(57)【要約】  基材と、基材上に配置され、固有音響インピーダンスが異なる２種以上の層からなる積層構造と、を備え、積層構造を構成する層の数が１０以上であり、積層構造を構成する層の最大層厚が８ｎｍ以下であり、積層構造は、層厚の標準偏差／平均層厚で定義されるＣＶ値が０．０５以上である積層体、並びに、上記積層体を備える、建材、窓材及び放射冷却装置。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
前記基材上に配置され、固有音響インピーダンスが異なる２種以上の層からなる積層構造と、
を備え、
前記積層構造を構成する層の数が１０以上であり、
前記積層構造を構成する層の最大層厚が８ｎｍ以下であり、
前記積層構造は、層厚の標準偏差／平均層厚で定義されるＣＶ値が０．０５以上である積層体。
【請求項２】
前記積層構造を構成する層の数が、１００以上である請求項１に記載の積層体。
【請求項３】
前記積層構造が、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、及び金属硫化物からなる群から選択される２種以上の金属化合物からなる請求項１又は請求項２に記載の積層体。
【請求項４】
前記２種以上の金属化合物における金属元素が、Ｓｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｇｅ、及びＺｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素である請求項３に記載の積層体。
【請求項５】
前記固有音響インピーダンスが異なる２種以上の層は、２種以上の金属酸化物層又は２種以上の金属窒化物層を含む請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の積層体。
【請求項６】
前記固有音響インピーダンスが異なる２種以上の層は、Ａｌ２Ｏ３層とＳｉＯ２層との組み合わせ、Ｎｂ２Ｏ５層とＳｉＯ２層との組み合わせ、又は、ＡｌＮ層とＳｉＮ層との組み合わせを含む請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の積層体。
【請求項７】
更に、層厚が８ｎｍ超である光干渉層を備える請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の積層体。
【請求項８】
４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲における最低透過率が、１０％以上である請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の積層体。
【請求項９】
６μｍ〜１２μｍの波長範囲における最低透過率が、１０％以上である請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の積層体。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の積層体を備える建材。
【請求項１１】
請求項８又は請求項９に記載の積層体を備える窓材。
【請求項１２】
請求項９に記載の積層体を備える放射冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、積層体、建材、窓材及び放射冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、省エネルギーの観点から、建材、窓材等に対し、断熱機能がより求められるようになっている。例えば住宅において、特に大きな熱の流出入源として、窓ガラスが考えられる。【０００３】
断熱機能が高い断熱材としては、真空断熱材（０．００２Ｗ／（ｍ・Ｋ））、グラスウール（０．０３Ｗ／（ｍ・Ｋ））等が知られている。しかし、これら真空断熱材及びグラスウールは、いずれも光学的には不透明な材料であるため、窓材としては利用しにくい。
また、窓材として、互いに距離を隔てて配置された２枚の窓ガラスを備え、２枚の窓ガラスによって挟まれた空間を真空にした構造の真空ガラスが利用されている。
しかし、真空ガラスには、窓ガラスを２枚にすることにより重量が増加するという問題や、真空を維持する構造が必要であるためコストが高いという問題がある。【０００４】
上述した背景の下、光学的性質又は断熱性を備えた各種の積層体が検討されている。
例えば、特開２００６−３３４７８７号公報には、可視光透過性が高くかつ赤外光の遮断性の高い透明断熱積層体として、透明基板上に熱線を反射する金属層と透明な光補償層を交互に複数層積層して、可視光を透過し、熱線を反射するようにした透明断熱積層体において、該光補償層が導電性の金属酸化物からなる透明導電層であり、波長５１０ｎｍでの光透過率Ｔ（５１０）が７４％以上で、波長７００ｎｍの光透過率Ｔ（７００）と波長９００ｎｍでの光透過率Ｔ（９００）との比Ｔ（９００）／Ｔ（７００）が０．３以下である透明断熱積層体が開示されている。
また、特開２０１３−２５６１０４号公報には、優れた熱線反射性、可視光透過率および電波透過性を有する熱反射構造体として、基材と、基材上に位置し、金属層および誘電体層が交互に積層されてなり、かつ、両最外層が誘電体層である交互積層体と、を有し、誘電体層は金属酸化物の結晶領域およびアモルファス領域から構成される、熱反射構造体が開示されている。
また、特開平１０−１８２１９２号公報には、耐湿性を大巾に向上した断熱ガラスとして、ガラス基板の表面上に、少なくとも透明酸化物膜層、貴金属膜層、Ａｌ−Ｚｎ膜層を組み合わせ順次積層した積層膜であって、貴金属膜層を少なくともＡｌ−Ｚｎ膜層で保護するように、Ａｌ−Ｚｎ膜層を存在させた断熱ガラスが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特開２００６−３３４７８７号公報、特開２０１３−２５６１０４号公報、及び特開平１０−１８２１９２号公報に記載の技術に対し、熱伝導率をより低減し、断熱機能をより向上させることが求められている。
従って、本開示の課題は、熱伝導率が低減された積層体、並びに、上記積層体を備える、建材、窓材及び放射冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための手段には、以下の態様が含まれる。
＜１＞  基材と、
基材上に配置され、固有音響インピーダンスが異なる２種以上の層からなる積層構造と、
を備え、
積層構造を構成する層の数が１０以上であり、
積層構造を構成する層の最大層厚が８ｎｍ以下であり、
積層構造は、層厚の標準偏差／平均層厚で定義されるＣＶ値が０．０５以上である積層体。
＜２＞  積層構造を構成する層の数が、１００以上である＜１＞に記載の積層体。
＜３＞  積層構造が、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、及び金属硫化物からなる群から選択される２種以上の金属化合物からなる＜１＞又は＜２＞に記載の積層体。
＜４＞  ２種以上の金属化合物における金属元素が、Ｓｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｇｅ、及びＺｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素である＜３＞に記載の積層体。
＜５＞  固有音響インピーダンスが異なる２種以上の層は、２種以上の金属酸化物層又は２種以上の金属窒化物層を含む＜１＞〜＜４＞のいずれか１つに記載の積層体。
＜６＞  固有音響インピーダンスが異なる２種以上の層は、Ａｌ２Ｏ３層とＳｉＯ２層との組み合わせ、Ｎｂ２Ｏ５層とＳｉＯ２層との組み合わせ、又は、ＡｌＮ層とＳｉＮ層との組み合わせを含む＜１＞〜＜５＞のいずれか１つに記載の積層体。
＜７＞  更に、層厚が８ｎｍ超である光干渉層を備える＜１＞〜＜６＞のいずれか１つに記載の積層体。
＜８＞  ４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲における最低透過率が、１０％以上である＜１＞〜＜７＞のいずれか１つに記載の積層体。
＜９＞  ６μｍ〜１２μｍの波長範囲における最低透過率が、１０％以上である＜１＞〜＜７＞のいずれか１つに記載の積層体。
＜１０＞  ＜１＞〜＜９＞のいずれか１つに記載の積層体を備える建材。
＜１１＞  ＜８＞又は＜９＞に記載の積層体を備える窓材。
＜１２＞  ＜９＞に記載の積層体を備える放射冷却装置。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、熱伝導率が低減された積層体、並びに、上記積層体を備える、建材、窓材及び放射冷却装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例２の積層体の４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域での反射スペクトルである。
【図２】実施例２の積層体の４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域での透過スペクトルである。
【図３】実施例１０１の積層体の４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域での反射スペクトルである。
【図４】実施例１０１の積層体の４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域での透過スペクトルである。
【図５】実施例２０１の積層体の４μｍ〜１５μｍの波長領域での反射スペクトルであり
【図６】実施例２０１の積層体の４μｍ〜１５μｍの波長領域での透過スペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書にいう「金属」の概念には、半金属（例えば、Ｓｉ、Ｇｅ等）も含まれる。
本明細書にいう「光」は、電磁波全般を意味し、可視光には限定されない。
本明細書にいう「層厚」とは、１層の厚みを意味する。
【００１０】
〔積層体〕
本開示の積層体は、基材と、基材上に配置され、固有音響インピーダンスが異なる２種以上の層からなる積層構造と、を備え、積層構造を構成する層の数が１０以上であり、積層構造を構成する層の最大層厚が８ｎｍ以下であり、積層構造は、層厚の標準偏差／平均層厚で定義されるＣＶ値が０．０５以上である。
本開示の積層体は、基材及び積層構造以外の要素（例えば、後述の光干渉層）を備えていてもよい。
【００１１】
本開示の積層体は、熱伝導率が低減された積層体である。このため、本開示の積層体は、優れた断熱機能を有する。
かかる効果が奏される理由は、以下のように推測されるが、本開示の積層体は以下の理由によって限定されることはない。
【００１２】
本開示の積層体では、固有音響インピーダンスが異なる２種以上の層からなる積層構造を備え、積層構造を構成する層の数が１０以上である。
異なる２種の物質の界面には界面熱抵抗が存在する。
本開示の積層体では、積層構造を構成する層の数が１０以上であることにより、この界面熱抵抗を有する界面の数が９以上であるため、熱伝導率が低減されると考えられる。
【００１３】
また、本開示の積層体は、固有音響インピーダンスが異なる２種以上の層からなる積層構造を構成する層の最大層厚が８ｎｍ以下である。
ここで、積層構造を構成する層の最大層厚とは、積層構造を構成する全ての層の各々の厚さからなる母集団の中での最大値を意味する。
【００１４】
固有音響インピーダンスは、物質の密度と音速との積である。固有音響インピーダンスが異なる２種以上の層からなる積層構造ではフォノンの界面反射が生じる。
本開示の積層体では、
固有音響インピーダンスが異なる２種以上の層からなる積層構造において、フォノンの界面反射が生じること、及び、
積層構造を構成する層の層厚（最大層厚として８ｎｍ以下）が、フォノンの平均自由行程とされている１０数ｎｍよりも小さいこと
の両方を満足することにより、フォノンの干渉が生じると考えられる。
このフォノンの干渉により、積層構造における熱伝導率が効果的に低減されると考えられる。
【００１５】
更に、本開示における積層構造は、層厚の標準偏差／平均層厚で定義されるＣＶ値が０．０５以上である。
ここで、平均層厚とは、積層構造を構成する全ての層の各々の厚さからなる母集団の算術平均値を意味する。
また、層厚の標準偏差とは、積層構造を構成する全ての層の各々の厚さからなる母集団の標準偏差を意味する。
【００１６】
積層構造のＣＶ値が０．０５以上であることは、概略的に言えば、積層構造を構成する層の層厚に、ある程度のバラつき（詳細には層間でのバラつき）が存在することを意味している。
積層構造のＣＶ値が０．０５以上であることにより、熱伝導率が効果的に低減される。この理由は、積層構造を構成する層の層厚にある程度のバラつきが存在すること、及び、前述したフォノンの干渉が生じることにより、フォノンのアンダーソン局在が発生し、これにより、フォノンの平均透過率が減少し、その結果、積層構造における熱伝導率が効果的に低減されるためと考えられる。
【００１７】
本開示の積層体では、以上の理由により、熱伝導率が効果的に低減されていると考えられる。
次に、本開示の積層体の各要素について説明する。
【００１８】
＜基材＞
基材としては特に制限はなく、あらゆる基材を用いることができる。
基材の材質としては、例えば、ガラス、金属、金属化合物、プラスチック、セラミックス等が挙げられる。
ガラスとしては、例えば、天然石英ガラス、合成石英ガラス、ソーダガラス、ランタンガラスなどが挙げられる。
金属としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ等が挙げられる。
金属化合物としては、例えば、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＴｌＢｒとＴｌＩとの混合物、ＴｌＢｒとＴｌＣｌとの混合物、等が挙げられる。
基材の形状には特に制限はないが、様々な用途に適用できる点で、板形状が好ましい。
【００１９】
＜積層構造＞
本開示の積層体は、基材上に配置され、固有音響インピーダンスが異なる２種以上の層からなる積層構造を備える。
【００２０】
（材質）
積層構造を構成する層は、固有音響インピーダンスが異なる２種以上の材質の各々からなる層であることが好ましい。
積層構造を構成する、固有音響インピーダンスが異なる２種以上の材質は、２種以上の有機物であってもよいし、２種以上の無機物であってもよいし、１種以上の有機物と１種以上の無機物との組み合わせであってもよい。
【００２１】
物質の固有音響インピーダンスの具体的な値（単位：Ｎ・ｓ／ｍ３）については、機械音響学（安田仁彦、２００４年  コロナ社）を参照できる。
【００２２】
積層構造は、積層構造を構成する最小の固有音響インピーダンスに対する比が１．１以上（より好ましくは１．５以上）の異なる２種以上の層からなることが好ましい。
【００２３】
積層構造は、成膜の容易性から、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、及び金属硫化物からなる群から選択される２種以上の金属化合物からなることが好ましい。
積層構造を構成する層は、上記２種以上の金属化合物の各々からなる２種以上の層であることが好ましい。
積層構造の具体的態様としては、例えば、
金属酸化物からなる層（以下、「金属酸化物層」ともいう）を２種以上含む態様、
金属窒化物からなる層（以下、「金属窒化物層」ともいう）を２種以上含む態様、
金属酸窒化物からなる層（以下、「金属酸窒化物層」ともいう）を２種以上含む態様、
金属硫化物からなる層（以下、「金属硫化物層」ともいう）を２種以上含む態様、
１種以上の金属酸化物層と１種以上の金属窒化物層とを含む態様、
１種以上の金属酸化物層と１種以上の金属酸窒化物層とを含む態様、
１種以上の金属酸化物層と１種以上の金属硫化物層とを含む態様、
１種以上の金属窒化物層と１種以上の金属酸窒化物層とを含む態様、
１種以上の金属窒化物層と１種以上の金属硫化物層とを含む態様、
１種以上の金属酸窒化物層と１種以上の金属硫化物層とを含む態様、
等が挙げられる。
【００２４】
積層構造の好ましい態様は、
１種目の層（以下、「Ｘ層」ともいう）と２種目の層（以下、「Ｙ層」ともいう）とを、Ｘ層／Ｙ層／Ｘ層／Ｙ層／Ｘ層・・・のように、交互に配置した構造、又は、
上記交互に配置した構造の任意の層間に、Ｘ層及びＹ層以外のその他の層の少なくとも１種を挿入した構造である。
上記その他の層の少なくとも１種を挿入した構造としては、例えば、Ｘ層／Ｙ層／Ｚ層／Ｘ層／Ｙ層／Ｗ層／Ｘ層・・・の構造がある。ここで、Ｚ層は、３種目の層であり、Ｗ層は、４種目の層である。
【００２５】
金属化合物における金属元素は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｇｅ、及びＺｎからなる群から選択される少なくとも１種（より好ましくは２種以上）の元素であることが好ましい。
金属化合物における金属元素は、Ｓｉ、Ａｌ、及びＮｂからなる群から選択される少なくとも１種（より好ましくは２種以上）を含むことが好ましく、Ｓｉ及びＡｌからなる群から選択される少なくとも１種を含むことがより好ましく、Ｓｉを含むことが特に好ましい。
【００２６】
金属酸化物としては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｇＯ、ＧｅＯ２、ＺｎＯ、ＺｒＯ２等が挙げられる。
金属窒化物としては、ＡｌＮ、ＳｉＮ等が挙げられる。
金属酸窒化物としては、ＡｌＯＮ、ＳｉＯＮ、等が挙げられる。
金属硫化物としては、ＺｎＳ等が挙げられる。
【００２７】
固有音響インピーダンスが異なる２種以上の層は、熱伝導率低減の効果がより効果的に得られる点から、２種以上の金属酸化物層又は２種以上の金属窒化物層を含むことが好ましく、Ａｌ２Ｏ３層とＳｉＯ２層との組み合わせ、Ｎｂ２Ｏ５層とＳｉＯ２層との組み合わせ、又は、ＡｌＮ層とＳｉＮ層との組み合わせを含むことが特に好ましい。
【００２８】
（層の数）
積層構造を構成する層の数は、前述のとおり１０以上である。
積層構造を構成する層の数は、積層体の熱伝導率をより低減させる観点から、好ましくは２０以上であり、より好ましくは５０以上であり、更に好ましくは１００以上である。
積層構造を構成する層の数の上限には特に制限はない。積層体の製造適性の観点から、積層構造を構成する層の数の上限は、例えば１０００万であり、好ましくは３００万であり、特に好ましくは１００万である。
【００２９】
（最大層厚、平均層厚）
積層構造を構成する層の最大層厚は、８ｎｍ以下である。これにより、前述のとおり、積層体の熱伝導率が低減される。
積層構造を構成する層の最大層厚は、積層体の熱伝導率をより低減させる観点から、好ましくは５ｎｍ以下であり、より好ましくは４ｎｍ以下である。
積層構造を構成する層の最大層厚の下限には特に制限はない。層形成（成膜）の適性の観点から、積層構造を構成する層の最大層厚の下限は、好ましくは１ｎｍ、より好ましくは２ｎｍである。
【００３０】
積層構造を構成する層の平均層厚の上限は、好ましくは７ｎｍ、より好ましくは４ｎｍ、特に好ましくは３ｎｍである。
積層構造を構成する層の平均層厚の下限は、好ましくは１ｎｍ、より好ましくは２ｎｍである。
【００３１】
（ＣＶ値）
積層構造は、層厚の標準偏差／平均層厚で定義されるＣＶ値が、０．０５以上である。
熱伝導率をより低減する観点から、積層構造を構成する層の層厚のＣＶ値は、好ましくは０．１０以上である。
積層構造を構成する層の層厚のＣＶ値の上限には特に制限はないが、上限は、例えば０．６０である。
【００３２】
＜光干渉層＞
本開示の積層体は、層厚が８ｎｍ超である光干渉層を少なくとも１層備えることが好ましい。これにより、積層体の光学的機能をより向上させることができる。
上述したとおり、本開示における積層構造を構成する各層の層厚（最大層厚でも、８ｎｍ以下）は、可視光（４００ｎｍ〜８００ｎｍ）の波長に対し著しく小さい。このため、可視光は、積層構造の中の例えばＸ層とＹ層とを区別することはできない。従って、可視光からみると、積層構造は、平均的な屈折率を持つ１層の混合材料膜として捉えられる。可視光よりも長波長側の電磁波からみても、同様のことが言える。
従って、積層構造から見て、基材側及び／又は基材とは反対側に、光干渉層を配置することにより、積層体の光学的機能をより向上させることができる。例えば、積層構造に、特定の波長に対する反射防止効果を持たせたり、特定の波長に対する増反射効果を持たせることができる。
【００３３】
光干渉層の層厚は、８ｎｍ超であればよく、特に制限されないが、好ましくは８．３ｎｍ以上であり、より好ましくは９ｎｍ以上であり、特に好ましくは１０ｎｍ以上である。
光干渉層の層厚の上限は、光干渉層の製造適性の観点から、好ましくは１０００ｎｍであり、より好ましくは２００ｎｍであり、特に好ましくは１００ｎｍである。
【００３４】
光干渉層の材質としては、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、及び金属フッ化物からなる群から選択される少なくとも１種の金属化合物、Ｓｉ（単体）、又はＧｅ（単体）が好ましい。
光干渉層の材質としての上記金属化合物における金属元素としては、Ｓｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｙ、Ｃａ、Ｂａ、Ｌｉ、及びＮａからなる群から選択される少なくとも１種の元素が好ましい。
【００３５】
本開示の積層体において、着目する波長範囲としては、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲（即ち、可視領域）、６μｍ〜１２μｍの波長範囲（即ち、赤外領域の一部）、等が挙げられる。
【００３６】
＜態様Ａ＞
本開示の積層体の好ましい態様として、積層体の４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲における最低透過率が１０％以上である態様Ａが挙げられる。
態様Ａに係る積層体は、熱伝導率が低減されたことにより優れた断熱機能を有し、かつ、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの可視光線を透過させる機能を有する。
態様Ａの積層体は、窓材（例えば、建築用の窓材、車両用の窓材、航空機用の窓材、船舶用の窓材等）の一部又は全部として好適である。
【００３７】
態様Ａは、
基材の材質がガラスであり、
積層構造の材質が、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、及び金属硫化物からなる群から選択される２種以上の金属化合物であり、
金属化合物の金属元素が、Ｓｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｚｒ、及びＺｎからなる群から選択される１種以上（より好ましくは２種以上）である場合に、より実現し易い。
【００３８】
（最低透過率）
態様Ａに係る積層体は、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲における最低透過率が１０％以上である。
本明細書において、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲における最低透過率とは、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲における透過率の最低値を意味する。
４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲における最低透過率は、好ましくは３０％以上、より好ましくは５０％以上、特に好ましくは８０％以上である。
４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲における最低透過率の上限には特に制限はないが、積層体の製造適性の観点から、好ましい上限は９９％である。
【００３９】
（最高反射率）
態様Ａに係る積層体は、反射防止機能の観点から、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲における最高反射率が１０％以下であることが好ましく、６％以下であることがより好ましく、５％以下であることが更に好ましく、４％以下であることが更に好ましい。
本明細書において、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲における最高反射率とは、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲における反射率の最高値を意味する。
４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲における最高反射率は、０％であってもよいし、０％超であってもよい。
４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲における最高反射率の低減は、態様Ａに係る積層体が上述した光干渉層を備える場合に、より達成し易い。
態様Ａに係る積層体が備え得る光干渉層の材質としては、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、及び金属フッ化物からなる群から選択される少なくとも１種の金属化合物が好ましい。上記金属化合物における金属元素としては、Ｓｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｙ、Ｃａ、Ｂａ、Ｌｉ、及びＮａからなる群から選択される少なくとも１種の元素が好ましい。
【００４０】
＜態様Ｂ＞
本開示の積層体の好ましい態様として、積層体の６μｍ〜１２μｍの波長範囲における最低透過率が１０％以上である態様Ｂが挙げられる。
態様Ｂに係る積層体は、熱伝導率が低減されたことにより優れた断熱機能を有し、かつ、波長６μｍ〜１２μｍの赤外線を透過させる機能を有する。
態様Ａの積層体は、放射冷却機能を有する窓材（例えば、放射冷却装置用の窓材）の一部又は全部として好適である。
【００４１】
態様Ｂは、
基材の材質が、Ｓｉ、Ｇｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＴｌＢｒとＴｌＩとの混合物、又は、ＴｌＢｒとＴｌＣｌとの混合物であり、
積層構造の材質が、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、及び金属硫化物からなる群から選択される２種以上の金属化合物であり、
金属化合物の金属元素が、Ｓｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｚｒ、及びＺｎからなる群から選択される１種以上（より好ましくは２種以上）である場合に、より実現し易い。
【００４２】
（最低透過率）
態様Ｂに係る積層体は、６μｍ〜１２μｍの波長範囲における最低透過率が１０％以上である。
本明細書において、６μｍ〜１２μｍの波長範囲における最低透過率とは、６μｍ〜１２μｍの波長範囲における透過率の最低値を意味する。
６μｍ〜１２μｍの波長範囲における最低透過率は、好ましくは３０％以上、より好ましくは５０％以上である。
６μｍ〜１２μｍの波長範囲における最低透過率の上限には特に制限はないが、積層体の製造適性の観点から、好ましい上限は９９％であり、より好ましく上限は９０％であり、更に好ましい上限は８０％である。
【００４３】
（最高反射率）
態様Ｂに係る積層体は、反射防止機能の観点から、６μｍ〜１２μｍの波長範囲における最高反射率が、４０％以下であることが好ましく、３０％以下であることがより好ましく、２０％以下であることが更に好ましい。
本明細書において、６μｍ〜１２μｍの波長範囲における最高反射率とは、６μｍ〜１２μｍの波長範囲における反射率の最高値を意味する。
６μｍ〜１２μｍの波長範囲における最高反射率は、０％であってもよいし、０％超であってもよい。
６μｍ〜１２μｍの波長範囲における最高反射率の低減は、態様Ｂに係る積層体が上述した光干渉層を備える場合に、より達成し易い。
態様Ｂに係る積層体が備え得る光干渉層の材質としては、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、及び金属フッ化物からなる群から選択される少なくとも１種の金属化合物、Ｓｉ（単体）、又はＧｅ（単体）が好ましい。上記金属化合物における金属元素としては、Ｓｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｙ、Ｃａ、Ｂａ、Ｌｉ、及びＮａからなる群から選択される少なくとも１種の元素が好ましい。
【００４４】
〔建材〕
本開示の建材は、上述した本開示の積層体を備える。
本開示の建材は、熱伝導率が低減された本開示の積層体を備えるので、優れた断熱機能を有する。
建材としては、壁材、床材、窓材、等が挙げられる。
本開示の建材は、上述した本開示の積層体自体であってもよいし、上述した本開示の積層体と他の部材との複合部材であってもよい。
他の部材としては、建材の分野において公知のあらゆる部材を用いることができ、特に制限はない。
【００４５】
〔窓材〕
本開示の窓材は、上述した態様Ａ又は態様Ｂに係る積層体を備える。
本開示の窓材は、熱伝導率が低減された本開示の積層体を備えるので、優れた断熱機能を有する。更に、態様Ａ又は態様Ｂにおける光学的機能を有する。
窓材としては、建築用の窓材、車両用の窓材、航空機用の窓材、船舶用の窓材、放射冷却装置用の窓材、等が挙げられる。
【００４６】
本開示の窓材は、態様Ａ又は態様Ｂに係る積層体自体であってもよいし、態様Ａ又は態様Ｂに係る積層体と他の部材との複合部材であってもよい。
他の部材としては、建築、車両、航空機、船舶、放射冷却装置、等の各種技術分野において公知のあらゆる部材を用いることができ、特に制限はない。
【００４７】
態様Ａに係る積層体を備える窓材は、建築用の窓材、車両用の窓材、航空機用の窓材、船舶用の窓材等として好適である。
態様Ａに係る積層体を備える窓材は、建築用の窓材、車両用の窓材、航空機用の窓材、船舶用の窓材等の機能として求められる、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの可視光線を透過させる機能を有し、かつ、優れた断熱機能を有する。
【００４８】
態様Ｂに係る積層体を備える窓材は、放射冷却装置用の窓材として好適である。
態様Ｂに係る積層体を備える窓材は、放射冷却装置用の窓材の機能として求められる、波長６μｍ〜１２μｍの赤外線を透過させる機能を有し、かつ、優れた断熱機能を有する。
【００４９】
ここで、放射冷却装置の一例について説明する。
本一例に係る放射冷却装置は、装置内部に収容された冷却対象物を放射冷却現象を利用して冷却する装置である。即ち、本一例に係る放射冷却装置は、冷却対象物を収容する内部空間を有する。本一例に係る放射冷却装置用の窓材は、上記内部空間を確定するための隔壁の一部を構成し、内部空間からみて天空側に配置される。
上記放射冷却装置による冷却対象物の冷却（放射冷却）は、内部空間から天空に向けて、波長６μｍ〜１２μｍの赤外線を放射することによって行う。従って、放射冷却装置用の窓材には、第１の機能として、波長６μｍ〜１２μｍの赤外線を透過させる機能が求められる。更に、放射冷却装置用の窓材には、第２の機能として、装置外部からの熱流入を抑制する機能（即ち、断熱機能）も求められる。
態様Ｂに係る積層体を備える窓材は、第１の機能及び第２の機能を有する、放射冷却装置用の窓材として好適である。
【００５０】
〔放射冷却装置〕
本開示の放射冷却装置は、態様Ｂに係る積層体を含む。
態様Ｂに係る積層体は、波長６μｍ〜１２μｍの赤外線を透過させる機能と、優れた断熱機能と、を有する。
従って、態様Ｂに係る積層体を備える本開示の放射冷却装置によれば、放射冷却効果と外部からの熱流入抑制効果とが両立されるので、冷却対象物を効果的に冷却することができる。
放射冷却装置の一例については上述したとおりである。
放射冷却装置としては、より具体的には、例えば、A. P. Ramanら著”Passive radiative cooling below ambient air temperature under direct sunlight” Nature, Vol. 515, 540, 2014.に記載された放射冷却装置が挙げられる。
【実施例】
【００５１】
以下、本開示の実施例を示すが、本開示は以下の実施例に限定されるものではない。【００５２】
〔実施例１〕
＜積層体の作製＞
基材としてのＳｉ基板上に、電子サイクロトロンスパッタ装置による気相成膜により、１種目の層（層Ｘ）としてのＡｌ２Ｏ３層と、２種目の層（層Ｙ）としてのＳｉＯ２層と、を交互に（即ち、基材／層Ｘ／層Ｙ／層Ｘ／層Ｙ・・・となる配置で。以下同様。）、それぞれ５０層ずつ成膜することにより、層の数が１００である積層構造を形成した。
この際、１層ごとに成膜時間を変化させることにより、１層毎の層厚にバラつきが生じるようにした。
以上により、実施例１の積層体を得た。【００５３】
ここで、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２の固有音響インピーダンスは、それぞれ、２．５×１０７Ｎ・ｓ／ｍ３及び１．３×１０７Ｎ・ｓ／ｍ３であり、両者は異なる。【００５４】
＜層厚測定＞
上記積層体における積層構造の断面を、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）加工によって形成し、得られた断面について、倍率１６万倍、加速電圧３００ｋＶのＳＴＥＭ（Scanning Transmission Electron Microscope）像を取得した。ＳＴＥＭとしては、ＦＥＩ社製のＴｉｔａｎ８０−３００を用いた。
取得したＳＴＥＭ像に基づき、１００層それぞれの層厚を測定した。
得られた１００層それぞれの層厚を母集団として、平均層厚（即ち、層厚の算術平均値）、最大層厚、及びＣＶ値（＝層厚の標準偏差／平均層厚）をそれぞれ求めた。
結果を表１に示す。【００５５】
＜熱伝導率の評価＞
実施例１の積層体の上記積層構造のサーモリフレクタンス信号を取得するために、上記積層構造の最上層の表面に、ＲＦ（radio frequency）スパッタリング法により、Ａｌ薄膜２０ｎｍを成膜した。このＡｌ薄膜の成膜後、周期８０ＭＨｚのレーザ光を用い、表面加熱／表面検出方式のサーモリフレクタンス法により、実施例１の積層体の上記積層構造のサーモリフレクタンス信号を取得した。
同様にして、後述する比較例１の膜（ＳｉＯ２単層、層厚３００ｎｍ）のサーモリフレクタンス信号を取得した。【００５６】
上記で取得した実施例１及び比較例１のサーモリフレクタンス信号を、それぞれ、有限要素法による熱伝導シミュレーションによって再現し、各々のサーモリフレクタンス信号を導出した。ここで、熱伝導シミュレーションは、周期８０ＭＨｚの加熱を開始してから定常状態になるまでの時間を模擬するために、２０００ｐｓの間について行った。
導出したサーモリフレクタンス信号において、最後に加熱するパルスに対し２００ｐｓ前の値に基づき、実施例１の積層構造の熱伝導率を算出した。熱伝導率の算出条件は、比較例１の膜の熱伝導率とＳｉＯ２の熱伝導率の文献値１．３８Ｗ／（ｍ・Ｋ）とが一致する条件とした。【００５７】
表１に、実施例１の熱伝導率（シミュレーションによる算出結果）を、比較例１の膜（ＳｉＯ２単層、層厚３００ｎｍ）の熱伝導率を１００とした場合の相対値として示す。【００５８】
〔実施例２〕
基材を合成石英ガラス基板（以下、単に「石英ガラス」ともいう）に変更したこと以外は実施例１と同様の操作を行った。結果を表１に示す。【００５９】
〔実施例３〕
基材としてのＳｉ基板上に、ラジカルアシステッドスパッタ装置による気相成膜により、Ｎｂ２Ｏ５層（層Ｘ）とＳｉＯ２層（層Ｙ）とを交互に、それぞれ５０層ずつ成膜することにより、層の数が１００である積層構造を形成した。この際、１層ごとに成膜時間を変化させることにより、１層毎の層厚にバラつきが生じるようにした。【００６０】
ここで、Ｎｂ２Ｏ５及びＳｉＯ２の固有音響インピーダンスは、それぞれ、３．２×１０７Ｎ・ｓ／ｍ３及び１．３×１０７Ｎ・ｓ／ｍ３であり、両者は異なる。【００６１】
得られた積層構造について、実施例１と同様の測定及び評価を実施した。
結果を表１に示す。【００６２】
〔比較例１〕
基材としてのＳｉ基板上に、電子サイクロトロンスパッタ装置による気相成膜により、１層のＳｉＯ２層を形成した
得られたＳｉＯ２層について、実施例１と同様の測定及び評価を実施した。
結果を表１に示す。【００６３】
〔比較例２〕
基材としてのＳｉ基板上に、電子サイクロトロンスパッタ装置による気相成膜により、Ａｌ２Ｏ３層（層Ｘ）とＳｉＯ２層（層Ｙ）とを交互に成膜することにより、層の数が７（詳細には、Ａｌ２Ｏ３層４層及びＳｉＯ２層３層）である積層構造を形成した。この際、１層ごとに成膜時間を変化させることにより、１層毎の層厚にバラつきが生じるようにした。
得られた積層構造について、実施例１と同様の測定及び評価を実施した。
結果を表１に示す。【００６４】
〔比較例３〕
基材としての石英ガラス基板上に、電子サイクロトロンスパッタ装置による気相成膜により、Ａｌ２Ｏ３層（層Ｘ）とＳｉＯ２層（層Ｙ）とを交互に、それぞれ５０層ずつ成膜することにより、層の数が１００である積層構造を形成した。この際、５０層のＡｌ２Ｏ３層の成膜時間を全て同一とし、かつ、５０層のＳｉＯ２層の成膜時間を全て同一とすることにより、１００層全てのそれぞれの層厚が３．０ｎｍとなるようにした。
得られた積層構造について、実施例１と同様の測定及び評価を実施した。
結果を表１に示す。【００６５】
〔比較例４〕
基材としてのＳｉ基板上に、電子サイクロトロンスパッタ装置による気相成膜により、Ａｌ２Ｏ３層（層Ｘ）とＳｉＯ２層（層Ｙ）とを交互に成膜することにより、層の数が２５（詳細には、Ａｌ２Ｏ３層１３層及びＳｉＯ２層１２層）である積層構造を形成した。この際、１層ごとに成膜時間を変化させることにより、１層毎の層厚にバラつきが生じるようにした。
得られた積層構造について、実施例１と同様の測定及び評価を実施した。
結果を表１に示す。【００６６】
【表１】
2018180128.tif 000002
【００６７】
表１より、積層構造を構成する層の数が１０以上であり、積層構造を構成する層の最大層厚が８ｎｍ以下であり、積層構造のＣＶ値が０．０５以上である実施例１〜３の積層構造は、比較例１の膜及び比較例２〜４の積層構造と比較して、熱伝導率が低いことがわかる。【００６８】
〔実施例１０１〕
＜積層体の形成＞
基材としての石英ガラス上に、表２に示す材質の光干渉層１〜８を、ＲＦ（Radio Frequency）スパッタリング装置によってこの順に形成した。次に、光干渉層８上に、実施例２で形成した積層構造（１００層）を形成した。形成された積層構造上に、表２に示す光干渉層９及び１０をこの順に形成した。
以上により、表２に示す層構成を有する実施例１０１の積層体を得た。
表２に示す屈折率は、ファイブラボ社製分光エリプソメータＭＡＳＳを用いて測定された、測定波長５４０ｎｍにおける屈折率である（後述の表３も同様である）。
表２に示す厚さは、実施例１における層厚測定と同様の方法（但し、測定倍率は、測定対象の厚さに合わせ適宜選択した）によって測定された値である（後述の表３も同様である）。【００６９】
【表２】
2018180128.tif 000003
【００７０】
＜４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域での分光特性＞
実施例１０１の積層体について、日立製作所社製分光光度計Ｕ−４０００を用い、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域での分光特性（反射スペクトル及び透過スペクトル）を測定した。
同様に、実施例２の積層体についても、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域での分光特性（反射スペクトル及び透過スペクトル）を測定した。【００７１】
図１は、実施例２の積層体の４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域での反射スペクトルであり、図２は、実施例２の積層体の４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域での透過スペクトルであり、図３は、実施例１０１の積層体の４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域での反射スペクトルであり、図４は、実施例１０１の積層体の４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域での透過スペクトルである。
図２及び図４より、実施例２及び１０１の積層体は、いずれも、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域での透過率（Transmittance）が６０％超であることがわかる。従って、いずれの積層体も、窓材（例えば、建築用の窓材、車両用の窓材、航空機用の窓材、船舶用の窓材等）として利用できることがわかる。
また、図１と図３との対比より、光干渉層１〜１０を備える実施例１０１の積層体は、光干渉層１〜１０を備えない実施例２の積層体と比較して、４００ｎｍ〜７５０ｎｍの波長領域での反射率（Reflectance）を選択的に低減できることがわかる。【００７２】
〔実施例２０１〕
＜積層体の形成＞
基材としてのＧｅ基板上に、光干渉層としてＺｎＳ層を、電子ビーム蒸着によって形成した。この光干渉層上に、電子サイクロトロンスパッタ装置による気相成膜により、ＳｉＮ層とＡｌＮ層とをそれぞれ５０層ずつ交互に成膜することにより、積層構造を形成した（層数は１００）。この際、１層ごとに成膜時間を変化させることにより、１層毎の層厚にバラつきが生じるようにした。また、光干渉層に接する層は、ＳｉＮ層とした。以上により、実施例２０１の積層体を得た。【００７３】
ここで、ＳｉＮ及びＡｌＮの固有音響インピーダンスは、それぞれ、３．６×１０７Ｎ・ｓ／ｍ３及び３．３×１０７Ｎ・ｓ／ｍ３であり、両者は異なる。【００７４】
＜層厚の測定、熱伝導率の評価＞
実施例２０１の積層体を用い、実施例１と同様の測定及び評価を実施した。
その結果、積層構造を構成する層の平均層厚は３．１ｎｍであり、最大層厚は３．５ｎｍであり、ＣＶ値は０．１３であった。
また、比較例１の熱伝導率を１００とした場合の実施例２０１の熱伝導率は、７０であった。【００７５】
表３に、実施例２０１の積層体の層構造を示す。【００７６】
【表３】
2018180128.tif 000004
【００７７】
＜４μｍ〜１５μｍの波長領域での分光特性＞
実施例２０１の積層体について、日本分光社製ＦＴＩＲ  ＶＩＲ−２００を用い、４μｍ〜１５μｍの波長領域での分光特性（反射スペクトル及び透過スペクトル）を測定した。【００７８】
図５は、実施例２０１の積層体の４μｍ〜１５μｍの波長領域での反射スペクトルであり、図６は、実施例２０１の積層体の４μｍ〜１５μｍの波長領域での透過スペクトルである。
図６より、実施例２０１の積層体は、６μｍ〜１２μｍの波長領域での透過率（Transmittance）が４０％超であることがわかる。この結果から、実施例２０１の積層体は、放射冷却装置用の窓材として利用できることがわかる。
図５より、実施例２０１の積層体は、７μｍ〜１０μｍの波長領域での反射率（Reflectance）を選択的に低減できることがわかる。この結果から、実施例２０１の積層体は、７μｍ〜１０μｍの波長領域での反射率を抑制しながら、この波長範囲の赤外線を透過させることができることがわかる。従って、放射冷却装置用の窓材として利用した場合に、効果的な放射冷却の効果が得られることがわかる。
２０１７年３月３０日に出願された日本国特許出願２０１７−０６９１６９号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
【図１】
2018180128.tif 000005
【図２】
2018180128.tif 000006
【図３】
2018180128.tif 000007
【図４】
2018180128.tif 000008
【図５】
2018180128.tif 000009
【図６】
2018180128.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和1年9月27日(2019.9.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
前記基材上に配置され、固有音響インピーダンスが異なる２種以上の層からなる積層構造と、
を備え、
４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲における最低透過率が、１０％以上であり、
前記積層構造を構成する層の数が１０以上であり、
前記積層構造を構成する層の最大層厚が８ｎｍ以下であり、
前記積層構造は、層厚の標準偏差／平均層厚で定義されるＣＶ値が０．０５以上であり、
前記積層構造は、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、及び金属硫化物からなる群から選択される２種以上の金属化合物からなる積層体。
【請求項２】
前記積層構造を構成する層の数が、１００以上である請求項１に記載の積層体。
【請求項３】
前記２種以上の金属化合物における金属元素が、Ｓｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｇｅ、及びＺｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素である請求項１又は請求項２に記載の積層体。
【請求項４】
前記固有音響インピーダンスが異なる２種以上の層は、２種以上の金属酸化物層又は２種以上の金属窒化物層を含む請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の積層体。
【請求項５】
前記固有音響インピーダンスが異なる２種以上の層は、Ａｌ２Ｏ３層とＳｉＯ２層との組み合わせ、Ｎｂ２Ｏ５層とＳｉＯ２層との組み合わせ、又は、ＡｌＮ層とＳｉＮ層との組み合わせを含む請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の積層体。
【請求項６】
更に、層厚が８ｎｍ超である光干渉層を備える請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の積層体。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の積層体を備える建材。
【請求項８】
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の積層体を備える窓材。
【請求項９】
基材と、
前記基材上に配置され、固有音響インピーダンスが異なる２種以上の層からなる積層構造と、
を備え、
８μｍ〜１０μｍの波長範囲における透過率と反射率との和が、８０％以上であり、
前記積層構造を構成する層の数が１０以上であり、
前記積層構造を構成する層の最大層厚が８ｎｍ以下であり、
前記積層構造は、層厚の標準偏差／平均層厚で定義されるＣＶ値が０．０５以上であり、
前記積層構造は、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、及び金属硫化物からなる群から選択される２種以上の金属化合物からなる積層体。
【請求項１０】
前記積層構造を構成する層の数が、１００以上である請求項９に記載の積層体。
【請求項１１】
前記２種以上の金属化合物における金属元素が、Ｓｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｇｅ、及びＺｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素である請求項９又は請求項１０に記載の積層体。
【請求項１２】
前記固有音響インピーダンスが異なる２種以上の層は、２種以上の金属酸化物層又は２種以上の金属窒化物層を含む請求項９〜請求項１１のいずれか１項に記載の積層体。
【請求項１３】
前記固有音響インピーダンスが異なる２種以上の層は、Ａｌ２Ｏ３層とＳｉＯ２層との組み合わせ、Ｎｂ２Ｏ５層とＳｉＯ２層との組み合わせ、又は、ＡｌＮ層とＳｉＮ層との組み合わせを含む請求項９〜請求項１２のいずれか１項に記載の積層体。
【請求項１４】
更に、層厚が８ｎｍ超である光干渉層を備える請求項９〜請求項１３のいずれか１項に記載の積層体。
【請求項１５】
６μｍ〜１２μｍの波長範囲における最低透過率が、１０％以上である請求項９〜請求項１４のいずれか１項に記載の積層体。
【請求項１６】
請求項９〜請求項１５のいずれか１項に記載の積層体を備える建材。
【請求項１７】
請求項１５に記載の積層体を備える窓材。
【請求項１８】
請求項１５に記載の積層体を備える放射冷却装置。
【国際調査報告】
2018180128.tif 000011
2018180128.tif 000012
2018180128.tif 000013
2018180128.tif 000014