近接・遠隔場ふく射熱輸送制御に基づく樹脂複合材料の高放熱機能化に関する研究

基于近场和远场辐射热传输控制的树脂复合材料高散热功能研究

基本信息

批准号：
18J11170
负责人：
津田慎一郎
金额：
$ 1.09万
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：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J11170/
关键词：
熱輻射高分子材料赤外特性誘電関数薄膜光共振器

项目摘要

本研究では、樹脂材料が有する分子振動モードに基づき赤外熱輻射特性の制御をすることで、樹脂複合材料の高放熱機能化を図ることを目的として研究を行った。対象とする系は、構造の作製が容易で実用上のスケーラビリティが高い高分子薄膜と反射性基板からなる高分子光共振器構造である。具体的な研究成果は以下の通りである。(1)代表的な光学高分子材料であるPMMA、および赤外域に多数の分子振動モードを備えたアミノ系材料の薄膜赤外誘電特性を光学測定および新規誘電関数モデリングを組み合わせることで明らかにした。誘電関数は、高分子材料の構造の不均一性に起因するガウス線拡がりを考慮したガウス畳み込み型Drude-Lorentzモデルを使用し、高精度かつ物理的に確からしいモデリングが可能になった。(2)高分子材料の各分子振動モードの振動子強度および減衰率に着目し、高分子薄膜厚さを適切にチューニングすることで、特定の帯域において狭帯域から広帯域のスペクトル制御が可能なことを実験的・数値解析的に示した。(3)時間的結合モード理論に基づき、対象とする高分子光共振器構造における分子振動モードと構造起因の光干渉モードの結合状態に加えて、その薄膜厚さ依存性を明らかにした。(4)漏れ共鳴型の電場集中効果により、p偏光およびグレージング角において高分子光共振器が角度選択的な赤外熱輻射特性を示すことを明らかにした。加えて、角度選択特性は薄膜厚さと高分子材料の適切な選択によってチューニング可能なことを示した。以上の結果の一部は、査読論文1編で報告している。

在这项研究中，我们进行了研究，目的是通过基于树脂材料的分子振动模式来控制红外热辐射特性，以实现树脂复合材料的高热量耗散功能。目标系统是由聚合物薄膜和反射式底物组成的聚合物光学谐振器结构，易于制造并且具有高实用可扩展性。具体的研究结果如下：（1）PMMA的薄膜红外介电性能，典型的光学聚合物材料和基于氨基的材料在红外区域中具有多个分子振动模式，通过结合光学测量和新型的介电函数模型来揭示。介电函数使用高斯卷积Drude-Lorentz模型，该模型考虑了高斯线的扩展，这是由于聚合物材料结构的不均匀性，从而可以进行高精度和物理上可靠的建模。（2）我们在实验和数字上进行了分析证明，通过适当调整聚合物薄膜的厚度，可以在特定的频带中实现狭窄至宽带光谱对照，重点是振动器强度和聚合物材料分子振动模式的振动速率和阻尼速率。（3）基于时间耦合模式的理论，除了分子振动模式的耦合状态和聚合物光学谐振器结构中结构诱导的光学干扰模式外，薄膜的厚度依赖性也得到了阐明。（4）据透露，泄漏共振的电场浓度效应揭示了p极化和玻璃角度时角度选择性红外热辐射特性。另外，通过适当选择薄膜厚度和聚合物材料的选择性选择角度选择属性。以上一些结果在一份同行评审的论文中报告。