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ナノ表面での光吸収を利用した発熱と熱輻射の高効率化

研究課題

研究課題/領域番号 15K17447
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 ナノ材料工学
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

石井 智  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究員 (80704725)

連携研究者 シンデ サティッシュラクスマ  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, NIMSポスドク研究員 (00771354)
研究協力者 ダオヂュイタン  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 外国人特別研究員
長尾 忠昭  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, グループリーダー・MANA主任研究者 (40267456)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2015年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワード光熱変換 / プラズモン共鳴 / 窒化チタン / 熱放射 / ナノ構造 / ナノ粒子 / EELS / 遷移金属窒化物 / 表面プラズモン / 熱輻射 / メタマテリアル / タムプラズモン / 太陽光 / 太陽熱
研究成果の概要

ナノ粒子を用いた光熱変換のテーマでは、窒化チタンナノ粒子は高い光熱変換効率を持つことを計算と実験から明らかにした。ナノ粒子は分散することで直接水と接するため、熱損失なく吸収した光を熱として水に伝達することができる。ナノ粒子の効率の高い光熱変換特性を生かして、太陽熱温水器や太陽光蒸留などの応用が考えられる。
ナノ表面による狭帯域な赤外線吸収と熱放射では、従来研究されてきた二次元や三次元の構造ではなく、一次元構造でも狭帯域で波長選択可能な熱放射が実現できることを実験で示した。一次元構造は誘電体多層膜と金属薄膜からなり、試料を加熱してタムモードを励起することで狭帯域熱放射が得られる。

報告書

(4件)
  • 2017 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2016 実施状況報告書
  • 2015 実施状況報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 6件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 4件、 謝辞記載あり 6件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 6件、 招待講演 8件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Enhanced Solar Light Absorption and Photoelectrochemical Conversion Using TiN Nanoparticle-Incorporated C3N4-C Dot Sheets.2018

    • 著者名/発表者名
      Satish Laxman Shinde, Satoshi Ishii, Thang Duy Dao, Ramu Pasupathi Sugavaneshwar, Toshiaki Takei, Karuna Kar Nanda, Tadaaki Nagao.
    • 雑誌名

      ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES

      巻: 10 号: 3 ページ: 2460-2468

    • DOI

      10.1021/acsami.7b15066

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] All-Ceramic Microfibrous Solar Steam Generator: TiN Plasmonic Nanoparticle-Loaded Transparent Microfibers2017

    • 著者名/発表者名
      Kaur Manpreet、Ishii Satoshi、Shinde Satish Laxman、Nagao Tadaaki
    • 雑誌名

      ACS Sustainable Chemistry & Engineering

      巻: 5 号: 10 ページ: 8523-8528

    • DOI

      10.1021/acssuschemeng.7b02089

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Tamm plasmon selective thermal emitters2016

    • 著者名/発表者名
      Z.Y. Yang, S. Ishii, T. Yokoyama, D.T. Dao, M-G Sun, T. Nagao and K-P. Chen
    • 雑誌名

      Opt. Lett.

      巻: 41 号: 19 ページ: 4453-4456

    • DOI

      10.1364/ol.41.004453

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Spectrally Selective Mid-Infrared Thermal Emission from Molybdenum Plasmonic Metamaterial Operated up to 1000 °C”2016

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Yokoyama, Thang Duy Dao, Kai Chen, Satoshi Ishii, Ramu Pasupathi Sugavaneshwar, Masahiro Kitajima, and Tadaaki Nagao
    • 雑誌名

      Advanced Optical Materials

      巻: 4 号: 12 ページ: 1987-1992

    • DOI

      10.1002/adom.201600455

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Plasmon-mediated photothermal conversion by TiN nanocubes toward CO oxidation under solar light illumination2016

    • 著者名/発表者名
      A. Oruganti, S. Ishii, T. Imai, TANABE Toyokazu, S. Ueda, T. Nagao, H. Abe
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 6 号: 112 ページ: 110566-110570

    • DOI

      10.1039/c6ra22989a

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Resonant Optical Absorption and Photothermal Process in High Refractive Index Germanium Nanoparticles2016

    • 著者名/発表者名
      S. Ishii, K. Chen, H. Okuyama, T. Nagao
    • 雑誌名

      Advanced Optical Mamterials

      巻: 5 号: 5 ページ: 1600902-1600902

    • DOI

      10.1002/adom.201600902

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Titanium Nitride Nanoparticles as Plasmonic Solar Heat Transducers2016

    • 著者名/発表者名
      S. Ishii, S. Ramu Pasupathi, T. Nagao
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 120 号: 4 ページ: 2343-2348

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.5b09604

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Solar water heating and vaporization with silicon nanoparticles at mie resonances2016

    • 著者名/発表者名
      S. Ishii, S. Ramu Pasupathi, K. Chen, D.T. dao, T. Nagao
    • 雑誌名

      Opt. Mat. Express

      巻: 6 号: 2 ページ: 640-648

    • DOI

      10.1364/ome.6.000640

    • NAID

      120006546772

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Hybridizing poly(ε-caprolactone) and plasmonic titanium nitride nanoparticles for broadband photoresponsive shape memory films2016

    • 著者名/発表者名
      S. Ishii, K. Uto, E. Niiyama, M. Ebara, T. Nagao
    • 雑誌名

      ACS Appl. Mater. Interfaces

      巻: 8 号: 8 ページ: 5634-5640

    • DOI

      10.1021/acsami.5b12658

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 窒化チタンナノ粒子による 太陽光の高効率吸収2016

    • 著者名/発表者名
      石井智, 長尾忠昭
    • 雑誌名

      OplusE

      巻: 38 ページ: 297-298

    • NAID

      120006543312

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [雑誌論文] xamining the Performance of Refractory Conductive Ceramics as Plasmonic Materials: A Theoretical Approach2016

    • 著者名/発表者名
      M. Kumar, N. Umezawa, S. Ishii, T. Nagao
    • 雑誌名

      ACS PHOTONICS

      巻: 3 号: 1 ページ: 43-50

    • DOI

      10.1021/acsphotonics.5b00409

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Band engineering of ternary metal nitride system Ti1-x ZrxN for plasmonic applications2016

    • 著者名/発表者名
      M. Kumar, S. Ishii, N. Umezawa, T. Nagao
    • 雑誌名

      Opt. Mat. Express

      巻: 6 号: 1 ページ: 29-38

    • DOI

      10.1364/ome.6.000029

    • NAID

      120006541917

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 窒化チタンナノ構造による光捕集とその応用2017

    • 著者名/発表者名
      石井智
    • 学会等名
      ナノオプティクス研究グループ第24回研究討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Generating Photocurrent and Photo-Induced Heat with Titanium Nitride Nanostructures2017

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Ishii
    • 学会等名
      ICFNN-2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] TiNナノ粒子を利用した太陽光による高効率加熱2017

    • 著者名/発表者名
      石井智, 長尾忠昭
    • 学会等名
      つくばテクノロジーショーケース2017
    • 発表場所
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Hot electron engineering with titanium nitride2016

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Ishii
    • 学会等名
      2016 France-Japan Workshop on Nanoscale Electron-Photon Interact
    • 発表場所
      グルノーブル(フランス)
    • 年月日
      2016-10-24
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ナノ粒子の光学共鳴を利用した太陽光の高効率吸収とその熱応用2016

    • 著者名/発表者名
      石井智, 長尾忠昭
    • 学会等名
      応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Hot carrier excitation in transition metal nitrides2016

    • 著者名/発表者名
      S. Ishii, S.L. Shinde, M. Kumar, S. Ramu Pasupathi, D.T. dao, T. Yokoyama, N. Umezawa, T. Nagao
    • 学会等名
      META 2017
    • 発表場所
      マラガ(スペイン)
    • 年月日
      2016-07-25
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 太陽光エネルギーの有効利用を目指した窒化チタンのホットキャリアエンジニアリング”2016

    • 著者名/発表者名
      石井智, 長尾忠昭
    • 学会等名
      第11回プラズモニック化学シンポジウム
    • 発表場所
      首都東京大学秋葉原サテライトキャンパス(東京都千代田区)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Applications for Oxides and Nitrides for Plasmonic Energy Transduction2015

    • 著者名/発表者名
      S. Ishii, T. Nagao
    • 学会等名
      NIMS-5 - 5th UR1 - CNRS - NIMS - Saint-Gobain Workshop 2015
    • 発表場所
      Rennes, France
    • 年月日
      2015-10-11
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Lossy Plasmonic Resonances in Nanoparticles for Broadband Light Absorption2015

    • 著者名/発表者名
      S. Ishii, S. Ramu Pasupathi, K. Chen, D.T. dao, T. Nagao
    • 学会等名
      CLEO-PR
    • 発表場所
      Busan, Korea
    • 年月日
      2015-08-24
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sunlight absorbing titanium nitride nanoparticles2015

    • 著者名/発表者名
      S. Ishii, S. Ramu Pasupathi, K. Chen, D.T. dao, T. Nagao
    • 学会等名
      ICTON 2015
    • 発表場所
      Burapesth, Hangary
    • 年月日
      2015-07-06
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] ナノ粒子を利用した太陽熱による高効率な水の加熱に成功

    • URL

      http://www.nims.go.jp/news/press/2016/01/201601250.html

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2015-04-16   更新日: 2019-03-29  

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