(57)【要約】      （修正有）【課題】金属アルミニウム板の表面全体を窒化し、全ての波長域の太陽光を効率よく吸収して熱に変換し、それを熱電デバイスに高速で輸送する黒色窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板を提供する。【解決手段】黒色窒化アルミニウムは、金属アルミニウム板（以下、「Ａｌ板」ともいう。）を、該金属アルミニウム板の融点（６６０．２℃）以上の温度で、窒素雰囲気中において所定の時間加熱することにより該金属アルミニウム板表面に形成したナノサイズの立方晶またはナノサイズのウィスカー（繊維状結晶）である。【選択図】図１（ａ）
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属アルミニウム板を、該金属アルミニウム板の融点以上の温度で、窒素雰囲気中において所定の時間加熱することにより該金属アルミニウム板表面に形成した、ナノサイズの立方晶またはナノサイズのウィスカーである黒色窒化アルミニウム。
【請求項２】
前記ナノサイズの立方晶は、金属アルミニウム板を、該金属アルミニウム板の融点以上の温度Ｔで、窒素雰囲気中において所定の時間ｔ加熱することにより生成した、請求項１に記載の黒色窒化アルミニウム。
【請求項３】
前記ナノサイズのウィスカーは、金属アルミニウム板を、該金属アルミニウム板の融点以上の温度Ｔで、窒素雰囲気中において所定の時間ｔ’加熱することにより生成した、請求項１に記載の黒色窒化アルミニウム。
【請求項４】
前記ナノサイズの立方晶または前記ナノサイズのウィスカーを形成する際の、前記金属アルミニウム板の融点以上の温度Ｔは、Ｔ＝７００℃〜８００℃である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の黒色窒化アルミニウム。
【請求項５】
前記ナノサイズの立方晶を形成する際の、前記金属アルミニウム板を加熱する所定の時間ｔは、ｔ＝１８０分未満である、請求項２に記載の黒色窒化アルミニウム。
【請求項６】
前記ナノサイズのウィスカーを形成する際の、前記金属アルミニウム板を加熱する所定の時間ｔ’は、ｔ’＝３０分以上である、請求項３に記載の黒色窒化アルミニウム。
【請求項７】
前記立方晶の一辺は略６０ｎｍである、請求項２に記載の黒色窒化アルミニウム。
【請求項８】
前記ウィスカーの直径は略４０ｎｍである、請求項３に記載の黒色窒化アルミニウム。
【請求項９】
金属アルミニウム板を準備するステップと、
窒化アルミニウム合成装置（電気炉）と、窒素供給源と、真空ポンプと、これらを開閉自在に接続する石英ガラス管とを含む加熱装置を準備するステップと、
前記金属アルミニウム板を前記電気炉内に配置するステップと、
前記電気炉内を前記真空ポンプにより真空にするステップと、
前記窒素供給源から前記電気炉内に窒素を充満させるステップと、
前記電気炉内の窒素ガス圧が１気圧になったところで、前記金属アルミニウム板の融点（６６０．２℃）で該金属アルミニウム板を３０分間加熱するステップと、
前記金属アルミニウム板の融点以上の温度Ｔ℃で、さらに所定の加熱処理時間ｔまたはｔ’分間加熱するステップと、
を含む、黒色窒化アルミニウムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、黒色窒化アルミニウムおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本では，福島第一原子力発電所の事故以来、石油や石炭、天然ガスといった化石燃料が一次エネルギーに占める割合が飛躍的に増大している。しかし、化石燃料の消費に伴い、排出される二酸化炭素が増大し、以前にも増して地球温暖化が深刻化する恐れがある。
【０００３】
一方、化石燃料は有限であり、ＢＰ統計２００９によれば、石油の可採年数は平成２４年現在３９年と言われている。石油に限らず、天然ガス、石炭、最近注目されているシェールガスにおいても無限に使い続けられるものではなく、いずれ底をつく。
【０００４】
そのため、自然界に存在する太陽光や風力、波力、地熱などの再生可能エネルギーへの注目度が以前にも増して増大している。このうち、太陽エネルギーの有効利用を図るものとして太陽光発電や太陽熱発電があり、日本では、再生可能エネルギーと言えば太陽光発電に関心が集まるが、太陽熱発電もその一つである。太陽熱発電は、太陽光で暖めた水で蒸気を発生させ、発電するシステムである。従来，集熱に多大な設備と経費がかかることから関心が薄らいでいたが、技術革新により、欧米や中東・北アフリカでは太陽熱発電プロジェクトが相次いで立ち上がり、話題を呼んでいる。
【０００５】
宇宙航空研究開発機構は中国の武漢理工大学との共同で「太陽光熱複合発電システム」の研究開発を行なっている（非特許文献１）。これはフレネルレンズで集めた太陽光を紫外・可視光と赤外光に分け、前者で太陽光発電し、後者で熱電変換素子に温度差を与えて発電する複合システムである。一方、欧米が実施している太陽熱発電システムは、太陽光の赤外線を集光し、熱に変換して蒸気を発生させ、発電するシステムである。
【０００６】
これに対し、本願発明者等が取り組んでいる太陽熱温度差発電システムは、紫外域から赤外域まで全ての波長域の太陽光を熱電変換素子上部の炭素繊維積層上基板に集光して熱に変え、ゼーベック効果を利用して温度差発電するシステムである。本システムに必要な材料はゼーベック係数の大きな発電デバイスと、太陽光を高効率で吸収し、耐熱性が高く、絶縁性、熱伝導性に優れた物質である。この材料は、温度差発電用の熱電デバイスの金属電極に密着させる材料で、無毒で絶縁性、熱伝導性に優れ、太陽光を効率よく吸収するが、輻射の少ない基板である。
【０００７】
従来、このような基板として典型的には、絶縁性が高く酸化ベリリウムのような毒性のないアルミナ基板が、上記炭素繊維物質上に配置されて用いられていた。しかし、両者の密着性は悪く、また、アルミナ基板は熱伝導性が低く、集光効率に劣るという欠点があった。
【０００８】
そこで注目したのが窒化アルミニウムである（非特許文献２）。これは絶縁性があり、熱伝導性はアルミナの１０倍以上で金属アルミニウム並みである。熱膨張係数はアルミナの６０％程度である。非特許文献２には、通電加熱法により生成した六方晶の窒化アルミニウムが開示されている。
【０００９】
この通電加熱法による窒化アルミニウム（以下、「ＡｌＮ」とも記す。）の生成は、
（１）ＡｌＮ合成装置内に空気を充満させる。
（２）所定の電流でアルミニウム（以下、「Ａｌ」とも記す。）線を通電させる。
（３）通電を続けたまま、窒素ガスを注入する。
（４）窒素が充満したＡｌＮ合成装置内でＡｌ線を十数分間通電させる。
【００１０】
このような手順で得られた窒化アルミニウムは六方晶であり、絶縁性、熱伝導性には優れているが、ワイヤ状であり、表面が灰色で太陽光の高集光効率は望めなかった。
【００１１】
【非特許文献１】宇宙航空研究開発機構、プレスリリース （平成１７年１２月５）
【非特許文献２】Takada andothers,Appl.No.:2003-212522
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明は、金属アルミニウム板の表面全体を窒化し、全ての波長域の太陽光を効率よく吸収して熱に変換し、それを熱電デバイスに高速で輸送する黒色窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板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】
【００１３】
本発明に係る黒色窒化アルミニウムは、金属アルミニウム板（以下、「Ａｌ板」ともいう。）を、該金属アルミニウム板の融点（６６０．２℃）以上の温度で、窒素雰囲気中において所定の時間加熱することにより該金属アルミニウム板表面に形成したナノサイズの立方晶またはナノサイズのウィスカー（繊維状結晶）である。
【００１４】
本発明に係る黒色窒化アルミニウムにおいて、前記ナノサイズの立方晶は、金属アルミニウム板を、該金属アルミニウム板の融点以上の温度Ｔで、窒素雰囲気中において所定の時間ｔ加熱することにより生成した。
【００１５】
本発明に係る黒色窒化アルミニウムにおいて、前記ナノサイズのウィスカーは、金属アルミニウム板を、該金属アルミニウム板の融点以上の温度Ｔで、窒素雰囲気中において所定の時間ｔ’加熱することにより生成した。
【００１６】
本発明に係る黒色窒化アルミニウムにおいて、ナノサイズの立方晶またはナノサイズのウィスカーを形成する際の前記金属アルミニウム板の融点以上の温度Ｔは、Ｔ＝７００℃〜８００℃である。
【００１７】
本発明に係る黒色窒化アルミニウムにおいて、ナノサイズの立方晶を形成する際の前記金属アルミニウム板を加熱する所定の時間ｔは、ｔ＝１８０分未満である。
【００１８】
本発明に係る黒色窒化アルミニウムにおいて、ナノサイズのウィスカーを形成する際の前記金属アルミニウム板を加熱する所定の時間ｔ’は、ｔ’＝３０分以上である。
【００１９】
本発明に係る黒色窒化アルミニウムにおいて、前記立方晶の一辺は略６０ｎｍである。
【００２０】
本発明に係る黒色窒化アルミニウムにおいて、前記ウィスカーの直径は略４０ｎｍである。
【００２１】
本発明に係る黒色窒化アルミニウムの製造方法は、
（１）金属アルミニウム板を準備するステップと、
（２）窒化アルミニウム合成装置（電気炉）と、窒素供給源と、真空ポンプと、これらを開閉自在に接続する石英ガラス管とを含む加熱装置を準備するステップと、
（３）前記金属アルミニウム板を前記電気炉内に配置するステップと、
（４）前記電気炉内を前記真空ポンプにより真空にするステップと、
（５）前記窒素供給源から前記電気炉内に窒素を充満させるステップと、
（６）前記電気炉内の窒素ガス圧が１気圧になったところで、前記金属アルミニウム板の融点（６６０．２℃）で該金属アルミニウム板を３０分間加熱するステップと、
（７）前記金属アルミニウム板の融点以上の温度Ｔ℃で、さらに所定の加熱処理時間ｔまたはｔ’分間加熱するステップと、を含む。
【００２２】
本発明に係る黒色窒化アルミニウムの製造方法において、前記金属アルミニウム板の融点以上の温度Ｔは、Ｔ＝７００℃〜８００℃、ナノサイズの立方晶を形成する際の前記金属アルミニウム板を加熱する所定の時間ｔはｔ＝１８０分未満、ナノサイズのウィスカーを形成する際の前記金属アルミニウム板を加熱する所定の時間ｔ’は、ｔ’＝３０分以上である。
【発明の効果】
【００２３】
窒素雰囲気中で、金属アルミニウム板を７００℃〜８００℃で熱処理すると，アルミニウム板表面にナノサイズの窒化アルミニウムのウィスカー並びに立方晶が形成され、金属アルミニウム板を黒色化することができた。この黒色化により紫外・可視光から遠赤外光まで、広い波長範囲の太陽光が反射を繰り返しながら吸収されるため、高い吸収率が期待できる。
【００２４】
従来、太陽熱温度差発電システムの集光板に用いられる酸化アルミニウム（アルミナ）基板の光吸収率は３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長範囲で、３２．２５％であった。これに対して、本発明に係る厚さ０．６μｍの黒色窒化アルミニウムを表面に有する基板（以下、「黒色窒化アルミニウム表面基板」という。）の太陽光に対する吸収率は、波長３００ｎｍ、６００ｎｍ、１８００ｎｍの太陽光それぞれに対して、１００％、９７％、９２％であり、非常に高い吸収率を広い波長範囲にわたって得ることができた。
【００２５】
窒化アルミニウムの熱伝導率はアルミナの熱伝導率３１Ｗ／ｍ・ｋの約６倍あり、ここにも窒化アルミニウムの利用価値があるが、光吸収性と熱伝導性に優れた黒色窒化アルミニウムはＡｌ板を窒素ガス中で加熱処理するだけという極めて簡便な方法で低コスト製造できるという特徴を持つ。
【００２６】
本発明に係る黒色窒化アルミニウムは、太陽光を効率良く吸収する太陽光・熱変換素子であり、フレネルレンズで集光する太陽熱温度差発電システムの集光板として利用できる。太陽熱温度差発電システムにおける基板構成は、黒色窒化アルミニウム表面基板を黒色Ａｌと表記して、黒色窒化Ａｌ／金属Ａｌ／黒色窒化Ａｌ／ペルチェ素子もしくは黒色窒化Ａｌ／通常の灰色窒化Ａｌ／ペルチェ素子のように構成でき、太陽光を高効率に利用して発電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１（ａ）】７００℃で１時間加熱後の、本発明に係る黒色窒化アルミニウム表面基板の平面写真図。
【図１（ｂ）】７００℃で１時間加熱後の、本発明に係る黒色窒化アルミニウム表面基板の平面写真図。
【図２（ａ）】本発明に係る金属アルミニウム基板のＸ線回折図。
【図２（ｂ）】ＩＣＤＤの金属アルミニウム基板のＸ線回折図。
【図３（ａ）】本発明に係る黒色窒化アルミニウム表面基板のＸ線回折図。
【図３（ｂ）】ＩＣＤＤの窒化アルミニウム基板のＸ線回折図。
【図４】１２０ｎｍ厚の真空蒸着Ａｌ膜を７００℃で１時間窒化処理した試料の光透過率の光波長に対する相間図。
【図５（ａ）】７５０℃で１時間加熱後の、本発明に係る黒色窒化アルミニウム表面基板の平面写真図。
【図５（ｂ）】７５０℃で２時間加熱後の、本発明に係る黒色窒化アルミニウム表面基板の平面写真図。
【図５（ｃ）】７５０℃で３時間加熱後の、本発明に係る黒色窒化アルミニウム表面基板の平面写真図。
【図６（ａ）】７５０℃で１時間加熱後の、本発明に係る黒色窒化アルミニウム表面基板のＸ線回折図。
【図６（ｂ）】７５０℃で２時間加熱後の、本発明に係る黒色窒化アルミニウム表面基板のＸ線回折図。
【図６（ｃ）】７５０℃で３時間加熱後の、本発明に係る黒色窒化アルミニウム表面基板のＸ線回折図。
【図７（ａ）】７００℃で１時間加熱後の、本発明に係る黒色窒化アルミニウム表面基板の平面写真図。
【図７（ｂ）】８００℃で１時間加熱後の、本発明に係る黒色窒化アルミニウム表面基板の平面写真図。
【図８（ａ）】７００℃で１時間加熱後の、本発明に係る黒色窒化アルミニウム表面基板のＸ線回折図。
【図８（ｂ）】７５０℃で１時間加熱後の、本発明に係る黒色窒化アルミニウム表面基板のＸ線回折図。
【図８（ｃ）】８００℃で１時間加熱後の、本発明に係る黒色窒化アルミニウム表面基板のＸ線回折図。
【図９】黒色窒化アルミニウム表面基板の製造装置。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の発明者等は、加熱温度と加熱処理時間をパラメータにして金属アルミニウム板（Ａｌ板）の加熱処理試料を作製し、それらの特徴を走査型電子顕微鏡（以下、「ＳＥＭ」という。）、Ｘ線回折（以下、「ＸＲＤ」という。）、Ｘ線光電子分光分析（以下、「ＸＰＳ」という。）等によって調べた。これらの実験の詳細は下記実施例に記載することとして、これらの結果を踏まえて、以下、図面を参照しながら本発明に係る黒色窒化アルミニウムの実施形態について説明する。なお、以下各図面を通して同一の構成要素には同一の符号を使用するものとする。
【００２９】
本発明に係る黒色窒化アルミニウムは、図９に示す製造装置を用いて、金属アルミニウム板（Ａｌ板）を、当該金属アルミニウム板の融点（６６０．２℃）以上の温度で、窒素雰囲気中において所定の時間加熱することにより、当該金属アルミニウム板表面に形成したナノサイズの立方晶及び／またはナノサイズのウィスカーである。窒素ガス雰囲気中で、Ａｌ板をＴ＝７００℃〜８００℃の範囲で典型的には１〜３時間加熱処理することにより、Ａｌ板の表面にナノサイズの窒化アルミ二ウムである立方晶（図１（ａ））またはナノサイズのウィスカー（図１（ｂ））が形成され、Ａｌ板の表面は黒色化する。
【００３０】
図１（ａ）、図１（ｂ）は、上記のように熱処理したアルミニウム板表面のＳＥＭ 像である。窒素ガス下７００℃でアルミニウム板を１時間加熱処理することにより、板表面が図１（ａ）、図１（ｂ）のように黒色化し、アルミニウム板表面に繊維状結晶であるウィスカー（図１（ｂ））および立方晶（図１（ａ））がそれぞれ同一試料の別領域に観察された。ウィスカーの根元の直径は約４０ｎｍ、立方晶の一辺の長さは約６０ｎｍである。
【００３１】
図３（ａ）に上記熱処理後のアルミニウム板表面層のＸＲＤスペクトルを示す。これをＩＣＤＤ（インターナショナル・センター・フォー・ディフラクション・データ）の立方晶窒化アルミニウムのデータファイルと照合すると、４５度と６５度付近のピークは黒色窒化アルミニウムの立方晶またはウィスカーに対応するピークだと考えられる。すなわち、図３（ｂ）のＩＣＤＤのデータより、窒化処理したアルミニウム板上には（２００）、（２２０）の結晶面があり、窒素ガスの下で金属アルミニウム板を加熱処理することにより、窒化アルミニウムのナノ結晶（立方晶（図１（ａ））またはウィスカー（図１（ｂ）））が形成されることがわかった。
【００３２】
図１（ａ）に示す、ナノサイズの立方晶は、金属アルミニウム板を、その融点以上の温度Ｔで、窒素雰囲気中において所定の時間ｔ分間加熱することにより生成して高効率の波長吸収率を得ることができる。上記のように、立方晶の一辺は略６０ｎｍである。図１（ａ）に示す黒色窒化アルミニウムの立方晶は、温度Ｔ＝７００℃で所定の時間ｔ＝６０分間加熱することにより金属アルミニウム板表面に形成したものであり、金属アルミニウム板表面は黒色化している。
【００３３】
上述のようなナノサイズの立方晶を生成する際の金属アルミニウム板の融点以上の上記温度Ｔは、Ｔ＝７００℃〜８００℃が好ましいが、７５０℃前後が好適である。
【００３４】
また、立方晶の黒色窒化アルミニウムを得るために、金属アルミニウム板を加熱する上記の所定の時間ｔは、１８０分間未満が好ましい。
【００３５】
次に、本発明に係るウィスカー形状の黒色窒化アルミニウムは、金属アルミニウム板を、当該金属アルミニウム板の融点以上の温度Ｔで、窒素雰囲気中において所定の時間ｔ’分間加熱することにより形成することができ、高効率の波長吸収率を実現することができる。図１（ｂ）においては、温度Ｔ＝７００℃で所定の時間ｔ’＝６０分間加熱することにより、金属アルミニウム板表面にナノサイズのウィスカーを得たものであり、やはり表面は黒色化している。
【００３６】
上述のようなナノサイズのウィスカーを生成する際の金属アルミニウム板の融点以上の温度Ｔも、立方晶の場合と同様にＴ＝７００℃〜８００℃が好ましい。
【００３７】
ウィスカー形状の黒色窒化アルミニウムを得るために、金属アルミニウム板を加熱する上記所定の時間ｔ’は、ｔ’＝３０分以上であるのが好ましいが、加熱時間が長いほど（例えば１８０分）、ウィスカーは立方晶に対して支配的となり、金属アルミニウム板表面の全面を覆うようになる。
【００３８】
このような本発明に係る黒色窒化アルミニウムの製造方法は、金属アルミニウム板を加熱処理してその表面に黒色窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のナノ結晶を形成するものであり、以下のような手順を含む。なお、本製造方法に用いる黒色窒化アルミニウムの製造装置は、図９のように、窒化アルミニウム合成装置（電気炉）１０と、窒素供給源１２と、真空ポンプ１４と、これらを開閉自在に石英ガラス管１６で接続する周知の加熱装置１を用いることができる。
【００３９】
本発明に係る黒色窒化アルミニウムの製造方法は、
（１）金属アルミニウム板を準備するステップ
（２）上記加熱装置１を準備するステップ
（３）金属アルミニウム板を電気炉１０内に配置するステップ
（４）電気炉１０内を真空ポンプ１４により真空にするステップ
（５）窒素供給源１２から電気炉１０内に窒素を充満させるステップ
（６）電気炉１０内の窒素ガス圧が１気圧になったところで、上記金属アルミニウム板の融点で当該金属アルミニウム板を３０分間加熱するステップと、
（７）上記金属アルミニウム板の融点以上の温度Ｔ℃で、さらに所定の加熱処理時間ｔまたはｔ’分間加熱するステップ
を含む。
【００４０】
ステップ（６）でアルミニウム板を６６０．２℃（金属アルミニウムの融点）で３０分間加熱するのは、金属アルミニウム板表面に吸着した酸素を取り除くためである。このステップ（６）の状態下で、酸化アルミニウム膜は、自然酸化膜と内部金属間の熱膨張差によりクラックを生じ、アルミニウムが露出する。このため、ステップ（８）でアルミニウムと窒素が反応を生じるようになる。
【００４１】
本発明に係る黒色窒化アルミニウム表面基板の製造においては、上述のように所定の温度Ｔは７００〜８００℃であり、所定の加熱処理時間ｔ、ｔ’は例えば３０〜１８０分間（０．５〜３時間）である。
【００４２】
さらに好ましくは、ナノサイズの立方晶を形成する際の加熱時間ｔは６０分程度（１８０分未満）、ナノサイズのウィスカーを形成する際の加熱時間ｔ’は長いほうが好適である。
【００４３】
以上、本発明に係る黒色窒化アルミニウムについて説明したが、以下にその実施例について説明する。
【実施例１】
【００４４】
窒素ガス中で加熱された金属アルミニウム板のＳＥＭ撮影（ＪＥＯＬ，ＪＳＭ−７００Ｌ）の結果を図１（ａ）、図１（ｂ）に示す。
【００４５】
ＸＲＤによる結晶構造解析の結果、７００℃で１時間熱処理後の金属アルミニウム板表面層に形成された物質は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の立方晶であることが明らかになった。ＳＥＭによる試料表面の観察結果によりＡｌＮの立方晶（一辺６０ｎｍ、図１（ａ））以外に直径４０ｎｍのウィスカー（繊維状結晶、図１（ｂ））が形成されることが見出された。
【実施例２】
【００４６】
図２（ａ）は、熱処理前の金属アルミニウム板表面のＸＲＤ（Ｒｉｇａｋｕ、Ｕｌｔｉｍａ  IV）のプロファィル図である。インターナショナル・センター・フォー・ディフラクション・データ（ＩＣＤＤ）の一覧表（図２（ｂ））と対比すると、図２（ａ）におけるＡｌ板には３８．５度（１１１）に強いピークが見つかった。４５度（２００）と７８度（３１１）のピークは弱く、６５度（２２０）のピークは検出できなかった。これは、アルミニウム板を圧延する際に、結晶の対称性が失われたものと考えられ、試料によってピークの強さに差異が見られる。
【００４７】
図３（ａ）は、窒素ガス下７００℃で１時間加熱処理後の上記アルミニウム板のＸＲＤのプロファィル図である。ＩＣＤＤによれば、図３（ｂ）の４５度と６５度のピークは、ＡｌＮ立方晶相のそれぞれ（２００）面と（２２０）面によるものであるが、本実施例（図３（ａ））においても検出された。
【実施例３】
【００４８】
１２０ｎｍ厚の真空蒸着Ａｌ膜を７００℃で１時間窒化処理した試料の紫外線、可視光、近赤外光に対する吸収率を調べた。熱処理後のアルミニウム板表面は黒色化しており、この試料について光透過率を測定した。図４は、１２０ｎｍ厚の真空蒸着Ａｌ膜を上記条件で加熱した試料の光透過率を示す。紫外線の透過率は約１０％だが、波長が長くなるにつれて透過率は増大し、１８００ｎｍの波長の光は約６０％透過した。すなわち、上記試料の紫外線、可視光、近赤外光に対する吸収率は、紫外域で９０％、可視域で５０％、近赤外域で４０％以上となった。
【００４９】
実際に用いるＡｌ板表面層は立方晶ないしウィスカーで全面覆われ、ＡｌＮ層の厚みは０．６μｍと、上記試料の１２０ｎｍより厚く、太陽光の波長３００ｎｍの１００％、６００ｎｍの９７％、１８００ｎｍの９２％を吸収する特性を有している。
【実施例４】
【００５０】
図１に示した７００℃で１時間加熱した試料と同様に、７５０℃で１時間加熱処理すると、立方晶とウィスカーのＡｌＮ構造を生成し（図５（ａ））、これらの構造の寸法は７００℃で得られるものと同様であった。ウィスカーの密度は熱処理時間の長さに伴なって顕著に増大することが分かった。７５０℃で熱処理を２時間行うと図５（ｂ）のように立方晶は消失し、さらに長い熱処理時間（３時間）に対して長いウィスカーが図５（ｃ）のようにアルミニウム板全表面を覆うことが分かった。ウィスカーの平均直径は約４０ｎｍであった。
【実施例５】
【００５１】
図６（ａ）〜図６（ｃ）は、７５０℃で加熱されたアルミニウム板の加熱時間の関数としてのＸＲＤプロファィルである。図６（ａ）の１時間熱処理後に得られる回折図は、立方晶ＡｌＮ相に対応するピークを示し、このプロファィルは図３（ｂ）のＩＣＤＤの示す立方晶のＡｌＮのピークと略同様であった。
【００５２】
上記実施例４で示唆されるように、ウィスカーの密度は熱処理時間の長さに伴なって顕著に増大し、これに伴って図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すＸＲＤプロファィルも変化し、結晶軸が加熱処理温度の変化とともに変化することが示唆される。図６（ｃ）に示す３時間の熱処理後のＸＲＤプロファィルは、ウィスカーがアルミニウム板全表面を覆った状態の回折図を示すと考えられる。
【実施例６】
【００５３】
図８（ａ）〜図８（ｃ）に、それぞれ処理温度Ｔ＝７００℃、７５０℃、８００℃で得られたＸ線回折図を示す。図８（ｂ）の７５０℃で加熱された試料のプロファィルは、標準的な立方晶ＡｌＮのＩＣＤＤデータに略一致した。しかし、ＸＲＤピークの強度は温度上昇と共に変化した。このことから、立方晶相が、処理温度Ｔ＝７００℃の図７（ａ）、処理温度Ｔ＝８００℃の図７（ｂ）に示すＳＥＭ撮像に示唆されるように、加熱処理温度の上昇と共にＡｌＮの結晶構造は変形することが示唆される。
【００５４】
以上、７００〜８００℃の窒素ガス中でのＡｌ板の加熱処理によってその表面上に、全波長域の太陽光を効率よく吸収するＡｌＮのナノ結晶（ＡｌＮ層）の合成法を明らかにした。上記のように本発明に係る黒色窒化アルミニウム表面基板について、実施形態、実施例を用いて説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではない。
【００５５】
上記実施形態等においては、金属アルミニウム基板上にＡｌＮのナノ結晶を形成したが、基板はアルミナ基板、窒化アルミニウム基板、石英ガラス等、その他の基板を用いてもよい。あるいは、金属アルミニウム基板上に自然に発生する酸化膜（酸化アルミニウム）を回避するため、真空蒸着法、イオンプレーティング法やスパッタ法で金属アルミニウムをコーティングした基板を用いてもよい。
【００５６】
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明に係る黒色窒化アルミニウムは、太陽光を効率良く吸収する太陽光・熱変換素子であり、フレネルレンズで集光する太陽熱温度差発電システムの集光板として利用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１：加熱装置（本発明に係る黒色窒化アルミニウム表面基板の製造装置）
１０：窒化アルミニウム合成装置（電気炉）
１２：窒素供給源
１４：真空ポンプ
１６：石英ガラス管
【図１（ａ）】
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【図１（ｂ）】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図４】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図５（ｃ）】
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【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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【図６（ｃ）】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図８（ａ）】
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【図８（ｂ）】
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【図８（ｃ）】
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【図９】
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