量子共鳴効果による周期的表面ナノ構造からの熱放射スペクトル制御

通过量子共振效应控制周期性表面纳米结构的热辐射光谱

基本信息

批准号：
14655078
负责人：
湯上浩雄
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14655078/
关键词：
回折格子熱放射ナノ構造熱光起電力発電微細加工 RCWA 解析格子

项目摘要

我々は、熱光起電(Thermo-Photo-Voltaic : TPV)発電に関する研究を行っていく過程で、フォトニック結晶と類似の表面ナノ構造により熱放射スペクトルが制御できる可能性が有ることを見出した。本研究では、この量子共鳴効果を用いた熱放射スペックトル制御機能の発現原理の解明と、TPV以外の熱工学応用分野への適応性に関して研究を行う。本研究では,熱放射スペクトルの制御を行うことにより,より高効率な熱利用システムを構築するとともに、作製したナノ構造エミッタの熱・光学特性を評価し、機能性発現原理と応用について考察する。前年度行った、Maxwell方程式の厳密解を求めるRigorous Coupled-Wave Analysis(RCWA)法に基づいた解析プログラムコードによる、最適な微細構造の決定、微細領域の放射スペクトルを測定するための放射測定装置の設計と製作に引き続き、以下の研究を行った。・可視領域の輻射スペクトルを選択的に放射する表面ナノ構造体を高融点金属に作製し、高温耐性を有する構造を実現するために、単結晶タングステン金属を用いて表面微細構造を製作し、1400Kにおいても安定な構造を得ることができた。・実際の試料の製作に当たっては製作誤差が不可避であり、それを考慮して改めて設計を行い、周期1.0-1.2μmの試料を作製した。これにより可視〜2.0μmの放射率が増大し、波長特性が改善された。・開発したRCW法に基づく数値解析と、微細構造のパラメータを変化させた試料の放射特性の比較から、今回得られた熱放射特性の変化は、主としてマイクロキャビティ効果に起因することが実験的に示された。

在研究热光伏（TPV）发电的过程中，我们发现与光子晶体相似的表面纳米结构可以控制热辐射光谱。在这项研究中，我们将使用这种量子共振效应研究热辐射光谱控制功能的表达原理，并研究其对TPV以外的热工程应用中应用的适应性。在这项研究中，我们将通过控制热辐射光谱来构建一个更有效的热利用系统，并评估制成的纳米结构发射器的热和光学性能，并考虑功能表达原理和应用。遵循上一年的分析计划代码，基于严格的耦合波分析（RCWA）方法，以确定用于测量良好区域辐射谱的辐射仪器的最佳微观结构和设计以及制造，我们进行了以下研究。 - 从高熔点金属制造出一种选择性排放可见区域辐射光谱的表面纳米结构，为了实现具有高温抗性的结构，使用单晶钨金属制造表面微观结构，甚至在1400K处达到稳定的结构。 - 制造实际样品时，生产误差是不可避免的，考虑到这一点，再次进行了设计，以准备1.0-1.2μm的样品。这将可见的发射率提高到2.0μm，并提高波长特性。 - 将样品的辐射特性与开发的RCW方法和微结构参数进行比较，在实验上证明了这次获得的热辐射特征的变化主要是由于微腔效应。