Functional control of plasmons and phnons at nanoparticle interfaces on oxide semiconductor for thermal management

用于热管理的氧化物半导体纳米颗粒界面处的等离子体激元和声子的功能控制

• 批准号: 21H01360
• 负责人: 松井 裕章
• 金额: $ 10.9万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01360/
• 关键词: 赤外領域; 酸化物半導体ナノ粒子; 表面プラズモン; 透明反射遮熱; 熱マネージメント; 酸化物半導体; ナノ粒子; 赤外; 遮熱; 熱放射率; 電気的制御; ナノ粒子薄膜; 赤外域; 熱輸送; 反射遮熱; フォノン; 熱伝導; 機能制御; 固液界面

省エネ社会に向けて、窓から侵入する赤外光（太陽熱・輻射熱）を効率よく遮蔽する透明遮熱技術が必要である。本申請者は、赤外表面プラズモンを示す透明酸化物半導体ナノ粒子に着目して、赤外域で共鳴反射を持つ透明反射遮熱フィルムの創出を目指す。更に、遮熱の動的制御（スイッチ機能の実現）を行う。特に、透明反射遮熱技術の光学的特性（反射・吸収）が、どの程度の熱量や熱物性（日射熱・輻射熱など）を実際に制御できるのか、社会実装に向けて明らかにする必要がある。故に、従来技術の延長では解決できないエレクトロクロミック（機能性窓）やナノ粒子界面の光熱制御に基づいた新しい熱基盤制御材料に関する研究開発を本課題の目標とした。２年目（2022年度）は、赤外エリプソメトリ分光を用い、Sn-doped In2O3 (ITO)ナノ粒子薄膜の光学応答（複素誘電率及び複素透磁率）を調査し、酸化物半導体ナノ粒子薄膜の反射共鳴に伴う低い熱放射率の実現を目指した。ITOナノ粒子薄膜は、赤外域でローレンツ共鳴を持った光学特性を示し、ITO連続薄膜とは異なった赤外光学応答を示した。この光学的な相違は、ITOナノ粒子薄膜が光メタマテリアルとして機能化したことに基づく。近赤外域の共鳴反射は、金属的性質な特性に由来し、中赤外域の共鳴反射は、入射光と反射光の干渉効果による。また、3次元電磁界計算から、ナノ粒子の形状・粒子間距離及び積層構造の変化に伴い、赤外域での共鳴反射性能は著しく変化しする。特に、立方体形状のITOナノ粒子を用いた場合、赤外域の反射率が85%以上に達する。この高い赤外反射共鳴は低い熱放射率に寄与し、赤外域全体における熱放射率は15%程度まで減少することを見出した。故に、ITOナノ粒子薄膜の構造制御は、赤外域の光学応答に強い影響を与え、高性能な遮熱特性を持つことを明らかにした。

It is necessary to reduce the incidence and penetration of sunlight (solar heat and radiant heat) in the society. The present applicant has shown that transparent acid semiconductor particles are visible, and that resonant reflection in the red domain can maintain transparent reflection heat shielding. More, the control of the heat shield (s)(s)(s). In particular, the optical characteristics (reflection and absorption) of transparent reflection and heat shielding technology, the degree of heat and thermal properties (solar radiation and radiant heat), the need for practical control, and the need for social equipment. Therefore, the extension of recent technology is to solve the problem of the development of new thermal substrate control materials related to the photothermal control of particle interfaces. In 2022, we investigated the optical response (complex permittivity and complex permeability) of Sn-doped In2O3 (ITO) thin particle films and pointed out the realization of reflection resonance and low thermal emissivity of acid-doped semiconductor thin particle films. ITO thin films have optical properties such as infrared resonance, infrared resonance, and infrared resonance. This optical phase contrast, ITO particles thin film, optical and functional, The resonance reflection of near-infrared region is due to the properties of metal, and the resonance reflection of middle-infrared region is due to the interference of incident light and reflected light. 3-D electromagnetic field calculation, particle shape, interparticle distance and layered structure transformation, red domain resonance reflection performance transformation In particular, when cubic ITO particles are used, the reflectance of the red domain is 85% or more. The high reflection resonance and low thermal emissivity of the infrared region decrease by 15%. Therefore, ITO particle thin film structure control, red domain optical response strong influence and high performance, heat shielding characteristics of the maintenance of light

项目成果

2D MoO3 Nanowires for Surface Enhanced Raman Spectroscopy

用于表面增强拉曼光谱的二维 MoO3 纳米线

• 发表时间: 2022
• 作者: J. Yang;D. Tang;H. Tabata and H. Matsui
• 通讯作者: H. Tabata and H. Matsui

ナノ光材料を応用した透明反射遮熱の開発：生体防御技術と熱マネージメント

使用纳米光学材料开发透明反射隔热罩：生物防御技术和热管理

• 发表时间: 2021
• 作者: S. Yamamura;Y. Sun;H. Zhang;J. Goto;M. Yasutake;K. Enpuku;T. Yoshida;松井裕章
• 通讯作者: 松井裕章

Surfaces and Interfaces of Metal Oxide Thin Films, Multilayers, Nanoparticles and Nano-composites

金属氧化物薄膜、多层膜、纳米颗粒和纳米复合材料的表面和界面

• 发表时间: 2021
• 作者: Roca;A.G.;Mele;P.;Kijima-Aoki;H.;Fantechi;E.;Vejpravova;J.K.;Kalbac;M.;Kaneko;S.;Endo;T.
• 通讯作者: T.

高い可視・電波透過性をあわせ持つフレキシブルな透明反射遮熱フィルムの開発

高可见光和电波透过率柔性透明反射隔热膜的研制

メタマテリアルの設計、作製と 新材料、デバイス開発への応用

超材料的设计和制造及其在新材料和器件开发中的应用

• 发表时间: 2022
• 作者: 山村柊哉;五藤仁哉;安武茉子;圓福敬二;吉田敬;松井裕章
• 通讯作者: 松井裕章