研究課題
電磁波波長以下サイズの電極と電磁波との共鳴現象である光学メタマテリアルは、太陽電池や通信技術への応用で、光エネルギー利用効率向上に期待されている。本研究は、カーボンナノチューブ(CNT)が高密度束状成長したCNTフォレストの高い光吸収率を利用し、CNTフォレストで構成する高効率赤外領域メタマテリアルを提案、熱エネルギー貯蔵デバイスを試作評価することを研究目的とした。CNTフォレスト構造制御を行い、パルスガス供給制御により1μm高さの均一CNTフォレスト合成に成功した。合成条件で高さ20μmに調整した様々な密度配向性のCNTフォレストを解析し、CNTフォレスト構造密度4.5±1.7×10^12 CNTs/cm^2で低反射率0.077%(λ=750nm)を得た。CNTフォレストの赤外領域吸収増加が配向依存で現れる機構を実験とFDTD計算から明らかにした。新規の霜柱状CNTフォレストをパンチングメタル形状メタマテリアルパターンに加工することで赤外光吸収増大効果を見出した。CNTフォレスト形態のフラクタル解析を行い、触媒ナノ粒子形成、CNTフォレスト成長密度、ラマンマッピングの自己相似性の触媒厚さ依存性を調べた。触媒薄膜がデウェット化、オストワルド熟成、拡散プロセスを経て、触媒サイズ分布と均一配置するプロセスを明らかにした。自己組織化CNTフォレスト構造と自己相似性スケーリングが起きる触媒アニーリングステージの数値化に成功した。SRR形状加工したCNTフォレストメタマテリアルについて、赤外吸収のパターン配線形状依存性を調べ、SRR形状CNTフォレストメタマテリアルの赤外吸収増大化に成功し、赤外領域CNTフォレストメタマテリアルの基本動作を実証した。配線加工しない垂直配向CNTフォレストと塗布CNTフィルムのハロゲンランプ加熱による昇温特性を調査した。メタマテリアル配線加工したCNTフォレストによる熱エネルギ貯蔵デバイス実証には至らなかった。
すべて 2020 2019 その他
すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 6件、 招待講演 3件) 備考 (2件)
Materials Characterization
巻: 160 ページ: 110086～110086
10.1016/j.matchar.2019.110086
Optics Express
巻: 28 ページ: 607～607
10.1364/OE.381817
https://www.kochi-tech.ac.jp/power/research/post_53.html
http://gecko.eng.kochi-tech.ac.jp/
