(57)【要約】【課題】酸化皮膜に覆われた金属微粒子の挙動を利用して電流漏洩経路の探知や微粒子を含む媒体中の極微小時間の電流解析、電磁波の解析及びセンシングに用いる新規な電流の測定装置の提供【解決手段】表面が酸化物により覆われる金属粒子を、電気絶縁性あるいは僅かに電気を導通させる液体中に懸濁させ、その電気抵抗を測定すると、半導体の性質を示す。この状態にある金属粒子を懸濁した液体層に電極を介して、あるいは電磁誘導により電流が存在する状態に置くと、金属粒子位置分布が熱的安定位置から変位する。その変位緩和が不十分な時間内に液体を蒸散させると電流が通過した軌跡を追跡でき、電流漏洩経路の探知や粒子懸濁媒体中の電流の解析、電磁波の解析及びセンシングを行うことができる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粒子又は金属微粒子を電気絶縁性あるいは僅かに電気を導通させる液体中に懸濁させて得られる固液層を基板の表面に付着させ、液体を部分的に除去して得られる薄膜層からなることを特徴とする薄膜と基板からなる積層体。
【請求項２】
前記金属粒子又は金属微粒子が酸化物の皮膜に覆われていることを特徴とする請求項1記載の薄膜と基板からなる積層体。
【請求項３】
前記電気絶縁性あるいは僅かに電気を導通させる液体は、その抵抗率が10[MΩ・cm]以上であることを特徴とする請求項1記載の薄膜と基板からなる積層体。
【請求項４】
前記液体を部分的に除去して得られる薄膜層は、粒子間に液体が存在するが、粒子同士は酸化物皮膜を接している状態であることを特徴とする請求項１記載の薄膜と基板からなる積層体。
【請求項５】
前記薄膜層が厚膜であることを特徴とする請求項１記載の薄膜と基板からなる積層体。
【請求項６】
金属粒子又は金属微粒子を電気絶縁性あるいは僅かに電気を導通させる液体中に懸濁させて得られる固液層を付着させる前に電極を基板上に置き、液体を部分除去して得られる薄膜層に電極を設けたことを特徴とする請求項１から５いずれか記載の薄膜と基板からなる積層体。
【請求項７】
前記薄膜層に電極を設けた電極は薄膜層内に放電するための電極であることを特徴とする請求項６記載の薄膜と基板からなる積層体。
【請求項８】
前記薄膜層に電極を設けた電極は薄膜層内に電流を導くための電極が、放電用電極と検出用電極が個別に設けられていることを特徴とする請求項６記載の薄膜と基板からなる積層体。
【請求項９】
前記請求項１から６いずれか記載の薄膜と基板からなる積層体からなることを特徴とする電流の存在、電流が通過した軌跡、電流漏洩経路の探知用装置。
【請求項１０】
前記請求項１から６いずれか記載の薄膜と基板からなる積層体からなることを特徴とする微粒子媒体中の電流の解析装置。
【請求項１１】
前記請求項１から６いずれか記載の薄膜と基板からなる積層体からなることを特徴とする電磁波の探知及び解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粒子及び金属微粒子からなる薄膜積層体及び電気機器の電流漏洩経路の探知や微粒子媒体中の電流の解析、電磁波の解析及びセンシングに用いる装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電流の検知には以下の手段が知られている。
送電線路や支持鉄塔等の設備に落雷があったとき、その地点を素早く確実に発見して設備の管理点検をできるようにするため、鉄塔脚部等の所定箇所に取り付けられている電流検出表示装置がある。雷サージ電流が流れると、これを検出して、内部に収納してある表示布等の表示用物体を、装置筐体から外部に露出表示または突出表示する動作をさせることにより、視覚情報として点検者らに報知する装置である。この装置では雷サージ電流の検出があったときは表示用物体の露出表示動作を行うものの、表示用物体は露出されたそのままの状態で経過してしまうので、次に続く雷サージ電流に対しての検出動作は不可能であり、すなわち連続的な雷サージ電流に対しての検出や測定を行うことができない。電流検出表示装置において、前記装置は、前記表示変化部の動作を制御するために、少なくとも、電流検出時に動作するソレノイド、表示変化部を駆動するモーター、各構成部材を連携して動作させるスイッチを設け、流出電流を検出するたびごとに視覚的に表示を変化させる表示変化部を備えることが行われる（特許文献１）。しかしながら、前記の表示装置は、微弱電量などには用いることができないし、又その精度の点でも、満足できるものではなかった。このようなことから、微弱電量を対象とし、十分な精度を有する測定装置の開発が望まれていた。
【０００３】
ところで、イオンの検出に電流を用いる方法が開発されている。
抑制イオンクロマトグラフィー(SIC)は、直列の二つのイオン交換カラム、続いてサンプルイオンを検出するためのフロースルー導電率検出器を一般に使用するイオンクロマトグラフィーにおいて、サプレッサー、及び分析物イオンを検出するためのサプレッサー中に少なくとも第一センサー電極及び第二センサー電極を設置し、電流を印加しイオンの検出用を行う一体化されたサプレッサー及び検出器が知られている（特許文献２）。また、近年、イオンクロマトグラフィーの分野では、少なくとも２種類の分析物イオンを、イオン交換カラムに導入する工程と、前記イオン交換カラムに溶離液を流して前記分析物イオンを分離して溶出する工程と、前記溶出液を、互いに離間して対向配置されてなる少なくとも２つの電極間に前記分析物イオンと反対の表面電荷を有する固定相が介挿されてなる電気伝導度検出器に導入して前記２つの電極間の電流を測定する工程とを含むイオンクロマトグラフィーによる分析物イオンを検出する方法が知られている（特許文献３）。
【０００４】
このようなことがらを背景にして、物質の挙動を利用して電流を検出することを目指して、新規な微弱電流の測定装置の開発を考えた。
【特許文献１】特開２００３−４７１４４号公報
【特許文献２】特表２００２−５１３９１２号公報
【特許文献３】特開２００５−９８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、物質の挙動を利用して電流漏洩経路の探知や微粒子媒体中の電流の解析、電磁波の解析及びセンシングに用いる新規な微弱電流、電流が通過した軌跡、電流漏洩経路の探知用装置、電磁波の探知及び解析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】
本発明は、金属粒子や金属微粒子は、その表面が前記金属の酸化物により覆われていて、乾燥状態にあると、絶縁体としての特性を示す、そして、このような金属粒子や微粒子を、電気絶縁性あるいは僅かに電気を導通させる液体中に懸濁させ、その電気抵抗を測定すると、半導体の性質を示すことを見出し、又この特性を利用して、この状態ある金属粒子や金属微粒子からなる固液層を基板の表面に付着させ、液体を部分的に除去して得られる薄膜層に電極を介して、電流が存在する状態に置くと、電流が通過した軌跡をたどることができ、電流漏洩経路の探知や微粒子媒体中の電流の解析、電磁波の解析及びセンシングを行うことができ、新規な微弱電流の測定が可能になることを見出して、本発明を完成させた。前記の液体を部分的に除去することとは、液体を完全に除去するのではなく、部分的に除去して粒子同士は酸化物皮膜を接している状態とすることであり、換言すれば、粒子同士は酸化物皮膜を接している程度に、液体を残存させている状態を意味する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、従来その例を見ない、電流漏洩経路の探知や微粒子の媒体中の電流解析、電磁波の解析及びセンシングを用いる、新規な微弱電流の測定装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
金属粒子や金属微粒子は、その表面が前記金属の酸化物により覆われていて、乾燥状態にあると、絶縁体としての特性を示す。そして、このような金属粒子や微粒子を、電気絶縁性あるいは僅かに電気を導通させる液体中に懸濁させた状態で、その電気抵抗を測定すると、半導体の性質を示す。半導体としての抵抗率は１０４〜１０８[Ω・cm]である。この状態にある金属粒子や金属微粒子の固液層を基板の表面に付着させ、液体を部分的に除去して得られる薄膜層に電極を介して、又は電極を介することなく、電流が存在する状態に置く、又は、電磁誘導により電流が存在する状態に置くと、金属粒子位置分布が熱的安定位置から変位する。その変位緩和が不十分な時間内に液体を蒸散させると電流が通過した軌跡を追跡できる。具体的には、電流漏洩経路の探知や微粒子媒体中の電流の解析、電磁波の解析及びンシングを行うことができる。
この現象に見られる抵抗率は液体により、また負荷電圧によっても変化する。
【０００９】
この場合の金属には、亜鉛、アルミニウム、錫、チタン、ニッケル、タングステン、モリブデン、イリジウムなどを挙げることができる。亜鉛と酸化チタン混合物、亜鉛と酸化亜鉛混合物についても用いることができる。
これらの金属粒子や金属微粒子は金属の粉砕或いは気相合成により製造することができる。これらの金属粒子の大きさは、ある程度の範囲の分布をもつものであり、１μ〜５００μ程度の範囲のものが選ばれる。これらは適宜その範囲を特定して用いられる。１μから１０μ程度の範囲のものによると、良好な結果を得ている。
微粒子の場合には、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下のものが用いられる。
酸化物に覆われるようにするためには、真空中或いは不活性気体中で製造した後に，正常な、清浄な乾燥した酸素を送り込んで金属或いは金属微粒子の表面に酸化物の皮膜を形成する。また、金属粒子を形成後、大気中に取り出すことにより酸化物の皮膜を形成することもできる。
その後に、湿度が低い状態に保たれた状態で保管する。
【００１０】
液体は、電気絶縁性あるいは僅かに電気を導通させる液体である。この液体は、金属粒子又は金属微粒子を液体中に懸濁させることが必要であり、均一な懸濁液を形成することが必要であり、又、懸濁液からなる固液層を基板の表面に付着させ、この液体を部分的に除去することが要求される。このことから、
有機溶媒が用いられる。具体的には、抵抗率が10[MΩ・cm]以上の液体である。
具体的な、有機溶媒としては、アルコール、エーテル、エステルなど用いられる。
アルコールには、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ-又はｉ-プロパノール、ｎ-又はｉ-ブタノール、ｎ-又はｉ-ペンタノール、ｎ-又はｉ-ヘキサノール、シクロヘキサノールなどをあげることができる。
エーテルには、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどをあげることができる。
エステルには、酢酸エチル、プロピオン酸エチルなどを挙げることができる。
これらの溶剤中にはアミン、アルキルアミンやアリールアミンを添加することができる。この物質を添加すると粒子や微量子を液体になじみやすくすることができる。アルキルアミンでは、メチルアミンやエチルアミンなどをあげることができる。また、前記アルコール、エーテルを用いる場合には水を含んでいてもよい。
【００１１】
粒子又は微粒子と前記液体の割合は、粒子又は微粒子が懸濁状態を保つことできるものであれば、適宜定めることができる。懸濁状態に保つためには有機溶媒中に添加した粒子又は微粒子を十分に攪拌することにより達成される。
【００１２】
前記のようにして得られる懸濁液を、平滑な基板の表面に塗布し、有機溶媒を蒸発させて皮膜を形成する。基板の表面に、はけ塗り、アトライター、スピンコート又は浸漬などにより液体の状態で付着させる。層の厚さは、有機溶媒を蒸発により蒸発させた状態で、厚さが１ｍｍから２ｍｍ程度のものとされる。
層中には有機溶媒がわずか残っている、湿った状態とすることが望ましい。
基板には高分子化合物のフィルム又は板状体、板状ガラス、板状セラミックなどが用いられる。高分子化合物のフィルムでは溶媒に溶け出すことがないものであれば適宜使用することができる。基板に用いられる高分子フィルム又は板状体には、以下の樹脂を挙げること具体的には、高密度ポリエチレン樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリフエニレンオキシド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアクリル酸エステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂など挙げることができる。
ガラスでは、ソーダ石灰を含む軟質ガラス、これにカリ成分を添加カリガラス、高質二級、タングステンガラス、硬質一級、石英ガラスなどを用いることができる。
セラミックには、アルミナ、炭素、炭化珪素などを用いることができる。
基板の厚さは適宜定めることができる。
以上の形状を示すと、図１のＡの場合である。１は、金属粒子又は金属微粒子の薄膜である。３は基板である（以下、二層型と言う）。
【００１３】
前記二層型の薄膜の表面に液体保持用の薄膜を積層することにより薄膜二層からなる
厚膜を基板の上に形成することができる。具体的な操作は前記二層型の表面に同様の手順で液体保持層を形成する（以下、三層型と言う）。
又、この三層型は二層型の薄膜を厚くしたものであり、二層型の薄膜を厚い膜として形成することもできる。
図に示すと、図１のＢの場合である。１は薄膜であり、２は液体保持を可能にする薄膜である。
【００１４】
薄膜電極を設ける場合には、基板上に懸濁液を付着させる前記二層型の薄膜を形成するときに、電極を薄膜内に埋め込み、溶媒が蒸発させることにより電極を設置する。
電極は、ニッケル、炭素、白金、チタン、ステンレス鋼、アルミニウム、銅などの導電性の非腐食性材料で構成される。これを線状のものとして取り付ける。
図２は電極を取り付けたものである。１は金属薄膜、３は基板、４は電極である。
液体が薄膜層内に僅かに残っている状態とし、すなわち、液体を完全に飛ばさない状態とし、２電極間に電圧を負荷すると、薄膜層内で放電が起こり放電された後の状態が記録される。この場合に電圧の負荷時間を可能な限り短くする。一瞬の液体中の放電が記録される。その後、薄膜層の残った液体を蒸発させる。この状態でルーペ（倍率×２０〜８０）により、又は実体顕微鏡により、放電跡の膜表面の観察を行う。
厚膜にすると、３次元の放電跡を記録することができる。この場合には３次元構造を（ジオ）トモグラフィ、神経回路網の技術を使って解析することが行われる。
図３は検出用と放電用の電極を設置した場合である。
１は、金属粒子又は金属微粒子薄膜、３は基板、４は放電用電極、５は検出用電極である。
【実施例１】
【００１５】
亜鉛粒子（平均粒径７μ）1 [g]を、イソプロピルアルコール2[mL]中に添加して、基板にソーダガラス板に  面積10 [cm2]にわたり付着させた。電極にはニッケル線を用いた。
電極間距離は、1-5 [mm]であった。負荷電圧  0.5-1 [kV]とした。イソプロピルアルコールを蒸発させて、幾分残った状態とした。薄膜層の厚さはおよそ0.25 [mm]であった。電流が通過した跡が記録され、薄膜層の残った液体を蒸発させた。この状態をルーペ（倍率×２０〜８０）により放電跡の膜表面の観察を行った。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】Ａは二層型の状態を示す図  Ｂは三層型の状態を示す図
【図２】二層型で電極を設置した図
【図３】二層型で放電用電極と検出用電極を設置した図
【符号の説明】
【００１７】
１金属粒子又は金属微粒子の薄膜層
２液体保持を可能にする薄膜層
３基板
４放電用電極
５検出用電極
【図１】
2006337105.tif 000002
【図２】
2006337105.tif 000003
【図３】
2006337105.tif 000004