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2022 年度 研究成果報告書

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

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研究課題/領域番号 20H02075
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分19020:熱工学関連
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
キーワード局在表面プラズモン / 光熱変換 / サーモプラズモニクス / 窒化チタン / 局所加熱 / MEMS / マイクロ・ナノデバイス
研究成果の概要

本研究ではまず、局在表面プラズモン共鳴によって可視~近赤外波長域の光を極めて効率よく吸収し熱に変換する「窒化チタンナノ粒子」の基礎的な特性(光熱変換の効率および制御性における、ナノ粒子のサイズ依存性や形状依存性)を数値計算および実験の両面から明らかにした。そしてこの知見をもとに、窒化チタンナノ粒子を基板上にマイクロメートルオーダーで周期的に配置した「高効率マイクロ光熱変換デバイス」を設計および製作し、各種の熱反応を実際に誘起する実証実験を行うことで、本デバイスによって微小領域の光加熱が有効に行えることを示した。

自由記述の分野

ナノマイクロ科学

研究成果の学術的意義や社会的意義

先行研究でも、貴金属ナノ粒子を光照射によってナノ熱源として用いる報告は多数あるが、表面融解というナノ粒子に特有な低温での融解とそれによる形状変化のために、応用に際して実用上の上限は550K程度であった。
本研究では実験および計算の両面から、元来融点が極めて高い窒化チタンナノ粒子を用いれば、1400~2000K程度の高温でもナノ粒子を熱源として利用できることを明らかにした。また窒化チタンナノ粒子を用いれば、照射光の波長や偏光によってナノ~マイクロ領域の狙った箇所だけを選択的に加熱できることも初めて明らかにしており、微小領域の高効率なリモート加熱技術として大きな成果が得られたと言える。

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公開日: 2024-01-30  

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