熱環境応答型スマートメタマテリアルの提唱と熱スペクトル制御の実証研究

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19K22097
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分28:ナノマイクロ科学およびその関連分野
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 金森 義明 東北大学, 工学研究科, 教授 (10333858)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2022-03-31
• キーワード: 光デバイス / マイクロ・ナノデバイス / メタマテリアル

研究成果の概要

本研究では、誘電体ナノギャップを“気体（空気）”としたナノギャップ可変の積層メタマテリアルで構成され、環境変化に応答し環境のエネルギーを利用してメタマテリアル自らパッシブに構造変形し、適切な光学特性に調整可能な熱環境応答型スマートメタマテリアルの提唱と熱スペクトル制御の実証研究を行った。十字構造金属パターン及びバイメタル可動構造を組み合わせたメタマテリアルを作製し、光学特性の評価を行った。周囲温度の変化に対して、可視光領域では透明性を維持しつつ、近赤外光領域においては透過率が可逆的に変化することを確認した。

自由記述の分野

マイクロ・ナノ光学

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で提案した熱環境応答型メタマテリアルは、環境の温度に対してパッシブに構造変形するMEMS（Micro Electro Mechanical Systems）構造と、可視光では透明性を維持し、構造変形に応じて近赤外光の透過率を制御するメタマテリアルを組み合わせた全く新しい発想のデバイスである。本研究成果をもとに、従来の材料では不可能であった可視光領域では透明で、かつ外部からのエネルギー供給なしに熱スペクトル特性を環境に応じて切り替える遮熱窓が実現され、近年の地球温暖化やエネルギー安定供給などの問題から求められる省エネルギー化に貢献できるものと期待される。