Elucidation of the thermal radiation properties of carbon nanotubes for advanced utilization of thermal and photonic energy

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K15384
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 28020:Nanostructural physics-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Nishihara Taishi 京都大学, エネルギー理工学研究所, 特定助教 (80768672)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: カーボンナノチューブ / 熱放射 / 励起子 / 低次元半導体 / 光物性 / 熱物性

Outline of Final Research Achievements

We studied quantum many-body effect on thermal radiation in nanostructures. Through microscopic observations of single-walled carbon nanotubes, a typical one-dimensional nanostructured material, we found that the intensity of thermal radiation can be controlled by carrier doping as a consequence of the strong many-body correlation between excitons and carriers. Our findings are expected to lead to a fundamental understanding of the thermal radiation properties of nanostructured materials, as well as to new thermo-optical control technologies, such as temperature control by thermal radiation.

Free Research Field

ナノ物質科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年、緊迫するエネルギー問題の解決に向けて、生産活動などで排出される熱の有効活用を目指した技術開発が盛んに行われている。その一つとして、熱から利便性の良い光エネルギーを得るために、熱放射を基盤とした技術研究が行われている。本研究では、高温のカーボンナノチューブから放出される熱放射光の強度が、電圧印加によって制御可能であることを見出した。カーボンナノチューブは2000℃にも耐える構造を有しており、本研究成果は、過酷環境下での高度な熱エネルギー利用技術に繋がると期待される。