2002 Fiscal Year Annual Research Report
量子共鳴効果による周期的表面ナノ構造からの熱放射スペクトル制御
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14655078
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
湯上 浩雄 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60192803)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齋 均 東北大学, 大学院・工学研究科, 日本学術振興会特別研究員
金森 義明 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10333858)
佐多 教子 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20271984)
圓山 重直 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (80173962)
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| Keywords | 解析格子 / 熱放射 / ナノ構造 / 熱光起電力発電 / 微細加工 / RCWA |
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| Research Abstract |
我々は、熱光起電(Thermo-Photo-Voltaic : TPV)発電に関する研究を行っていく過程で、フォトニック結晶と類似の表面ナノ構造により熱放射スペクトルが制御できる可能性が有ることを見出した。本研究では、この量子共鳴効果を用いた熱放射スペックトル制御機能の発現原理の解明と、TPV以外の熱工学応用分野への適応性に関して研究を行う。本研究では,熱放射スペクトルの制御を行うことにより,より高効率な熱利用システムを構築するとともに、作製したナノ構造エミッタの熱・光学特性を評価し、機能性発現原理と応用について考察する。
本年度は、以下の研究を行った。(1)Maxwell方程式の厳密解を求めるRigorous Coupled-Wave Analysis (RCWA)法に基づいた解析プログラムコードにより、各システムに最適な微細構造の決定を行った。特に高速に計算を実行させることを目的として、アルゴリズムの改善を行った。その結果、これまでの計算速度の3倍が達成された。(2)微細領域の放射スペクトルを測定するための放射測定装置の設計と製作を行った。広い波長域に渡る測定が可能となるよう、KBrビームスプリッタ、ZnSe窓、赤外光源、偏向光学素子および光学部品を用いて現有するフーリエ変換赤外分光器を改良し、現有する標準黒体炉、冷却水循環器および真空加熱装置を組み合わせ、熱放射測定装置を構築した。(3)可視領域の輻射スペクトルを選択的に放射する表面ナノ構造体を高融点金属に作製するためのプロセス研究を行った。本年度は、高温耐性を有する構造を実現するために、単結晶タングステン金属を用いて表面微細構造を製作し、1400Kにおいても安定な構造を得ることができた。
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Research Products
(4 results)
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[Publications] H.Yugami, H.Sasa, M.Yamaguchi: "Civilian and Industrial Applications of TPV in Japan"Semiconductor Science and Technology. Vol.. S1-S8 (2003)
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[Publications] Hitoshi Sai, Y.Kanamori, H.Yugami: "High-temperature resistive surface grating for spectral control of thermal radiation"Applied Physics Letters. (印刷中). (2003)
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[Publications] Hitoshi Sai, Hiroo Yugami et al.: "Spectrally selective emitters with deep rectangular cavities fabricated with fast atom beam etching"Proceedings of the 5th Conference on Thermophotovoltaic Generation of Electricity (TPV5). (印刷中). (2003)
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[Publications] H.Yugami, K.Kobayashi, H.Sai, Y.Kanamori, K.Hane: "Broadband antireflection for GaSb by means of subwavelength grating (SWG) structures"Proceedings of the 5th Conference on Thermophotovoltaic Generation of Electricity(TOV5). (印刷中). (2003)
