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2022 年度 実績報告書

遷移金属窒化物の熱プラズモニクスで実現する超高効率マイクロ熱反応デバイス

研究課題

研究課題/領域番号 20H02075
研究機関神戸市立工業高等専門学校

研究代表者

瀬戸浦 健仁  神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (90804089)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワードサーモプラズモニクス / 窒化チタン / 局在プラズモン / 光熱変換
研究実績の概要

本課題では、過去2年間で蓄積した知見をもとに、本年度(3年目)はマイクロ熱反応器を完成させ、実証実験を行った。まず電子線リソグラフィーによって、透明基板上に窒化チタンのナノ粒子を数マイクロメートル程度の間隔で周期的に配列したナノ粒子2次元アレイを作製し、これをマイクロ熱反応器とした。
個々のナノ粒子の形状としては、当初は単純なキューブ状(立方体)のものを用いる予定であったが、数値計算による設計によって、リング状(ドーナツ形状)のナノ粒子の方が光照射によるナノ~マイクロメートル領域の加熱で高い自由度および機能性を発現することが判明したため、リング状ナノ粒子を用いることとした。キューブ状のナノ粒子の2次元アレイであれば、自身の研究室で構築した光学系でレーザー照射によって作製可能であったが、リング形状のナノ粒子アレイの作製は困難であったため、外部機関(物質・材料研究機構)の微細加工装置を利用することで作製した。
熱反応の実証実験としては、当初予定していた気相の触媒反応が実験環境の都合で実施不可となったため、代替としてシリコーンゴムの一種であるポリジメチルシロキサンの熱硬化反応を対象とした。作製した窒化チタンナノ粒子のアレイにレーザー光を照射したところ、照射領域が顕著に昇温していることが確認された。熱硬化が期待通り促進されたものと想定されるが、詳細は直近に行う走査型電子顕微鏡観察で確認する予定である。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (1件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Optical manipulation in conjunction with photochemical/photothermal responses of materials2022

    • 著者名/発表者名
      Setoura Kenji、Ito Syoji
    • 雑誌名

      Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews

      巻: 52 ページ: 100536~100536

    • DOI

      10.1016/j.jphotochemrev.2022.100536

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Plasmonic nanoscale temperature shaping on a single titanium nitride nanostructure2022

    • 著者名/発表者名
      Tamura Mamoru、Iida Takuya、Setoura Kenji
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 14 ページ: 12589~12594

    • DOI

      10.1039/D2NR02442J

    • 査読あり
  • [学会発表] 局在プラズモンを用いたナノスケール温度場造形2023

    • 著者名/発表者名
      瀬戸浦健仁
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
    • 招待講演

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公開日: 2023-12-25  

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