耐熱超合金の自己組織化によるバルク3次元フォトニック結晶創製

通过耐热高温合金自组装创建块状三维光子晶体

基本信息

批准号：
11J03724
负责人：
清水信
金额：
$ 0.83万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的はエネルギーシステムの高効率化を目的とした熱輻射スペクトル制御デバイスのためのバルク耐熱金属における周期的微細構造大面積作製技術の確立である。耐熱金属は加工が難しく、既存の微細構造作製技術では大面積作製が難しい。それに代用し得る大面積作製技術として、本研究では金属の自己組織化を用いたバルク3次元フォトニック結晶の作製に関する基盤技術に関して研究を行ってきた。最終年度の研究計画は組織形態のコントロールによる3次元構造の作製および研究成果のまとめとなる学位論文の執筆である。3次元構造作製のためには深さ方向へのエッチングと構造不均一性の解消という二つの課題を解決する必要があった。深さ方向へエッチングを進めるためには異方性エッチングが必要であり、今回はウェットエッチングとFAB加工を組み合わせてエッチングを行った。具体的にはウェットエッチングで表面に2次元周期的微細構造を作製した後、FAB加工によって構造の床部分をエッチングし、さらに2層目をウェットエッチングするという方法で加工を行った。その結果、表層だけではなく、2層目以降も選択的にエッチングが可能であることが示唆された。この加工を精度良く行うためには分離組織の均一性が重要であると考えられる。自己組織化による2層分離組織を利用するため、半導体作製プロセス等によって作製された構造と比較すると、構造サイズ、分布のばらつきが生じてしまうが、数値計算によりそれらの標準偏差を求め、熱処理条件を変化させることで均一化を行った。その結果、時効熱処理を2回行うことで構造サイズの不均一性が抑制され理論値と同等のものが得られるという結果が示唆された。以上、得られた結果はバルク金属3次元フォトニック結晶作製法の基盤技術として重要な成果である。この技術を用いることでエネルギーシステムの高効率化に向けた多様な熱輸送の制御方法が達成できると考えている。

本研究的目的是建立一种大块难熔金属周期性微结构的大面积制造技术，用于热辐射光谱控制装置，旨在提高能源系统的效率。耐热金属难以加工，并且使用现有的微结构制造技术难以制造大面积的材料。作为一种替代的大面积制造技术，在这项研究中，我们研究了利用金属自组装制造体三维光子晶体的基本技术。最后一年的研究计划是通过控制组织形态来创建三维结构，并撰写一篇总结研究成果的论文。为了创建三维结构，需要解决两个问题：深度方向蚀刻和消除结构不均匀性。为了进行深度方向的蚀刻，需要各向异性蚀刻，这次我们采用湿法蚀刻和FAB加工的组合进行蚀刻。具体而言，利用湿法蚀刻在表面形成二维周期微结构后，利用FAB加工对该结构的底部部分进行蚀刻，并对第二层进行湿法蚀刻。结果表明，不仅可以选择性蚀刻表面层，还可以选择性蚀刻第二层和后续层。为了高精度地进行该加工，被分离的结构的均匀性被认为是重要的。由于它使用通过自组装创建的两层分离结构，因此与通过半导体制造工艺等制造的结构相比，结构尺寸和分布会存在变化，但其标准偏差是通过数值计算确定的，并且通过改变来确定热处理条件。结果表明，通过进行两次时效热处理，可以抑制组织尺寸的不均匀性，并且可以获得与理论值相当的值。上述成果是作为块体金属三维光子晶体制备基础技术的重要成果。我们相信，通过使用这项技术，我们可以实现多种热传输控制方法，以提高能源系统的效率。

项目成果

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High-Temperature Solar Selective Absorbers Based on Interface Effects in Refractory Metals Coated with Transparent Conductive Oxides

基于透明导电氧化物涂层难熔金属界面效应的高温太阳能选择性吸收器

DOI：
发表时间：
2012
期刊：
Proceedings of the ASME 2012 6th International Conference on Energy Sustainability
影响因子：
0
作者：
M. Shimizu;F. Iguchi and H. Yugami
通讯作者：
F. Iguchi and H. Yugami

Development of High Temperature Solar Selective Absorber Using Refractory Material with Surface Microstructures

表面微结构耐火材料高温太阳能选择性吸收器的研制