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メタマテリアルによる熱ふく射制御と太陽熱光起電力発電への展開

研究課題

研究課題/領域番号 15K17985
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 熱工学
研究機関新潟大学

研究代表者

櫻井 篤  新潟大学, 自然科学系, 准教授 (20529614)

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)
2017年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2016年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワード波長選択性ふく射制御 / メタマテリアル / サーマルフォトニクス / 太陽エネルギー / 熱光起電力発電 / サーモプラズモニクス
研究成果の概要

本研究では,太陽熱光起電力(Solar-TPV)発電の基礎的研究を行った.この研究で鍵となる技術は,波長選択性を持つ太陽光吸収材料とエミッターである.そこで我々は,ふく射特性を自由自在に制御することが可能なメタマテリアルに着目した.理論並びに数値解析に基づいてメタマテリアル構造の設計を行いエミッターとしてほぼ設計通りの性能を得ることに成功した.また真空容器内での試験では熱光起電力発電が可能であることを示した.また,波長選択性太陽光吸収材料について,コアシェル型ナノ粒子アレイやフィッシュネットを用いたメタマテリアルを提案した.さらに赤外領域において大面積波長選択性エミッターの研究も併せて行った.

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

    (22件)

すべて 2017 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 9件、 招待講演 2件) 備考 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Electromagnetic resonances of wavelength-selective solar absorbers with film-coupled fishnet gratings2017

    • 著者名/発表者名
      Yuki Matsuno, Atsushi Sakurai
    • 雑誌名

      Optics Communications

      巻: 385 ページ: 118-123

    • DOI

      10.1016/j.optcom.2016.10.044

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Perfect infrared absorber and emitter based on a large-area metasurface2017

    • 著者名/発表者名
      Yuki Matsuno, Atsushi Sakurai
    • 雑誌名

      Optical Materials Express

      巻: 7 号: 2 ページ: 618-626

    • DOI

      10.1364/ome.7.000618

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Electromagnetic resonances of solar-selective absorbers with nanoparticle arrays embedded in a dielectric layer2016

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Sakurai, Tomoaki Kawamata
    • 雑誌名

      Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer

      巻: 184 ページ: 353-359

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Thermophotovoltaic Conversion System with Wavelength-selective Metasurface Emitter2017

    • 著者名/発表者名
      Yuki Matsuno, Ryo Koyanagi and Atsushi Sakurai
    • 学会等名
      1st ACTS - Asian Conference on Thermal Sciences 2017
    • 発表場所
      韓国(Jeju)
    • 年月日
      2017-03-27
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Wavelength-selective metasurface emitter for thermophotovoltaic system2017

    • 著者名/発表者名
      Yuki Matsuno, Ryo Koyanagi and Atsushi Sakurai
    • 学会等名
      The 6th International Symposium on Micro and Nano Technology
    • 発表場所
      九州大学(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2017-03-19
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 薄膜型グラフェンメタサーフェスによる熱ふく射制御2017

    • 著者名/発表者名
      下條 恭, 矢田 恭平, 吉本 大樹, 櫻井 篤
    • 学会等名
      第 54 回日本伝熱シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ナノスリット型グラフェンメタサーフェスによる熱ふく射制御2017

    • 著者名/発表者名
      矢田 恭平, 吉本 大樹, 櫻井 篤
    • 学会等名
      第 54 回日本伝熱シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Wavelength-Selective Emitter and Absorber Based on a Metasurface2017

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Sakurai,Yuki Matsuno
    • 学会等名
      3rd International Workshop on Nano-Micro Thermal Radiation
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] メタマテリアルによる波長選択性熱ふく射制御2017

    • 著者名/発表者名
      櫻井篤
    • 学会等名
      日本学術振興会メタマテリアル第187委員会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] メタサーフェスによる自由自在な熱輻射制御:宇宙機の熱マネジメントに向けて2017

    • 著者名/発表者名
      櫻井篤
    • 学会等名
      熱物性研究会「先進材料の熱物性と宇宙システムデザイン」
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Near-infrared wavelength-selective metasurface emitter2017

    • 著者名/発表者名
      Ryo Koyanagi, Yiming Huang, and Atsushi Sakurai
    • 学会等名
      The 14th International Conference on Flow Dynamics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Computational Design of Solar Selective Absorber with Metallic Nanoparticles Embedded in Multilayer2017

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Yokoyama, Kairi Ushiki, and Atsushi Sakurai
    • 学会等名
      The 14th International Conference on Flow Dynamics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Broadband Mid-Infrared Metasurface Emitter for Radiative Cooling2017

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Hamada, Ryota Ogawa, and Atsushi Sakurai
    • 学会等名
      The 14th International Conference on Flow Dynamics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electromagnetic Resonances of High Temperature Solar-Selective Absorbers with Refractory Nanoparticle Arrays2016

    • 著者名/発表者名
      Tomoaki Kawamata and Atsushi Sakurai
    • 学会等名
      The Fourth International Forum on Heat Transfer
    • 発表場所
      仙台国際センター(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-11-02
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 赤外波長領域におけるグラフェンメタサーフェスを用いた熱ふく射制御2016

    • 著者名/発表者名
      吉本 大樹,矢田 恭平,櫻井 篤
    • 学会等名
      熱工学コンファレンス2016
    • 発表場所
      愛媛大学(愛媛県松山市)
    • 年月日
      2016-10-22
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] グラフェンメタサーフェスによる熱ふく射制御2016

    • 著者名/発表者名
      矢田 恭平,吉本 大樹,櫻井 篤
    • 学会等名
      第53回 日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      グランキューブ大阪(大阪府大阪市)
    • 年月日
      2016-05-24
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] High-temperature solar-selective absorbers using core-shell nanoparticle arrays2016

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Sakurai, Tomoaki Kawamata
    • 学会等名
      The First Pacific Rim Thermal Engineering Conference
    • 発表場所
      Waikoloa (USA)
    • 年月日
      2016-03-14
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Wavelength-selective absorber with film-coupled grating metamaterial for solar-thermophotovoltaic system2015

    • 著者名/発表者名
      Yuki Matsuno, Atsushi Sakurai
    • 学会等名
      The Twelfth International Conference on Flow Dynamics
    • 発表場所
      仙台国際センター(宮城県・仙台市)
    • 年月日
      2015-10-27
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 非対称メタサーフェスによる熱ふく射制御2015

    • 著者名/発表者名
      櫻井篤,平原大樹
    • 学会等名
      第36回日本熱物性シンポジウム
    • 発表場所
      東北大学(宮城県・仙台市)
    • 年月日
      2015-10-19
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [備考] 研究室ウェブサイト

    • URL

      http://www.eng.niigata-u.ac.jp/~rad/index.html

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.eng.niigata-u.ac.jp/~rad/index.html

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [産業財産権] 赤外線ヒーター2015

    • 発明者名
      戸谷 剛、櫻井 篤、近藤良夫
    • 権利者名
      戸谷 剛、櫻井 篤、近藤良夫
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2015-175068
    • 出願年月日
      2015
    • 取得年月日
      2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

URL: 

公開日: 2015-04-16   更新日: 2019-03-29  

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