶１２に起因するピークは見られないが、更に深い場所（ラインＬ６～Ｌ８で示す場所）では、ＡｌＮ単結晶１２に起因するピークが見られる。
【0052】
一方、図９（ｂ）に示すように、表面に近い場所（ラインＬ１～Ｌ５に示す場所）では、ａ－Ａｌ２Ｏ３に起因するピークが見られる。このように、円柱タイプのＡｌＮウィスカー１０の酸素原子含有層１４では、ａ－Ａｌ２Ｏ３を含有している。
【0053】
（ＥＤＳによる酸素原子含有層の膜厚評価）
次に、エネルギー分散型Ｘ線分光法（EDS：Energy Dispersive X-ray Spectroscopy）による分析を行った。図１０（ａ）は、六角柱タイプのＡｌＮウィスカーのＥＤＳ法による表面近傍の元素マッピング画像を示す図、図１０（ｂ）は、円柱タイプのＡｌＮウィスカーのＥＤＳ法による表面近傍の元素マッピング画像を示す図である。
次に、エネルギー分散型Ｘ線分光法（EDS：Energy Dispersive X-ray Spectroscopy）による分析を行った。図１０（ａ）は、六角柱タイプのＡｌＮウィスカーのＥＤＳ法による表面近傍の元素マッピング画像を示す図、図１０（ｂ）は、円柱タイプのＡｌＮウィスカーのＥＤＳ法による表面近傍の元素マッピング画像を示す図である。
【0054】
【0055】
（ウィスカー表面近傍のＨＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ像）
図１１は、六角柱タイプのＡｌＮウィスカーのＨＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ像である。図１２は、円柱タイプのＡｌＮウィスカーのＨＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ像である。図１１、図１２に示すように、ＡｌＮウィスカーの表面近傍の格子像が不明瞭であることから、酸素原子含有層１４は少なくともａ－Ａｌ２Ｏ３を含有すると推察される。また、円柱タイプのＡｌＮウィスカーは、図１２に示すように、ＡｌＮ／ａ－Ａｌ２Ｏ３の界面でのラフネスが大きい。
図１１は、六角柱タイプのＡｌＮウィスカーのＨＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ像である。図１２は、円柱タイプのＡｌＮウィスカーのＨＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ像である。図１１、図１２に示すように、ＡｌＮウィスカーの表面近傍の格子像が不明瞭であることから、酸素原子含有層１４は少なくともａ－Ａｌ２Ｏ３を含有すると推察される。また、円柱タイプのＡｌＮウィスカーは、図１２に示すように、ＡｌＮ／ａ－Ａｌ２Ｏ３の界面でのラフネスが大きい。
【0056】
次に、ウィスカー表面の酸素の化学状態の分析を行った。図１３（ａ）は、六角柱タイプのＡｌＮウィスカー表面をＸＰＳ法（ナローキャン）により分析した際の結合エネルギースペクトルを示す図、図１３（ｂ）は、円柱タイプのＡｌＮウィスカー表面をＸＰＳ法（ナロースキャン）により分析した際の結合エネルギースペクトルを示す図である。
【0057】
【0058】
【表2】
【0059】
表２に示すように、六角柱タイプのＡｌＮウィスカーと円柱タイプのＡｌＮウィスカーとで各結合の割合が異なる。また、六角柱タイプのＡｌＮウィスカーではＡｌ－Ｏ－Ｎ結合のピークが見られることから、酸素原子含有層１４にＡｌＯＮが含有されていることが示唆される。また、このような酸素原子含有層１４が生成されるメカニズムは、ＡｌＮウィスカー合成中の炉内において、炉内残存酸素によりａ－Ａｌ２Ｏ３やＡｌＯＨからなる表面酸化膜が生成され、その後、ＡｌＮ単結晶１２とａ－Ａｌ２Ｏ３との界面においてＡｌＯＮが生成されたと考えられる。
【0060】
以上の各種分析により、六角柱タイプのＡｌＮウィスカー及び円柱タイプのＡｌＮウィスカーの酸素原子含有層１４の構成が明らかとなった。図１４（ａ）は、六角柱タイプのＡｌＮウィスカーの断面を示す模式図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＡ－Ａ断面図、図１４（ｃ）は、六角柱タイプのＡｌＮウィスカーの断面を示す模式図、図１４（ｄ）は、図１４に示すＢ－Ｂ断面図である。
【0061】
前述の分析より、六角柱タイプのＡｌＮウィスカー１０ａは、ＡｌＮ単結晶１２側の第１層１４ａと、第１層１４ａよりも外側にある第２層１４ｂとを有している（図１４（ａ）、図１４（ｂ）参照。）。そして、ＡｌＯＨ及びａ－Ａｌ２Ｏ３は、第１層１４ａよりも第２層１４ｂに多く含まれており、ＡｌＯＮは、第２層１４ｂよりも第１層１４ａに多く含まれている。また、第１層１４ａの厚みは約１．５ｎｍ、第２層１４ｂの厚みは約１．０ｎｍである。
【0062】
なお、第１層１４ａと第２層１４ｂとの界面は、必ずしも明瞭に形成されていなくてもよい。例えば、酸素原子含有層１４の内部において各化合物の割合が内側から外側に向かって徐々に変わるような場合は、酸素原子含有層１４の内部で内側にある領域と外側にある領域とを第１層と第２層とすればよく、必ずしも隣接している場合に限られない。
【0063】
また、円柱タイプのＡｌＮウィスカー１０ｂは、ａ－Ａｌ２Ｏ３からなる酸素原子含有層１４を有している（図１４（ｃ）、図１４（ｄ））。円柱タイプのＡｌＮウィスカー１０ｂの酸素原子含有層１４の厚みは約４ｎｍである。
【0064】
このように、ＡｌＮウィスカーの最外表面には、α（アルファ）－Ａｌ２Ｏ３（いわゆるアルミナ）、ａ－Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＯＨが存在することがわかった。これら酸化物や水酸化物は、ＡｌＮウィスカーを有機材料や無機材料といった異種材料と混合する際に、互いの密着性を良くし接着するためには好都合な化合物である。そこで、本実施の形態に係るＡｌＮウィスカー１０を用いた成形体の製造方法について説明する。
【0065】
（成形体）
図１５（ａ）は、六角柱タイプのＡｌＮウィスカーと異種材料とを混合した場合の接合部を含む模式図、図１５（ｂ）は、円柱タイプのＡｌＮウィスカーと異種材料とを混合した場合の接合部を含む模式図である。
図１５（ａ）は、六角柱タイプのＡｌＮウィスカーと異種材料とを混合した場合の接合部を含む模式図、図１５（ｂ）は、円柱タイプのＡｌＮウィスカーと異種材料とを混合した場合の接合部を含む模式図である。
【0066】
成形体２０ａは、六角柱タイプのＡｌＮウィスカー１０ａと、表面処理層１６と、異種材料１８と、を備える。同様に、成形体２０ｂは、円柱タイプのＡｌＮウィスカー１０ｂと、表面処理層１６と、異種材料１８と、を備える。異種材料１８は、用途や特性によって求められる有機材料や無機材料から適宜選択される。有機材料のうち５Ｇ（第５世代移動通信システム）や６Ｇ（第６世代移動通信システム）に適用可能な樹脂材料として、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）フィルム、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、熱硬化性ポリマー（ＴＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。また、無機材料としては、ＡｌＮ粒子、Ａｌ２Ｏ３粒子、ＺｒＯ２粒子、コージェライト粒子等が挙げられる。
【0067】
（表面処理）
次に、表面処理層を形成するための表面処理剤について説明する。本実施の形態に係る表面処理剤としては、例えば、（ＣＨ３Ｏ）Ｓｉ（ＣＨ２）ｎＣＨ３（ｎ＝０，２，５）の構造式で表されるシラン化合物を用いる。これらの表面処理剤は、ＡｌＮウィスカーの表面にあるα－Ａｌ２Ｏ３、ａ－Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＯＨと反応しやすい。そこで、以下の方法でＡｌＮウィスカーの表面処理を行う。
次に、表面処理層を形成するための表面処理剤について説明する。本実施の形態に係る表面処理剤としては、例えば、（ＣＨ３Ｏ）Ｓｉ（ＣＨ２）ｎＣＨ３（ｎ＝０，２，５）の構造式で表されるシラン化合物を用いる。これらの表面処理剤は、ＡｌＮウィスカーの表面にあるα－Ａｌ２Ｏ３、ａ－Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＯＨと反応しやすい。そこで、以下の方法でＡｌＮウィスカーの表面処理を行う。
【0068】
［実施例１］
ＡｌＮウィスカー１１ｇを、表面処理剤（例えば前述のアルコキシシラン）１ｗｔ％のエタノール中へ分散させる。そして、８０±５０℃に達してから１ｈ加熱し、減圧濾過後、エタノールで３回洗浄する。その後、真空加熱乾燥を１ｈ行い、エタノールを飛散させる。
ＡｌＮウィスカー１１ｇを、表面処理剤（例えば前述のアルコキシシラン）１ｗｔ％のエタノール中へ分散させる。そして、８０±５０℃に達してから１ｈ加熱し、減圧濾過後、エタノールで３回洗浄する。その後、真空加熱乾燥を１ｈ行い、エタノールを飛散させる。
【0069】
図１６は、ＡｌＮウィスカーの表面処理における反応を模式的に示した図である。本実施の形態に係るＡｌＮウィスカー１０の表面には、オキシ基（－Ｏ－）やヒドロキシ基（－ＯＨ）が存在する。その後、図１６に示すシラン化合物は、加水分解によりアルキル基が水素で置換される。そして、縮合過程、脱水過程を経て、ＡｌＮウィスカー１０の表面に表面処理層１６が形成される。このように、表面処理層１６は、酸素原子含有層１４の第２層１４ｂの表面のオキシ基またはヒドロキシ基と結合する。
【0070】
（成形体の製造方法）
次に、表面処理層１６が形成されたＡｌＮウィスカー１０を樹脂材料に充填して成形体を製造する方法について説明する。図１７は、本実施の形態に係る表面処理されたＡｌＮウィスカーとエポキシ樹脂との結合を説明するための模式図である。実施例１で作製した、表面処理層を有するＡｌＮウィスカー１０を、異種材料１８であるエポキシ樹脂（Ａ剤とＢ剤）と混合し、反応させる。これにより、表面処理層１６のアルキル基Ｒｎの部分と、エポキシ樹脂の官能基とが結合し、異種材料同士の密着性が高い強固な成形体が製造される。エポキシ樹脂の代表的な化学構造を下記に示す。
次に、表面処理層１６が形成されたＡｌＮウィスカー１０を樹脂材料に充填して成形体を製造する方法について説明する。図１７は、本実施の形態に係る表面処理されたＡｌＮウィスカーとエポキシ樹脂との結合を説明するための模式図である。実施例１で作製した、表面処理層を有するＡｌＮウィスカー１０を、異種材料１８であるエポキシ樹脂（Ａ剤とＢ剤）と混合し、反応させる。これにより、表面処理層１６のアルキル基Ｒｎの部分と、エポキシ樹脂の官能基とが結合し、異種材料同士の密着性が高い強固な成形体が製造される。エポキシ樹脂の代表的な化学構造を下記に示す。
【0071】
【化1】
【0072】
［実施例２］
具体的には、以下の工程にて混合体を作成する。エポキシ樹脂（ＪＥＲ１００１：三菱ケミカル株式会社製）と硬化剤（ＭＨ－７００：新日本理化株式会社製）を所定の割合で合計１００ｇ計量し、アセトン溶液と混合し、撹拌混合機で約３分間混合し、減圧脱泡を約２分間行う。
具体的には、以下の工程にて混合体を作成する。エポキシ樹脂（ＪＥＲ１００１：三菱ケミカル株式会社製）と硬化剤（ＭＨ－７００：新日本理化株式会社製）を所定の割合で合計１００ｇ計量し、アセトン溶液と混合し、撹拌混合機で約３分間混合し、減圧脱泡を約２分間行う。
【0073】
次に、表面処理を行ったＡｌＮウィスカー（エポキシ樹脂に対し、例えば、１０、２０、３０ｇ）を混合機の中に投入し、混合する。この状態を約５分間保ち、その後、脱泡する。次に、混合物を真空乾燥機に移し、０．０３ＭＰａ、６０℃の雰囲気で、２時間保持する。この作業により、アセトンを除去する。
【0074】
次に、混合体を０．０３ＭＰａ以下の高真空下、１００℃の雰囲気で２時間保持し、さらに、０．０３ＭＰａ以下の高真空下、１５０℃の雰囲気で５時間保持する。そして、高真空を維持した後、約２０～６０分で室温まで徐冷する。これにより、ＡｌＮウィスカーが充填されたエポキシ樹脂が製造される。
【0075】
図１８（ａ）は、表面処理されていないＡｌＮウィスカーがエポキシ樹脂に充填された状態の走査型電子顕微鏡写真を示す図、図１８（ｂ）は、表面処理されたＡｌＮウィスカーがエポキシ樹脂に充填された状態の走査型電子顕微鏡写真を示す図である。図１８（ａ）に示すように、表面処理されていないＡｌＮウィスカー１０とエポキシ樹脂１８ａとの間にははっきりとした空隙があり、密着性が良くないことがわかる。一方、図１８（ｂ）に示すように、表面処理されたＡｌＮウィスカー１０とエポキシ樹脂１８ａとの間には空隙がなく、密着性が向上していることがわかる。
【0076】
（熱伝導率）
次に、エポキシ樹脂とＡｌＮウィスカーとを重量比１：０．１の割合で混合したＡｌＮ入りエポキシ樹脂の熱伝導率の結果を以下に示す。図１９（ａ）は、成形体の厚さ方向の熱伝導率のグラフを示す図、図１９（ｂ）は、成形体の面内方向の熱伝導率のグラフを示す図である。
次に、エポキシ樹脂とＡｌＮウィスカーとを重量比１：０．１の割合で混合したＡｌＮ入りエポキシ樹脂の熱伝導率の結果を以下に示す。図１９（ａ）は、成形体の厚さ方向の熱伝導率のグラフを示す図、図１９（ｂ）は、成形体の面内方向の熱伝導率のグラフを示す図である。
【0077】
図１９（ａ）、図１９（ｂ）に示すように、表面処理がないＡｌＮウィスカーが充填された成形体の熱伝導率よりも、シラン化合物（前述のシラン化合物のｎ＝２またはｎ＝５に相当する材料）による表面処理があるＡｌＮウィスカーが充填された成形体の熱伝導率の方が高いことがわかる。
【0078】
（表面処理剤）
以下に、表面処理剤として好適な例を列挙する。表面処理剤は、例えば、アルコキシシラン、シラザン、シロキサンが挙げられる。アルコキシシランとしては、メチルメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ｎ－プロピルトリメトキシシラン、ｎ－プロピルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、１，６－ビス（トリメトキシシリル）ヘキサン、トリフルオロプロピルトリメトキシシランが挙げられる。シラザンとしては、ヘキサメチルシラザンが挙げられる。シロキサンとしては、加水分解性基含有シロキサンが挙げられる。
以下に、表面処理剤として好適な例を列挙する。表面処理剤は、例えば、アルコキシシラン、シラザン、シロキサンが挙げられる。アルコキシシランとしては、メチルメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ｎ－プロピルトリメトキシシラン、ｎ－プロピルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、１，６－ビス（トリメトキシシリル）ヘキサン、トリフルオロプロピルトリメトキシシランが挙げられる。シラザンとしては、ヘキサメチルシラザンが挙げられる。シロキサンとしては、加水分解性基含有シロキサンが挙げられる。
【0079】
（樹脂材料）
本開示の成形体に用いられる樹脂材料としては、例えば、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体）、ＥＰＤＭゴム系ＡＢＳ、アクリロニトリル・スチレン共重合体、酢酸セルロース、硝酸セルロース、塩素化ポリエチレン、ＥＥＡ（エチレン・アクリル酸エチル共重合体）、ＥＶＡ（エチレン酢ビニルコポリマー（エチレン酢酸ビニル共重合体））、ポリプロピレン、ポリスチレン、塩化ビニル、ブタジエン系エラストマー、シリコンゴム系ＡＢＳ、ポリアミド系エラストマー、熱可塑性エラストマー、ポリエステル系エラストマー、フッ素系エラストマー、超高分子量ポリエチレン、ポリ３フッ化塩化エチレン、４フッ化エチレン・エチレン共重合体、４フッ化エチレン－６フッ化エチレン共重合体、液晶ポリマー／液晶ポリエステル、１１ナイロン、１２ナイロン、４６ナイロン、６１２ナイロン、６ナイロン（ポリイミド）、６６ナイロン、ポリブチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリアセタール、ポリフィニレンオキサイド、シンシオクタチックポリスチレン、６２０ナイロン、ポリアミドイミド、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルホン、４フッ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合、ポリフィニレンサルファイド、ポリサルホン、ポリ４フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、熱可塑性ポリイミド、耐衝撃性ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、アクリロニトリル・エチレン・スチレン共重合体、ポリメチルメタクリレート、生分解性プラスチック、ジアリルフタレート、シリコーン、フェノール、不飽和ポリエステル、ポリウレタン、メラミン、ユリア、または、これらの混合物が挙げられる。
また、これらの
本開示の成形体に用いられる樹脂材料としては、例えば、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体）、ＥＰＤＭゴム系ＡＢＳ、アクリロニトリル・スチレン共重合体、酢酸セルロース、硝酸セルロース、塩素化ポリエチレン、ＥＥＡ（エチレン・アクリル酸エチル共重合体）、ＥＶＡ（エチレン酢ビニルコポリマー（エチレン酢酸ビニル共重合体））、ポリプロピレン、ポリスチレン、塩化ビニル、ブタジエン系エラストマー、シリコンゴム系ＡＢＳ、ポリアミド系エラストマー、熱可塑性エラストマー、ポリエステル系エラストマー、フッ素系エラストマー、超高分子量ポリエチレン、ポリ３フッ化塩化エチレン、４フッ化エチレン・エチレン共重合体、４フッ化エチレン－６フッ化エチレン共重合体、液晶ポリマー／液晶ポリエステル、１１ナイロン、１２ナイロン、４６ナイロン、６１２ナイロン、６ナイロン（ポリイミド）、６６ナイロン、ポリブチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリアセタール、ポリフィニレンオキサイド、シンシオクタチックポリスチレン、６２０ナイロン、ポリアミドイミド、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルホン、４フッ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合、ポリフィニレンサルファイド、ポリサルホン、ポリ４フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、熱可塑性ポリイミド、耐衝撃性ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、アクリロニトリル・エチレン・スチレン共重合体、ポリメチルメタクリレート、生分解性プラスチック、ジアリルフタレート、シリコーン、フェノール、不飽和ポリエステル、ポリウレタン、メラミン、ユリア、または、これらの混合物が挙げられる。
また、これらの
【0080】
［実施例３］
５Ｇ用の電子回路基板に使われる材料として、例えば、下記に示す化学構造のＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）が挙げられる。なお、ＣＯＰは日本ゼオン株式会社製のＬ－２４である。
５Ｇ用の電子回路基板に使われる材料として、例えば、下記に示す化学構造のＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）が挙げられる。なお、ＣＯＰは日本ゼオン株式会社製のＬ－２４である。
【化2】
【0081】
具体的な製造方法は、ＣＯＰポリマーを１００ｇ計量し、アセトン溶液と混合し、撹拌混合機で約３分間混合し、減圧脱泡を約２分間行う。次に、表面処理を行ったＡｌＮウィスカーをＣＯＰ樹脂に対し、例えば、１０、２０、３０ｇを混合機の中に投入し、混合する。この状態を約５分間保ち、その後、脱泡する。次に、混合物を真空乾燥機に移し、０．０３ＭＰａ、６０℃の雰囲気で、２時間保持する。この作業により、アセトンを除去する。
【0082】
次に、混合体を０．０３ＭＰａ以下の高真空下、２３０℃の雰囲気で０．５時間保持し、さらに、０．０３ＭＰａ以下の高真空下、２７０～３００℃の雰囲気で約２時間保持する。そして、高真空を維持した後、約２０～６０分で室温まで徐冷する。このようにして、ＡｌＮウィスカーが充填されたＣＯＰ樹脂が製造される。
【0083】
例えば、ＡｌＮウィスカーが２０ｇ充填されたＣＯＰ樹脂の場合、周波数１０ＧＨｚでの特性は、比誘電率ε＝約２．５、誘電正接が約０．００５であった。
【0084】
［実施例４］
実施例４では、樹脂材料が下記に示す化学構造のＰＴＡ（高純度テレフタル酸）の場合について説明する。
実施例４では、樹脂材料が下記に示す化学構造のＰＴＡ（高純度テレフタル酸）の場合について説明する。
【化3】
【0085】
具体的には、以下の工程にて混合体を作成する。ＰＴＡの粒子を１００ｇ計量し、アセトン溶液と混合し、撹拌混合機で約３分間混合し、減圧脱泡を約２分間行う。
【0086】
次に、表面処理を行ったＡｌＮウィスカーをＰＴＡに対し、例えば、１０、２０、３０ｇを混合機の中に投入し、混合する。この状態を約５分間保ち、その後、脱泡する。次に、混合物を真空乾燥機に移し、０．０３ＭＰａ、６０℃の雰囲気で、２時間保持する。この作業により、アセトンを除去する。
【0087】
次に、混合体を０．０３ＭＰａ以下の高真空下、１００℃の雰囲気で０．５時間、２００℃の雰囲気で１時間保持し、さらに、０．０３ＭＰａ以下の高真空下、２７０～３００℃の雰囲気で約２時間保持する。そして、高真空を維持した後、約２０～６０分で室温まで徐冷する。これにより、ＡｌＮウィスカーが充填されたＰＴＡ樹脂が製造される。
【0088】
例えば、ＡｌＮウィスカーが２０ｇ充填されたＰＴＡ樹脂の場合、１０ＧＨｚでの特性は、比誘電率ε＝約２．３～２．５、誘電正接が約０．００５であった。
【0089】
［実施例５］
実施例５では、樹脂材料が下記に示す化学構造のＰＴＦＥの場合について説明する。
実施例５では、樹脂材料が下記に示す化学構造のＰＴＦＥの場合について説明する。
【化4】
【0090】
具体的には、以下の工程にて混合体を作成する。ＰＴＦＥの粒子を１００ｇ計量し、アセトン溶液と混合し、撹拌混合機で約３分間混合し、減圧脱泡を約２分間行う。
【0091】
次に、表面処理を行ったＡｌＮウィスカーをＰＴＦＥに対し、例えば、１０、２０、３０ｇを混合機の中に投入し、混合する。この状態を約５分間保ち、その後、脱泡する。次に、混合物を真空乾燥機に移し、０．０３ＭＰａ、６０℃の雰囲気で、２時間保持する。この作業により、アセトンを除去する。
【0092】
次に、混合体を０．０３ＭＰａ以下の高真空下、１００℃の雰囲気で０．５時間、２００℃の雰囲気で１時間保持し、さらに、０．０３ＭＰａ以下の高真空下、２７０～３００℃の雰囲気で約２時間保持する。そして、高真空を維持した後、約２０～６０分で室温まで徐冷する。これにより、ＡｌＮウィスカーが充填されたＰＴＦＥ樹脂が製造される。
【0093】
例えば、ＡｌＮウィスカーが２０ｇ充填されたＰＴＦＥ樹脂の場合、１０ＧＨｚでの特性は、比誘電率ε＝約２．３～２．５、誘電正接が約０．００５であった。
【0094】
［実施例６］
実施例６では、樹脂材料が下記に示す各化学構造の液晶ポリマーの場合について説明する。
実施例６では、樹脂材料が下記に示す各化学構造の液晶ポリマーの場合について説明する。
【化5】
【化6】
【化7】
【化8】
【化9】
【化10】
【0095】
具体的には、以下の工程にて混合体を作成する。上述のいずれかの液晶ポリマーを１００ｇ計量し、アセトン溶液と混合し、撹拌混合機で約３分間混合し、減圧脱泡を約２分間行う。
【0096】
次に、表面処理を行ったＡｌＮウィスカーを液晶ポリマーに対し、例えば、１０、２０、３０ｇを混合機の中に投入し、混合する。この状態を約５分間保ち、その後、脱泡する。次に、混合物を真空乾燥機に移し、０．０３ＭＰａ、６０℃の雰囲気で、２時間保持する。この作業により、アセトンを除去する。
【0097】
次に、混合体を０．０３ＭＰａ以下の高真空下、２３０℃の雰囲気で０．５時間保持し、さらに、０．０３ＭＰａ以下の高真空下、２５０～２７０℃の雰囲気で約２時間保持する。そして、高真空を維持した後、約２０～６０分で室温まで徐冷する。これにより、ＡｌＮウィスカーが充填された液晶ポリマーが製造される。
【0098】
例えば、ＡｌＮウィスカーが２０ｇ充填された液晶ポリマーの場合、１０ＧＨｚでの特性は、比誘電率ε＝約２．６、誘電正接が約０．０１であった。
【0099】
［実施例７］
実施例７では、樹脂材料が下記に示す化学構造の熱硬化性ポリマー（ＴＰＥ：Thermosetting Polyether）の場合について説明する。ＴＰＥ樹脂は、低伝送損失基板材料に適する樹脂の一例である。
実施例７では、樹脂材料が下記に示す化学構造の熱硬化性ポリマー（ＴＰＥ：Thermosetting Polyether）の場合について説明する。ＴＰＥ樹脂は、低伝送損失基板材料に適する樹脂の一例である。
【化11】
【化12】
【化13】
【0100】
具体的には、以下の工程にて混合体を作成する。ＴＰＥ樹脂を１００ｇ計量し、アセトン溶液と混合し、撹拌混合機で約３分間混合し、減圧脱泡を約２分間行う。
【0101】
次に、表面処理を行ったＡｌＮウィスカーをＴＰＥ樹脂に対し、例えば、１０、２０、３０ｇを混合機の中に投入し、混合する。この状態を約５分間保ち、その後、脱泡する。次に、混合物を真空乾燥機に移し、０．０３ＭＰａ、６０℃の雰囲気で、２時間保持する。この作業により、アセトンを除去する。
【0102】
次に、混合体を０．０３ＭＰａ以下の高真空下、２００℃の雰囲気で０．５時間保持し、さらに、０．０３ＭＰａ以下の高真空下、２５０～３００℃の雰囲気で約２時間保持する。そして、高真空を維持した後、約２０～６０分で室温まで徐冷する。これにより、ＡｌＮウィスカーが充填されたＴＰＥ樹脂が製造される。
【0103】
例えば、ＡｌＮウィスカーが２０ｇ充填されたＴＰＥ樹脂の場合、１０ＧＨｚでの特性は、比誘電率ε＝約２．５～２．７、誘電正接が約０．００５～０．１であった。
【0104】
［実施例８］
実施例８では、異種材料としてＡｌＮ粉末を用いた成形体の場合について説明する。具体的には、以下の工程にて混合体を作成する。ＡｌＮ粉末（株式会社トクヤマ製：粒子径０．５～１μｍ）を１００ｇ秤量する。また、有機材料の結合剤（有機結合剤や、水溶性の結合剤）を約５～４０ｇ秤量する。
実施例８では、異種材料としてＡｌＮ粉末を用いた成形体の場合について説明する。具体的には、以下の工程にて混合体を作成する。ＡｌＮ粉末（株式会社トクヤマ製：粒子径０．５～１μｍ）を１００ｇ秤量する。また、有機材料の結合剤（有機結合剤や、水溶性の結合剤）を約５～４０ｇ秤量する。
【0105】
次に、ＡｌＮ粉末および結合剤に対し、表面処理を行ったＡｌＮウィスカーを、例えば、５ｇ、１０ｇ、２０ｇ、３０ｇ混合する。混合の方式は、有機溶剤（例えば、エタノール、アセトン、テスクリア、などの有機溶剤）が入った容器の中にＡｌＮ粉末と、ＡｌＮウィスカーを入れ、スターラーなどの方式で混合する。なお、有機溶剤以外にも、水溶性の結合剤を用いてもよい。
【0106】
この混合液を、スプレードライ方式で、粒子状に成形する。次に、所望する形状（例えば、プレス装置を用いて０．２～５ｍｍ程度の厚さの板状）に成形する。成形後、窒素雰囲気下で約１００～６００℃の温度まで、徐々に温度を上昇させ、有機材料の結合剤を飛散させる（いわゆる脱脂工程で結合剤を飛散させる）。次に、窒素雰囲気下で、数時間かけて約１６００～１８００℃の温度まで昇温し、その後、２～５時間温度を維持し焼成する。焼成後、窒素雰囲気下で徐冷をして、常温にする。
【0107】
このように、焼成された成形体の特性は以下である。例えば、ＡｌＮウィスカー（長さが約２０～１００μｍ、線径が約１～５μｍ）が２０ｇ充填されたＡｌＮ粉末焼結体（厚さが約０．５ｍｍ）の場合、熱伝導度は約１５０～２５０Ｗ／ｍｋであり、絶縁特性は約３～１５ｋＶ・ｍｍである。また、折り曲げ強度は、ＡｌＮウィスカーが充填されていない場合と比較して、約３倍の強度があった。
【0108】
このように成形されたＡｌＮ焼結体は、熱伝導性と絶縁性とを兼ね備えた電子回路基板として活用できる。電気回路基板に適用したときの特徴としては、（ｉ）熱の伝導性が良く、絶縁特性が優れ、かつ、機械的な破壊強度が優れているので、薄くても使用できる。また、多重に積層できるので、より有用な基板となり得る。（ｉｉ）熱の伝導性が良いので、回路基板のどの位置にも半導体素子を配置することができる。その結果、回路基板の設計の自由度が増加し、コンパクトな基板回路を作ることができる。
【0109】
［実施例９］
実施例９では、異種材料としてＺｒＯ２粉末を用いた成形体の場合について説明する。具体的には、以下の工程にて混合体を作成する。ＺｒＯ２粉末（粒子径約１０～１００μｍ）を１００ｇ秤量する。また、有機材料の結合剤（有機結合剤や、水溶性の結合剤）を約５～４０ｇ秤量する。
実施例９では、異種材料としてＺｒＯ２粉末を用いた成形体の場合について説明する。具体的には、以下の工程にて混合体を作成する。ＺｒＯ２粉末（粒子径約１０～１００μｍ）を１００ｇ秤量する。また、有機材料の結合剤（有機結合剤や、水溶性の結合剤）を約５～４０ｇ秤量する。
【0110】
次に、ＺｒＯ２粉末および結合剤に対し、表面処理を行ったＡｌＮウィスカーを、例えば、５ｇ、１０ｇ、２０ｇ、３０ｇ混合する。混合の方式は、有機溶剤（例えば、エタノール、アセトン、テスクリア、などの有機溶剤）が入った容器の中にＺｒＯ２粉末と、ＡｌＮウィスカーを入れ、スターラーなどの方式で混合する。なお、有機溶剤以外にも、水溶性の結合剤を用いてもよい。
【0111】
この混合液を、混練機でペースト状に成形する。次に、所望する形状（例えば、ロールコータ装置を用いて０．２～５ｍｍ程度の厚さの板状）に成形する。成形後、窒素雰囲気下で約１００～６００℃の温度まで、徐々に温度を上昇させ、有機材料の結合剤を飛散させる（いわゆる脱脂工程で結合剤を飛散させる）。次に、窒素雰囲気下で、数時間かけて約１６００～１８００℃の温度まで昇温し、その後、２～５時間温度を維持し焼成する。焼成後、窒素雰囲気下で徐冷をして、常温にする。
【0112】
このように、焼成された成形体の特性は以下である。例えば、ＡｌＮウィスカー（長さが約２０～１００μｍ、線径が約１～５μｍ）が２０ｇ充填されたＺｒＯ２粉末焼結体（厚さが約０．５ｍｍ）の場合、熱伝導度は約１００～２５０Ｗ／ｍｋであり、絶縁特性は約３～１５ｋＶ・ｍｍである。また、折り曲げ強度は、ＡｌＮウィスカーが充填されていない場合と比較して、約２～３倍の強度があった。
【0113】
このように成形されたＺｒＯ２焼結体は、多くの用途に使用できる。例えば、自動車の排気ガスの酸素濃度を検出する酸素センサに用いることができる。実施例９に係るＺｒＯ２焼結体の場合、熱伝導率が高いことから応答性の高いセンサを実現できる。また、ＺｒＯ２焼結体の場合、機械的強度が強いので、センサの厚さを薄くでき、センサを小型にできる。
【0114】
［実施例１０］
実施例１０では、異種材料としてＡｌ２Ｏ３粉末を用いた成形体の場合について説明する。具体的には、以下の工程にて混合体を作成する。Ａｌ２Ｏ３粉末（粒子径約１０～１００μｍ）を１００ｇ秤量する。また、有機材料の結合剤（有機結合剤や、水溶性の結合剤）を約５～４０ｇ秤量する。
実施例１０では、異種材料としてＡｌ２Ｏ３粉末を用いた成形体の場合について説明する。具体的には、以下の工程にて混合体を作成する。Ａｌ２Ｏ３粉末（粒子径約１０～１００μｍ）を１００ｇ秤量する。また、有機材料の結合剤（有機結合剤や、水溶性の結合剤）を約５～４０ｇ秤量する。
【0115】
次に、Ａｌ２Ｏ３粉末および結合剤に対し、表面処理を行ったＡｌＮウィスカーを、例えば、５ｇ、１０ｇ、２０ｇ、３０ｇ混合する。混合の方式は、有機溶剤（例えば、エタノール、アセトン、テスクリア、などの有機溶剤）が入った容器の中にＡｌ２Ｏ３粉末と、ＡｌＮウィスカーを入れ、スターラーなどの方式で混合する。なお、有機溶剤以外にも、水溶性の結合剤を用いてもよい。
【0116】
この混合液を、混練機でペースト状に成形する。次に、所望する形状（例えば、ロールコータ装置を用いて０．２～５ｍｍ程度の厚さの板状）に成形する。成形後、窒素雰囲気下で約１００～６００℃の温度まで、徐々に温度を上昇させ、有機材料の結合剤を飛散させる（いわゆる脱脂工程で結合剤を飛散させる）。次に、窒素雰囲気下で、数時間かけて約１６００～１８００℃の温度まで昇温し、その後、２～５時間温度を維持し焼成する。焼成後、窒素雰囲気下で徐冷をして、常温にする。
【0117】
このように、焼成された成形体の特性は以下である。例えば、ＡｌＮウィスカー（長さが約２０～１００μｍ、線径が約１～５μｍ）が２０ｇ充填されたＡｌ２Ｏ３粉末焼結体（厚さが約０．５ｍｍ）の場合、熱伝導度は約３０～８０Ｗ／ｍｋであり、絶縁特性は約３～１５ｋＶ・ｍｍである。また、折り曲げ強度は、ＡｌＮウィスカーが充填されていない場合と比較して、約２～３倍の強度があった。また、Ａｌ２Ｏ３粉末焼結体の高周波特性は、１０ＧＨｚで比誘電率ε＝約７、誘電正接が約０．０１であった。
【0118】
このように成形されたＡｌ２Ｏ３粉末焼結体は、多くの用途に使用できる。例えば、セラミック電気基板回路に適用すれば、熱伝導率が高く、かつ機械的強度が強いので、電子基板回路の厚さを薄くできる。また、高周波での特性が良いことから、５Ｇ用通信機器の回路として活用ができる。また、電気自動車の変圧器に用いられるＳｉ半導体からの放熱を行う熱交換器といった、絶縁性と熱伝導性を兼ね備えた部材として活用できる。
【0119】
［実施例１１］
実施例１１では、異種材料としてコージェライト粒子（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）を用いた成形体の場合について説明する。具体的には、以下の工程にて混合体を作成する。コージェライト粒子（粒子径約１０～１００μｍ）を１００ｇ秤量する。また、有機材料の結合剤（有機結合剤や、水溶性の結合剤）を約５～４０ｇ秤量する。
実施例１１では、異種材料としてコージェライト粒子（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）を用いた成形体の場合について説明する。具体的には、以下の工程にて混合体を作成する。コージェライト粒子（粒子径約１０～１００μｍ）を１００ｇ秤量する。また、有機材料の結合剤（有機結合剤や、水溶性の結合剤）を約５～４０ｇ秤量する。
【0120】
次に、コージェライト粒子および結合剤に対し、表面処理を行ったＡｌＮウィスカーを、例えば、５ｇ、１０ｇ、２０ｇ、３０ｇ混合する。混合の方式は、有機溶剤（例えば、エタノール、アセトン、テスクリア、などの有機溶剤）が入った容器の中にコージェライト粉末と、ＡｌＮウィスカーを入れ、スターラーなどの方式で混合する。なお、有機溶剤以外にも、水溶性の結合剤を用いてもよい。
【0121】
この混合液を、混練機でペースト状に成形する。次に、ペースト状の有機溶剤、水溶性溶剤を飛散し、気泡が少なくなった粘土状の成形体にする。粘土状の成形体を格子状（四角形状、または六角形状の蜂の巣形状）にすることができる型に高圧で押し込む。すると、蜂の巣形状の粘土成形体ができる。この粘土成形体を電子レンジ乾燥機にて内部から乾燥する。そして、窒素雰囲気下で有機結合剤を約３５０～５００℃で飛散させた後、約１５４０～１６５０℃の温度を１０～４０時間維持し焼成する。焼成後、窒素雰囲気下で徐冷をして、常温にする。
【0122】
このように成形されたコージェライト焼結体の特性は以下である。例えば、ＡｌＮウィスカー（長さが約２０～１００μｍ、線径が約１～５μｍ）が２０ｇ充填されたコージェライトの蜂の巣焼結体は、強度が強く、かつ、熱伝導率が良い。
【0123】
このように成形されたＡｌＮウィスカー入りのコージェライト焼結体は、例えば、自動車の排気ガス浄化用の触媒担体として利用できる。その理由は、機械的強度が強いので、蜂の巣形状の壁の厚さを薄くできる。かつ、熱伝導が良いので、触媒担体の温度を均一にでき、その結果、排気ガスが低温でも、排気ガスの浄化を効率よくできる。例えば、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの浄化をする３ウエイ触媒の温度を、従来品の約３５０℃から約２５０℃まで下げる効果がある。
【0124】
以上、本開示を実施の形態や各実施例をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【符号の説明】
【0125】
１０ ＡｌＮウィスカー、 １２ ＡｌＮ単結晶、 １４ 酸素原子含有層、 １４ａ 第１層、 １４ｂ 第２層、 １６ 表面処理層、 ２０ａ，２０ｂ 成形体。
【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】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】