量子非平衡吸収体を用いた太陽光熱利用の原理的革新

量子非平衡吸收体太阳能热利用原理创新

基本信息

批准号：
22K18287
负责人：
宮内雄平
金额：
$ 16.64万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、太陽光による水などの透明熱媒体加熱において、近年の量子ナノ物質科学の成果に基づき、より低い集光度でより大きなエネルギー流束による急速熱媒体加熱を可能にする新概念を開拓することを目指して研究を進めている。本年度はまず、太陽光吸収材料として想定している単層カーボンナノチューブ（CNT）薄膜において、垂直方向からの太陽光入射だけでなく、あらゆる方向からの太陽光入射に対する光学応答を理解し、素子として設計可能なものにするため、角度・偏光分解光学測定系を構築し、薄膜の広帯域複素屈折率スペクトルの決定を行った。その結果、本研究で作製したCNT薄膜は、薄膜を構成する一本一本のCNTが面内二次元配向を持ち、それぞれのCNTの持つ強い光学異方性は、マクロスコーピックには、薄膜面に垂直な方向と、面に平行な方向の、異なる屈折率として観測されることがわかった。角度依存の光学スペクトルは、これまで知られていた面内方向の複素屈折率だけでは再現できず、面直方向の複素屈折率の重要性が示唆された。また、本年度は、低集光での太陽光吸収において大きな問題となる、中遠赤外領域の不要な熱放射の発生を防ぐための、CNTの分離精製方法について検討を進めた。これまでの界面活性剤を利用する方法だけでなく、ポリマーを利用する方法など、様々な分散精製方法を検討した結果、中遠赤外領域の放射率を抑制可能なCNT分離精製方法とパラメータを特定した。

在这项研究中，我们基于量子纳米材料科学的最新成果，开发了一种利用阳光加热水等透明热介质的新概念，能够以较低的光浓度和较高的能量通量快速加热热介质。的目的今年，我们将首先了解单壁碳纳米管（CNT）薄膜的光学响应，单壁碳纳米管薄膜被设想为太阳能吸收材料，不仅对从垂直方向入射的太阳光，而且对从各个方向入射的太阳光的光学响应。为了使设计成为可能，我们构建了角度和偏振分辨光学测量系统，并确定了薄膜的宽带复折射率光谱。因此，在本研究制备的CNT薄膜中，组成薄膜的每个CNT都具有面内二维取向，并且每个CNT的强光学各向异性使得薄膜很难被看到宏观上发现，在垂直于表面的方向和平行于表面的方向上观察到不同的折射率。仅使用先前已知的面内方向上的复折射率无法再现与角度相关的光谱，这表明垂直方向上的复折射率的重要性。此外，今年，我们研究了分离和纯化碳纳米管的方法，以防止中远红外区域产生不必要的热辐射，这是低浓度太阳光吸收的一个主要问题。通过研究各种分散纯化方法，包括使用表面活性剂的传统方法和使用聚合物的方法，我们确定了可以抑制中远红外区域发射率的CNT分离和纯化方法和参数。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Comparison of optical properties of polymer- and surfactant-separated single chirality (6,5) carbon nanotube membranes

聚合物和表面活性剂分离的单手性（6,5）碳纳米管膜的光学性能比较

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Zhirui Liu;Taishi Nishihara;Akira Takakura;Yuhei Miyauchi
通讯作者：
Yuhei Miyauchi

Thermoexcitonic Properties of Carbon Nanotubes

碳纳米管的热激子性质

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Akira Takakura;Taishi Nishihara;Takeshi Tanaka;Hiromichi Kataura;Yuhei Miyauchi;宮内雄平;Yuhei Miyauchi;Yuhei Miyauchi
通讯作者：
Yuhei Miyauchi

Optical spectroscopic characterizations on emerging materials

新兴材料的光学光谱表征