Active control of thermal and light environment by metal oxide microstructures

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K14893
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute
• Principal Investigator: 磯田 和貴 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 開発本部開発第一部光音技術グループ, 副主任研究員 (80633031)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 遷移金属酸化物 / 太陽光制御

Outline of Annual Research Achievements

これまで、ナノ構造を用いた日射向け材料や、光機能性を有する遷移金属酸化物による太陽光制御材料などが提案されてきた。これら電気化学的や熱的刺激により光学定数が変化する遷移金属酸化物をナノ構造に適用し両者を組合わせることで、構造による光学機能性の発現、更に光学定数変化によるオンオフ制御を両立した高機能なデバイスが実現できる。能動的な太陽光の透過性制御により、建築物の光環境、加えてこれに誘起される熱環境をより円滑的に制御できると考えられる。しかしながら、このような遷移金属酸化物を加工しナノ構造とした場合の太陽光に対して示す特性は未解明である。本研究ではこのような遷移金属酸化物のバルク特性から、太陽光の制御性が高いナノ構造を設計し実証することを目指すものである。
本年度はタングステン酸化物(WOx)の電気化学的な光学定数変化に着目し、ナノ構造デバイス設計に向けた基本的な特性取得を行った。WOxナノ粒子分散液を使用しWOx薄膜をスピンコートによって形成し、屈折率、消衰係数を解析した。また、イオン伝導膜と透明導電膜を利用したWOx電気化学デバイスを形成し、ファイバ分光器とCCDカメラを組合わせて構築した測定系により時定数、光学定数変化量について実験的に計測した。これらの結果から、WOx薄膜によるバイナリ周期構造の位相差、透過率特性について、厳密結合波解析により計算した。偏光子と組合わせて光透過性をオンオフ制御する際に必要な1/2波長の位相差を付与するために必要なバイナリ周期構造の形状を明らかにした。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

今年度は予定通り、タングステン酸化物とその電気化学的な光学定数変化基礎特性を明らかにした。

Strategy for Future Research Activity

次年度は、タングステン酸化物薄膜の周期構造形成に着手するとともに、バナジウム酸化物の熱的な刺激に誘起された光学定数変化に着目し、熱酸化による酸化バナジウム薄膜の形成とその特性測定、ナノ構造設計へと進める。

Causes of Carryover

当初購入を予定していたタングステン系薄膜の材料・イオン伝導体について内部予算で賄うことができたため次年度使用額が生じた。翌年度分と合わせてバナジウム系薄膜の形成および特性測定用システム、ナノ構造加工用の基板に用いる。