2023 Fiscal Year Research-status Report
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22K18287
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
宮内 雄平 京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (10451791)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| Keywords | 太陽光吸収 / カーボンナノチューブ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度は、前年度に引き続き、高純度な半導体型カーボンナノチューブ（CNT）からなる薄膜の広帯域複素屈折率の異方性に関する測定を進め、角度・偏光分解測定により、薄膜の複屈折性を詳細に明らかにし、論文として報告した。また、太陽光加熱実験に向けて、ソーラシミュレータからの擬似太陽光を照射しながら正確に基板温度計測を行うための実験系の構築を進めた。半導体型CNT薄膜と金属を組み合わせたCNT太陽光選択吸収体の数値シミュレーションによる設計と試作も行った。上記で構築した実験系と試料を用いて、まず、擬似黒体基板と、作製したCNT太陽光選択吸収体基板をそれぞれ1SUNの擬似太陽光照射下に設置し、CNT太陽光選択吸収体を用いることで、より高温まで到達できることを確認した。この実験結果と解析を通じて、放射および吸収特性をより理想的な条件に近づけ、最高到達温度をさらに高めるために、以下(1)から(3)の対応が必要であることが判明した。(1)基板温度測定用の熱電対からの熱リークにより最高到達温度が制限を受けているため、温度測定に非接触の放射温度計を用いる。（2）基板裏面からの放射による熱リークを防ぐため、基板裏面の放射を反射して基板に戻す仕組みを導入する。（3）半導体型CNT薄膜の膜厚が、太陽光吸収の波長選択性に大きな影響を与えるため、半導体型CNT薄膜の膜厚制御を精密に行う。年度後半は、これらの項目に対応するための新しいチャンバー構造、基板保持構造等の設計、並びに、CNT薄膜作製技術の検討を進めた。また、CNTから熱媒体への共鳴エネルギー移動の効果を検討するため、近赤外ストリークカメラによる励起子寿命測定系を立ち上げ予備的な測定を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
高純度な半導体型カーボンナノチューブからなる薄膜の複屈折性を詳細に明らかにし、この成果を論文として発表することができた。また、研究計画に沿って、擬似太陽光照射下での基板加熱実験を進めている。研究開始時には予期していなかった課題として、上記(1)から(3)の課題が浮上したため、その対応に時間を要したものの、現時点で、これらの課題に一定の解決の目処が得られているため、概ね順調とした。なお、予期せぬトラブルとして、年度後半に主要設備の１つである可視域のCCD検出器が故障した。この検出器修理に時間を要するため、この検出器を用いる実験について今後多少の遅れが生じる可能性がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究ではまず、これまでに判明した上記(1)から(3)の課題に対処し、CNT太陽光選択吸収体により、1SUN照射条件下で、設計通りの最高到達温度を達成できることを実証する。並行して、CNTから熱媒体への共鳴エネルギー移動の効果の検討を進める。その後、上記検討により最適化したCNT太陽光選択吸収体を用いて、擬似太陽光照射条件下での水の加熱実験を行う実験系の構築を行い、本研究のコンセプト実証へと進む。
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| Causes of Carryover |
今年度は、研究上必要な米国製可視近赤外光検出器が故障し、本国に送付し原因の調査を依頼したが、最近の物価高騰、為替の状況により、修理費用が数百万円以上の非常に高額になる可能性が生じたため、修理に必要な金額が確定するまでの間、相当金額の執行を差し控えた。結果として、年度内には修理金額が確定せず、次年度使用額が生じた。この装置修理費用については交渉中であるが、2024年度に修理費用の支払いが生じる見込みである。また、研究期間の後半となり、実験の規模と頻度が増すため使用する金額が増加する見込みである。
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