| 研究課題/領域番号 |
18K19038
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分30:応用物理工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
田中 拓男 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (40283733)
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| 研究分担者 |
竹澤 晃弘 広島大学, 工学研究科, 准教授 (10452608)
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| 研究期間 (年度) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2019年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2018年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
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| キーワード | メタマテリアル / 光吸収 / トポロジー最適化 / 有限要素法 / マスクレスリソグラフィ / 光吸収体 / 放熱デバイス / 熱放射効率 / 最適化アルゴリズム |
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| 研究成果の概要 |
本研究では，メタマテリアル吸収体の構造最適化と熱輻射デバイスへの応用を行った．赤外線と可視光の両方の領域で動作するマルチスケールメタマテリアル吸収体の構造設計を行った．赤外線と可視光それぞれのメタマテリアル吸収体の構造を最適化した後,それらを組み合わせたマルチスケールメタマテリアル吸収体の最適構造を明らかにした．解析で得られた構造をもとに銀ナノパッチアレイ構造で構成される赤外吸収構造を試作した．このメタマテリアル吸収構造を熱電変換素子の端面に装荷したところ，メタマテリアル吸収体がない場合と比べて10倍以上の温度差が発生し1.09 mW/cm2の電力密度を得る事に成功した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
複数のパラメータを持つ構造の最適化では，全てのパラメータの組み合わせを網羅的に探索することは困難である．そこで本研究ではトポロジカル最適化手法を用いて，大規模最適化問題の解法手法を開発した．この成果は，メタマテリアル吸収体構造の構造設計に留まらず，広く大規模最適化問題の解法手法として応用することが可能である．また，設計したメタマテリアル光吸収体を用いた熱電変換デバイスはメタマテリアル吸収体が持つ高い光吸収特性によって温度差を作り出す事ができるので，極めて温度差の小さい環境下においても動作する高効率熱電素子として応用できる可能性がある．
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