(57)【要約】【課題】高い熱伝導率を維持しつつも熱伝達率の的確な向上を可能として、より効率的な熱輸送の実現を図ることのできる熱輸送媒体を提供する。【解決手段】熱輸送媒体は、単一の溶媒からなる媒体が所定物質の微小粒子１を含有して伝熱面５から伝達される熱を輸送する。微小粒子１は１つ以上の原子からなって、その表面には微小粒子１を保護する構造物３が配列されている。媒体を構成する溶媒分子２の直径をａ、構造物３の微小粒子１に吸着する官能基３ａからの長さをｂとするとき、それら直径ａおよび長さｂが「ａ≦ｂ」なる関係に設定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の溶媒からなる媒体が所定物質の微小粒子を含有して伝熱面から伝達される熱を輸送する熱輸送媒体であって、
前記微小粒子は１つ以上の原子からなって、その表面には同微小粒子を保護する構造物が配列されてなり、前記媒体を構成する溶媒分子の直径をａ、前記構造物の前記微小粒子に吸着する基からの長さをｂとするとき、それら直径および長さが「ａ≦ｂ」なる関係に設定されてなる
ことを特徴とする熱輸送媒体。
【請求項２】
前記微小粒子の熱伝導率が前記溶媒の熱伝導率よりも大きい
請求項１に記載の熱輸送媒体。
【請求項３】
前記構造物は前記微小粒子の表面に規則的に配列される直鎖状の有機物からなる
請求項１または２に記載の熱輸送媒体。
【請求項４】
前記構造物は前記微小粒子の表面に規則的に配列される環状の有機物からなる
請求項１または２に記載の熱輸送媒体。
【請求項５】
前記微小粒子の平均直径が「５ｎｍ（ナノメートル）」以下である
請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱輸送媒体。
【請求項６】
前記微小粒子が金属からなる
請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱輸送媒体。
【請求項７】
前記微小粒子が無機物からなる
請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱輸送媒体。
【請求項８】
前記微小粒子が酸化物からなる
請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱輸送媒体。
【請求項９】
前記微小粒子が有機物からなる
請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱輸送媒体。
【請求項１０】
前記微小粒子が２種類以上の物質からなる
請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱輸送媒体。
【請求項１１】
前記２種類以上の物質からなる微小粒子は層状構造をなし、内層にある物質ほど外層にある物質よりも熱伝導率が高い
請求項１０に記載の熱輸送媒体。
【請求項１２】
前記金属からなる微小粒子が金からなり、前記溶媒が水からなり、前記構造物は親水基を有してなる
請求項６に記載の熱輸送媒体。
【請求項１３】
前記金属からなる微小粒子が金からなり、前記溶媒がトルエンからなり、前記構造物は疎水基を有してなる
請求項６に記載の熱輸送媒体。
【請求項１４】
２種類以上の溶媒からなる媒体が所定物質の微小粒子を含有して伝熱面から伝達される熱を輸送する熱輸送媒体であって、
前記微小粒子は１つ以上の原子からなって、その表面には同微小粒子を保護する構造物が配列されてなり、前記媒体を構成する溶媒分子のうちの最大径を有する溶媒分子の直径をａ、前記構造物の前記微小粒子に吸着する基からの長さをｂとするとき、それら直径および長さが「ａ≦ｂ」なる関係に設定されてなる
ことを特徴とする熱輸送媒体。
【請求項１５】
前記微小粒子の熱伝導率が前記溶媒の熱伝導率よりも大きい
請求項１４に記載の熱輸送媒体。
【請求項１６】
前記構造物は前記微小粒子の表面に規則的に配列される直鎖状の有機物からなる
請求項１４または１５に記載の熱輸送媒体。
【請求項１７】
前記構造物は前記微小粒子の表面に規則的に配列される環状の有機物からなる
請求項１４または１５に記載の熱輸送媒体。
【請求項１８】
前記微小粒子の平均直径が「５ｎｍ（ナノメートル）」以下である
請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の熱輸送媒体。
【請求項１９】
前記微小粒子が金属からなる
請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の熱輸送媒体。
【請求項２０】
前記微小粒子が無機物からなる
請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の熱輸送媒体。
【請求項２１】
前記微小粒子が酸化物からなる
請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の熱輸送媒体。
【請求項２２】
前記微小粒子が有機物からなる
請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の熱輸送媒体。
【請求項２３】
前記微小粒子が２種類以上の物質からなる
請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の熱輸送媒体。
【請求項２４】
前記２種類以上の物質からなる微小粒子は層状構造をなし、内層にある物質ほど外層にある物質よりも熱伝導率が高い
請求項２５に記載の熱輸送媒体。
【請求項２５】
前記媒体には１種類以上の凝固点降下剤が含有されてなる
請求項１〜２４のいずれか一項に記載の熱輸送媒体。
【請求項２６】
前記凝固点降下剤が固形の凝固点降下剤からなる
請求項２５に記載の熱輸送媒体。
【請求項２７】
前記凝固点降下剤が液体の凝固点降下剤からなる
請求項２５に記載の熱輸送媒体。
【請求項２８】
前記媒体には、防錆剤および酸化防止剤の少なくとも一方が添加剤として含有されてなる
請求項２５〜２７のいずれか１項に記載の熱輸送媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、溶媒からなる媒体が所定物質の微小粒子を含有して熱を伝達、輸送する熱輸送媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば車載されるラジエータや電子機器等に用いられる熱交換器には、熱源からの熱を外部に伝達、輸送する熱輸送媒体が用いられている。こうした熱輸送媒体には、熱交換器等の設備としてのエネルギー効率を高めるため、より高い冷却性能、すなわちより高い熱輸送能力が求められている。そして、こうした熱輸送媒体の熱輸送能力を向上させるために、例えば上記媒体中に金属等の高熱伝導率物質からなる固体粒子を含有、分散させる技術が知られている。このような高熱伝導率物質の粒子を含むことで、こうした媒体、すなわち熱輸送媒体としての熱伝導率も、それら粒子を含まない媒体そのものの熱伝導率に比べて高められるようになる。すなわち具体的には、こうした粒子を含有する熱輸送媒体の熱伝導率は、１８８１年に発表されたＭａｘｗｅｌｌ（マックスウェル）の関係式により、
・  球形粒子を含む媒体の熱伝導率は、同粒子の体積分率にしたがって増大する、
・  球形粒子を含む媒体の熱伝導率は、粒子体積に対する表面積の比率にしたがって増大する、
といった関係に基づいて変化することが知られている。しかしながら、このような方法による媒体の熱伝導率の向上には限界があった。
【０００３】
一方、近年は、上記媒体中に含有させる粒子として、ミクロンあるいはナノサイズの微小粒子を作成する技術の開発が進められている。そして、このような微小粒子を媒体中に分散させることにより、同媒体の熱伝導率が飛躍的に高められることが確認されている。例えば、非特許文献１では、エチレングリコールからなる媒体中に、直径が１０ｎｍ（ナノメートル）以下の銅（Ｃｕ）からなる微小粒子を少量だけ含有させることで、媒体の熱伝導率が大きく向上されることが報告されている。
【０００４】
図５は、この銅を含めてさまざまな粒子をエチレングリコールに添加したときの、媒体中の粒子の体積含有率と熱伝導率の向上率ｋ／ｋ０（微小粒子添加後の媒体の熱伝導率ｋ／微小粒子添加前の媒体の熱伝導率ｋ０）との関係を示したグラフである。同図５に示されるように、媒体中に直径が約３０ｎｍの酸化銅（ＣｕＯ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）および直径が約１０ｎｍ以下の銅からなる粒子を含有させると、いずれの場合も媒体の熱伝導率の向上率は上記粒子の体積含有率の増加にともなって線形に増加する。そして、特にその粒子径の小さい、直径が１０ｎｍ以下であるナノ粒子に関しては、媒体中にごく少量添加するだけで、その熱伝導率が劇的に向上する効果が見られる。また、Ｃｕ粒子に酸を添加した場合には、粒子が媒体中により安定に分散するようになるため、より高い熱伝導率が得られている。なお、この図５において、Ｃｕ（ｏｌｄ）とは測定の２ヶ月前に調整した銅粒子を、Ｃｕ（ｆｌｅｓｈ）とは測定の２日前に調整した銅粒子を、Ｃｕ＋Ａｃｉｄとは酸を添加することで金属パーティクルとして安定化させた銅粒子をそれぞれ表している。
【０００５】
そして、上記非特許文献１と同様に、例えば特許文献１〜特許文献３においても、媒体中に熱伝導率の高い微小粒子を分散させることによりその熱伝導率および熱拡散率の向上が図られることが報告されている。また、特に特許文献２では、金属微小粒子の表面にカルボン酸塩を吸着させることで微小粒子のコロイド溶液を安定化し、微小粒子と媒体間との間での円滑な熱伝達が図られることも併せて報告されている。なお、このように媒体中に粒子を含有させる場合には、媒体中に粒子をより安定に分散させることが望ましい。そして、熱輸送媒体ではないが、媒体中に粒子を安定に分散させる技術としては、例えば特許文献４あるいは特許文献５に記載されているように、例えばインクジェットプリンタにおいて、水等の媒体中に疎水性粒子を分散させる際に、分散剤として親水基および疎水基を有するポリマーを用いる技術なども提案されている。これら特許文献４あるいは特許文献５に記載の技術では、粒子の表面に溶媒が親和することで得られる溶媒和を利用することで、媒体に対する粒子のより安定した分散が図られるようにしている。
【特許文献１】特開２００４−８５１０８号公報
【特許文献２】特表２００４−５０１２６９号公報
【特許文献３】特開２００４−３３９４６１号公報
【特許文献４】特表２００２−５３２２４３号公報
【特許文献５】特表２００２−５３２２４２号公報
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ（アプライド・フィジックス・レターズ），Ｖｏｌ．７８，Ｎｏ．６，ｐｐ．７１８−７２０（２００１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記従来の熱輸送媒体においてはいずれも、その熱伝導率を高めることによって、同媒体としての熱輸送能力の向上を図るようにしている。ただし、この熱伝導率とはそもそも材料（ここでは媒体）内部における熱の伝わりやすさを表す指標であり、熱輸送媒体としての実用に際しては、この熱伝導率に加えて、熱源である伝熱面から媒体へ、また媒体から伝熱面への熱の移動を表す指標である熱伝達率も重要な要素となる。
【０００７】
ちなみに、媒体におけるこれら熱伝達率αと熱伝導率ｋとは、
α∝ｋ２／３・ｖ（−１／６）・ρ１／３・Ｃｐ１／３            …（１）
といった関係にある。ここで、ｖは媒体の粘度を、ρは同媒体の密度を、Ｃｐは同媒体の比熱をそれぞれ表している。この式（１）から明らかなように、上記媒体としての熱伝達率αは熱伝導率ｋの「２／３乗」に比例する。このため、熱輸送媒体中に微小粒子を分散させる上記従来の技術によってたとえ同媒体の熱伝導率を飛躍的に向上させることが可能であったとしても、こうした媒体としての熱伝達率の向上効果はその向上された熱伝導率の「２／３乗」倍となることから、これら熱伝導率および熱伝達率の双方の向上を併せて図ることは難しい。
【０００８】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、高い熱伝導率を維持しつつも熱伝達率の的確な向上を可能として、より効率的な熱輸送の実現を図ることのできる熱輸送媒体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】
【０００９】
こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、単一の溶媒からなる媒体が所定物質の微小粒子を含有して伝熱面から伝達される熱を輸送する熱輸送媒体として、前記微小粒子は１つ以上の原子からなって、その表面には同微小粒子を保護する構造物が配列されてなり、前記媒体を構成する溶媒分子の直径をａ、前記構造物の前記微小粒子に吸着する基からの長さをｂとするとき、それら直径および長さが「ａ≦ｂ」なる関係に設定される構造とした。また、請求項１４に記載の発明では、２種類以上の溶媒からなる媒体が所定物質の微小粒子を含有して伝達面から伝達される熱を輸送する熱輸送媒体として、前記微小粒子は１つ以上の原子からなって、その表面には同微小粒子を保護する構造物が配列されてなり、前記媒体を構成する溶媒分子のうちの最大径を有する溶媒分子の直径をａ、前記構造物の前記微小粒子に吸着する基からの長さをｂとするとき、それら直径および長さを「ａ≦ｂ」なる関係に設定する構造とした。
【００１０】
熱輸送媒体としてのこのような構造によれば、上記微小粒子の表面に配列される構造物の間や同構造物の表面に溶媒分子が取り込まれやすくなるため、上記溶媒分子が微小粒子の周囲に吸着するかたちで構造化領域を形成することができるようになる。また、媒体が単一の溶媒からなるときには、上記構造物の上記長さｂを、溶媒分子の直径ａ以上に大きく設定することとし、媒体が２種類以上の溶媒からなるときには、上記構造物の上記長さｂを、溶媒分子のうちの最大径を有する溶媒分子の直径ａ以上に大きく設定することにより、上記構造物が振動あるいは揺らぎ等によって容易に変形可能となるため、上記微小粒子および構造物表面からの溶媒分子の脱離、すなわち上記構造化領域の解体が容易に起こるようになる。そして、こうした構造化領域の形成および解体時には、これらの構造変化を通じて上記溶媒分子と微小粒子および構造物との間での発熱反応および吸熱反応がそれぞれ生じるようになる。したがって、上記伝熱面からその潜熱に相当する熱量が媒体に伝達されるようになり、熱輸送媒体としての熱伝達率の向上、ひいてはその熱輸送能力の増大が図られるようになる。
【００１１】
また、これら請求項１に記載の構造、あるいは請求項１４に記載の構造において、請求項２あるいは請求項１５に記載の発明によるように、前記微小粒子の熱伝導率を前記溶媒の熱伝導率よりも大きく設定、すなわち溶媒の熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有する微小粒子を用いることすれば、溶媒よりも熱伝導率の高い微小粒子が媒体中に分散されることで上記媒体の熱伝導率の確実な向上が図られるようになる。
【００１２】
また、これら請求項１または２に記載の構造、あるいは請求項１４または１５に記載の構造に関しては、例えば請求項３あるいは請求項１６に記載の発明によるように、
（Ａ１）前記構造物が前記微小粒子の表面に規則的に配列される直鎖状の有機物からなる構造、
もしくは、請求項４あるいは請求項１７に記載の発明によるように、
（Ａ２）前記構造物が前記微小粒子の表面に規則的に配列される環状の有機物からなる構造、
等々の構造を採用することができる。これらいずれの構造によっても、構造物が微小粒子の表面に規則的に配列されることによってその構造化が促進されるようになる。
【００１３】
また、これら請求項１〜４に記載の構造、あるいは請求項１４〜１７に記載の構造に関しては、請求項５あるいは請求項１８に記載の発明によるように、前記微小粒子の平均直径が５ｎｍ以下であることとすれば、媒体に分散される微小粒子としての表面積が飛躍的に増大することとなり、より多くの溶媒分子を上述した構造化領域の形成に関与させることができるようになる。このため、熱輸送媒体としての熱輸送能力のさらなる向上が期待できるようになる。
【００１４】
また、これら請求項１〜５に記載の構造、あるいは請求項１４〜１８に記載の構造に関しては、例えば請求項６あるいは請求項１９に記載の発明によるように、
（Ｂ１）前記微小粒子が金属からなる構造、
もしくは、請求項７あるいは請求項２０に記載の発明によるように、
（Ｂ２）前記微小粒子が無機物からなる構造、
もしくは、請求項８あるいは請求項２１に記載の発明によるように、
（Ｂ３）前記微小粒子が酸化物からなる構造、
もしくは、請求項９あるいは請求項２２に記載の発明によるように、
（Ｂ４）前記微小粒子が有機物からなる構造、
もしくは、請求項１０あるいは請求項２３に記載の発明によるように、
（Ｂ５）前記微小粒子が２種類以上の物質からなる構造、
等々の構造を採用することもできる。また、上記（Ｂ５）の構造に関しては、例えば請求項１１あるいは請求項２４に記載の発明によるように、前記２種類以上の物質からなる微小粒子は層状構造をなし、内層にある物質ほど外層にある物質よりも熱伝導率が高いことが特に有効である。微小粒子として上記いずれの物質、あるいは構造を採用する場合であれ、熱輸送媒体としての高い熱輸送能力が得られるようになる。特に、請求項１１に記載の構造のように、複数の物質の層状構造からなる微小粒子の内層側ほどその熱伝導率を高めることで、上記伝熱面から微小粒子の表面だけでなく微小粒子の内部への熱移動が起こりやすくなる。
【００１５】
一方、上記請求項６に記載の構造に関しては、例えば請求項１２に記載の発明によるように、
（Ｃ１）前記金属からなる微小粒子が金からなり、前記溶媒が水からなり、前記構造物は親水基を有してなる構造、
あるいは請求項１３に記載の発明によるように、
（Ｃ２）前記金属からなる微小粒子が金からなり、前記溶媒がトルエンからなり、前記構造物は疎水基を有してなる構造、
等々を採用することができる。このうち上記（Ｃ１）の構造によれば、上記構造物として例えばメルカプトコハク酸等を用いることができ、また上記（Ｃ２）の構造によれば、上記構造物として例えばｎ−オクタデカンチオール等を用いることができる。
【００１６】
また、これら請求項１〜２４のいずれかに記載の構造に関しては、請求項２５に記載の発明によるように、前記媒体に１種類以上の凝固点降下剤を含有させることが同媒体を不凍液にする上で有効である。このような凝固点降下剤としては、請求項２６に記載の発明によるように、
（Ｄ１）例えば酢酸カリウム等の固形のもの、
あるいは請求項２７に記載の発明によるように、
（Ｄ２）例えばエチレングリコール等の液体からなるもの、
等を用いることができる。いずれにせよ、熱輸送媒体としてのこうした構造によれば、同媒体が例えば車載用の冷却水やオイル等であれ、その凝固点が降下されることで、特に寒冷地等での実用も容易となる。さらに請求項２８に記載の発明によるように、請求項２５〜２７のいずれかに記載の媒体を、防錆剤および酸化防止剤の少なくとも一方を添加剤として含有したものとするようにしても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１の実施の形態）
以下、この発明にかかる熱輸送媒体の第１の実施の形態について、図１および図２を参照して説明する。
【００１８】
この実施の形態にかかる熱輸送媒体は、例えば車載用のエンジンオイルやミッションオイル等の冷却や潤滑に用いられるものであり、熱源からの熱を外部に伝達、輸送する媒体である。この熱輸送媒体に用いられる媒体は、例えば水等の単一の溶媒からなるとともに、同溶媒よりも高い熱伝導率を有する微小粒子を含有している。
【００１９】
ここで、この実施の形態にかかる熱輸送媒体においては、上記微小粒子を溶媒が取り囲むかたちで形成されるいわゆる構造化状態と、同構造化状態が解体した解体状態との２つの異なる状態を有しながら熱輸送が行われる。図１（a）および（ｂ）は、上記熱輸送媒体中におけるこれら２つの状態をそれぞれ模式的に示したものである。
【００２０】
まず図１（ａ）に示されるように、上記構造化状態においては、熱輸送媒体中に複数の微小粒子１がそれぞれ水からなる溶媒分子２に取り囲まれるかたちで分散している。この微小粒子１としては、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属、シリコン（Ｓｉ）、フッ素（Ｆ）等の無機物からなる粒子、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化銅（ＣｕＯ）、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ）等の酸化物からなる粒子、あるいは樹脂等からなるポリマー粒子を用いることができる。上記媒体中に分散する各微小粒子１の表面には、同微小粒子１を保護する構造物３が規則的に配列されることにより保護膜が形成されている。この構造物３は、上記微小粒子１の表面に吸着する基である官能基３ａと、溶媒分子２との高い親和性を有する官能基３ｂと、を有し、かつその主鎖が直鎖状の有機物からなる。そして、例えば上記微小粒子１として金を用いる場合には、同微小粒子１に吸着する官能基３aとしては、例えばチオール基（ＳＨ基）等を用いることができ、水からなる溶媒分子２との親和性の高い官能基３ｂとしては、例えばカルボキシル基（ＣＯＯＨ基）、アミノ基（ＮＨ２基）、水酸基（ＯＨ基）およびスルホ基（ＳＯ３Ｈ）等の親水基を用いることができる。具体的には、上記官能基３ａがチオール基からなり、上記官能基３ｂが水酸基からなるメルカプトコハク酸（Ｃ４Ｈ６Ｏ４Ｓ）を同構造物３として用いることができる。そして、上記微小粒子１の表面にこうした構造物３が配列されることで、同構造物３の間や表面に溶媒分子２が取り込まれて上記微小粒子１の周囲に溶媒分子２が集合した構造化領域４が形成されるようになり、各微小粒子１が媒体中に安定に分散する。
【００２１】
一方、こうした構造化状態は、例えば微小粒子１同士の衝突や上記熱輸送媒体が流れる熱交換器等の壁面との衝突、あるいは同熱輸送媒体の温度変化に伴う構造物３の振動等のさまざまな要因により、図１（ｂ）に示されるような解体状態となる。この解体状態においては、上記構造物３の間や表面から溶媒分子２が脱離して媒体中に不規則に存在するとともに、それら脱離した溶媒分子２の一部は上記熱輸送媒体からの熱が伝達される伝熱面５に吸着する。
【００２２】
ここで、これら図１（ａ）および（ｂ）に示される２つの異なる状態は、外部から媒体への熱の吸収、あるいは同媒体から外部への熱の放出にともなって可逆的に変化する。そして、「構造化状態→解体状態」は吸熱反応であるのに対して、「解体状態→構造化状態」は発熱反応であり、これら２つの状態の変化においては潜熱が生じることとなる。この潜熱とは、ある一定温度における２つの状態間のエネルギー差を表すものであり、例えば、水を例に説明すると、固体状態の水（氷）から液体状態の水への構造変化に伴う潜熱は約６０００Ｊ／ｍｏｌ（ジュール／モル）である。この値は、水のモル比熱（顕熱）である７５Ｊ／ｍｏｌと比較すると非常に大きい値である。そして、この実施の形態にかかる上記構造化状態と解体状態との潜熱（エネルギー差）も大きいことが発明者らによって確認されており、これら状態の変化を通じて飛躍的に大きな熱量の輸送が図られている。
【００２３】
次に、図２は、図１（ａ）を拡大して、より簡易な模式図として示したものであり、同図２を参照して、上記構造化状態のより具体的な構造について詳細に説明する。なお、ここでは、溶媒分子２として水を、微小粒子１として金を、また構造物３としてメルカプトコハク酸を用いる場合を例に説明する。同図２に示されるように、この実施の形態にかかる熱輸送媒体に用いられる溶媒分子２はその直径ａが約０．１ｎｍである。また、上記微小粒子１の表面に配列されている構造物３が例えばメルカプトコハク酸からなる場合には、同微小粒子１に吸着する官能基３ａからの長さｂは約１ｎｍである。すなわち、上記構造物３の長さｂは、溶媒分子２の直径ａ以上であり、これらは「ａ≦ｂ」なる関係にある。これにより、上記構造物３の間およびその表面に溶媒分子２が取り込まれやすくなるため、溶媒分子２が微小粒子１の表面に吸着して上述した構造化領域４（図１参照）が形成されやすくなっている。
【００２４】
また、上記微小粒子１は、より具体的には例えば１５０個の金（Ａｕ）原子の集合体からなり、その平均直径ｄは約１．８ｎｍである。このように、上記微小粒子１としてその平均直径が２ｎｍ以下、経験的には最大でも５ｎｍ以下である粒子を用いることで、媒体に分散される微小粒子１としての表面積が飛躍的に増大することとなり、より多くの溶媒分子２を上述した構造化領域４の形成に関与させることができるようになる。
【００２５】
以上説明したように、この実施の形態にかかる熱輸送媒体によれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
（１）微小粒子１は約１５０個の金（Ａｕ）からなる原子からなって、その表面には同微小粒子１を保護する構造物３が配列されることとし、同構造物３の長さｂが上記溶媒分子２の直径ａ以上となることとした。これにより、上記微小粒子１の表面に配列される構造物３の間や同構造物３の表面に溶媒分子２が取り込まれやすくなるため、上記溶媒分子２が微小粒子１の周囲に吸着するかたちで構造化領域４を形成することができるようになる。また、上記構造物３が振動あるいは揺らぎ等によって容易に変形可能となるため、上記微小粒子１および構造物３表面からの溶媒分子２の脱離、すなわち上記構造化領域４の解体が容易に起こるようになる。そして、こうした構造化領域４の形成および解体時には、これらの構造変化を通じて上記溶媒分子２と微小粒子１および構造物３との間での発熱反応および吸熱反応がそれぞれ生じるようになる。したがって、上記伝熱面からその潜熱に相当する熱量が媒体に伝達されるようになり、熱輸送媒体としての熱伝達率の向上、ひいてはその熱輸送能力の増大が図られるようになる。
【００２６】
（２）微小粒子１としてその熱伝導率が溶媒の熱伝導率よりも大きい物質を用いることとした。これにより、溶媒よりも熱伝導率の高い微小粒子１が媒体中に分散されることとなり、上記媒体の熱伝導率の確実な向上を図ることができるようになる。
【００２７】
（３）構造物３は微小粒子１の表面に規則的に配列される直鎖状の有機物からなることとした。これにより、上述した微小粒子１と溶媒分子２との構造化が促進されるようになる。
【００２８】
（４）微小粒子１はその平均直径ｄが最大でも５ｎｍ以下の粒子からなることとした。これにより、媒体に分散される微小粒子１としての表面積が飛躍的に増大することとなり、より多くの溶媒分子２を上述した構造化領域４の形成に関与させることができるようになる。このため、熱輸送媒体としての熱輸送能力のさらなる向上が期待できるようになる。
【００２９】
なお、上記第１の実施の形態にかかる熱輸送媒体は、これを以下に示す態様で変更することも可能である。
（変形例１）
上記第１の実施の形態では、熱輸送媒体に用いられる微小粒子１として金（Ａｕ）を、溶媒として水を用いることとし、上記微小粒子１の表面に配列されている構造物３が親水性の官能基（親水基）３ｂを有することとしたが、これに代えて、溶媒としては有機溶媒を用いることもできる。具体的には、トルエン、ヘキサン、ジエチルエーテル、クロロホルム、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、塩化メチレン、アセトン、アセトニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、酢酸ブタノール、２プロパノール、１−プロパノール、エタノール、メタノール、ギ酸等が挙げられる。そしてこの場合、上記構造物３としては、上記微小粒子１の表面に吸着する基（官能基）３ａを有するとともに、有機溶媒からなる溶媒分子２との親和性の高い、アルキル基（ＣｎＨ２ｎ＋１）等の疎水基を用いることができる。これにより、上記構造物３の間や同構造物３の表面に溶媒分子２が取り込まれて、構造化領域４が形成される。具体的には、例えば上記溶媒としてトルエンを用いるとすると、溶媒分子２はその直径ａが約０．６ｎｍであり、また上記微小粒子１の表面に配列されている構造物３として例えばオクタデカンチオール（Ｃ１８Ｈ３７ＳＨ）を用いるとすると、同微小粒子１に吸着する基３ａからの長さｂは約２．５ｎｍとなる。すなわち、この変形例１においても上記構造物３の長さｂは溶媒分子２の直径ａ以上であり、これらが「ａ≦ｂ」なる関係にある。
【００３０】
（変形例２）
また、上記第１の実施の形態では、図１および図２に例示したように上記微小粒子１の表面に配列されている構造物３が、同微小粒子１の表面に吸着する基（官能基）３ａと溶媒分子２との高い親和性を有する官能基３ｂとを有し、かつその主鎖が直鎖状の有機物からなることとしたが、構造物３の構造を以下に示す構造に変更することもできる。図３（a）〜（ｄ）は、図１および図２に示した熱輸送媒体のうち、特に微小粒子１および構造物３１〜３４のみを模式的に示したものである。すなわち、図３（ａ）に示されるように、構造物３１の主鎖が上記微小粒子１の表面から離間する方向に沿って配列する直鎖構造を有するものであってもよいし、図３（ｂ）に示されるように、構造物３２の主鎖が上記微小粒子１の表面に沿って配列する直鎖構造を有するものであってもよい。また、図３（ｃ）に示されるように、構造物３３の主鎖が上記微小粒子１の表面から離間する方向に沿って配列する環状構造を有するものであってもよいし、図３（ｄ）に示されるように、構造物３４の主鎖が上記微小粒子１の表面に沿って配列する環状構造を有するものであってもよい。要は、これら構造物３１〜３４が微小粒子１の表面に規則的に配列する構造であれば、上記熱輸送媒体に採用することができる。
【００３１】
（変形例３）
また、上記第１の実施の形態では、微小粒子１が金（Ａｕ）からなることとしたが、これに代えて図４に示すように２種類以上の物質からなる層状構造をなすものを用いることもできる。すなわち、同図４に示されるように、上記微小粒子１として、内層部１１と外層部１２との２層構造からなっており、このうち内層部１１は例えば熱伝導性の良い金属からなり、外層部１２は上記内層部１１よりも熱伝導性の低い金属、酸化物あるいは樹脂等からなるものを用いることもできる。このように、微小粒子１の内層の物質の熱伝導率を高めるようにすることで、上述した伝熱面５（図１（ｂ）参照）から微小粒子１の表面だけでなく、微小粒子１の内部への熱移動が起こりやすくなる。なお、こうした微小粒子１が３種類以上の物質からなる場合には、その物質数に応じた多層構造を有するものを用いることもできる。そしてこの場合であれ、その内層ほど熱伝導率の高い物質とすることで同等の効果が得られるようになる。
【００３２】
（第２の実施の形態）
次に、この実施の形態にかかる熱輸送媒体の第２の実施の形態について説明する。この実施の形態にかかる熱輸送媒体も、熱輸送媒体としての基本的な構造は先の実施の形態と同様であるが、媒体が２種類以上の溶媒からなる点が先の実施の形態と異なる。すなわち、この実施の形態では、媒体として水およびエチレングリコールを用いている。このエチレングリコールは、凝固点降下作用を有する液体からなる凝固点降下剤であり、媒体の凝固点を−２０℃程度まで降下させることが可能である。すなわち、寒冷地等における実用性においてより優れたものとなっている。そして、この実施の形態においても、微小粒子１としては金（Ａｕ）を、また構造物３としては例えばメルカプトコハク酸を用いることができ、上記構造物３の長さｂと、上記２種類の溶媒のうち最大径を有する溶媒分子２の直径ａとが「ａ≦ｂ」なる関係にある。これにより、上記微小粒子１の表面に配列される構造物３の間およびその表面には、上記いずれの溶媒分子２も取り込まれやすくなるため、これら溶媒分子２が微小粒子１の表面に吸着して上述した構造化領域４（図１参照）が形成されやすくなる。なお、上記凝固点降下剤としては、上記例の他、例えばプロピレングリコール等を用いることもできる。
【００３３】
以上説明したように、この第２の実施の形態にかかる熱輸送媒体によっても、先の第１の実施の形態による前記（１）〜（４）の効果と同様、もしくはそれに準じた効果が得られるようになる。
【００３４】
なお、この第２の実施の形態にかかる熱輸送媒体に関しても、先の第１の実施の形態について補足した前記各変形例に準じて溶媒および構造物３の種類あるいは同構造物３の構造を変更することができる。
【００３５】
また、上記第２の実施の形態では、媒体が２種類の溶媒からなることとし、このうち１種類の溶媒として凝固点降下作用を有するある液体を用いることとしたが、媒体が１種類の溶媒からなることとし、これに固形の凝固点降下剤を含有させるようにしてもよい。例えば溶媒として水を用い、凝固点降下剤として酢酸カリウム、酢酸ナトリウム等を用いることができる。また、上記媒体が２種類以上の溶媒からなることとして、同様に固形の凝固点降下剤を含有させるようにしてもよい。こうした構造によっても、上記熱輸送媒体の凝固点を降下させることで、寒冷地等における実用性を高めることができる。更に必要に応じて、凝固点降下剤に加えて防錆剤や酸化防止剤を、添加剤として上記媒体に含有させるようにしても良い。なお、媒体の凝固点降下の必要性がなければ、凝固点降下剤を含有しない２種類以上の溶媒を媒体として用いるようにしてもよい。
【００３６】
（他の実施の形態）
その他、上記各実施の形態、ならびに上記各変形例に共通して変更可能な要素としては以下のようなものがある。
【００３７】
・上記各実施の形態およびその変形例では、微小粒子１として、その粒子の平均直径ｄが約１．８ｎｍであるものを採用することとしたが、前述のように、微小粒子１の平均直径ｄが最大でも約５ｎｍ以下程度であるものであれば、媒体に分散される微小粒子１としての表面積の増大効果は十分に得られる。もっとも、上記微小粒子１の表面に配列される構造物３および溶媒分子２による構造化領域４の形成およびその解体により十分な熱伝導率および熱伝達率の向上が図られる場合には、上記微小粒子１としての平均直径ｄが５ｎｍより大きい粒子を採用することもできる。
【００３８】
・上記各実施の形態およびその変形例では、微小粒子１としてその熱伝導率が溶媒の熱伝導率よりも大きい物質を用いることとした。ただし、上記微小粒子１の表面に配列される構造物３および溶媒分子２による構造化領域４の形成およびその解体により、熱伝導率および熱伝達率の十分な向上が図られる場合には、採用する微小粒子および溶媒の熱伝導率の関係は必ずしも上記関係に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明にかかる熱輸送媒体の第１の実施の形態について、（ａ）はその構造化状態を模式的に示す図、（ｂ）はその解体状態を模式的に示す図。
【図２】図１（ａ）を簡易的に拡大して示す図。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は同第１の実施の形態の熱輸送媒体の変形例について、その構造物の他の構造例を模式的に示す図。
【図４】同第１の実施の形態の熱輸送媒体の変形例について、微小粒子の斜視構造を模式的に示す斜視図。
【図５】従来の熱輸送媒体の一例について、微小粒子の体積含有率と媒体の熱伝導率比との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４０】
１…微小粒子、２…溶媒分子、３…構造物、３ａ…官能基（微小粒子の表面に吸着する基）、３ｂ…官能基、４…構造化領域、５…伝熱面、１０…微小粒子、１１…内層部、１２…外層部、３１〜３４…構造物。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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