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

基本信息

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

项目摘要

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。

对于节能社会，透明的隔热技术对于有效屏蔽了通过窗户进入的红外光线（太阳热和辐射热）是必要的。申请人旨在在红外区域创建具有共振反射的透明反射隔热膜，重点是透明的氧化物半导体纳米颗粒，这些纳米颗粒表现出红外表面等离子体。此外，隔热屏蔽是动态控制的（实现开关功能）。特别是，有必要阐明透明反射率和隔热技术的热量（反射和吸收）实际上可以控制热量和热性能的量（存储热量，辐射热等），以进行社交实施。因此，该主题的目的是基于基于电淡（功能窗口）的新热基础控制材料进行研究和开发，以及对纳米颗粒接口的光热控制，这些纳米粒子界面无法通过扩展先前的艺术来解决。在第二年（2022年）中，我们使用红外椭圆法镜检查研究了SN掺杂In2O3（ITO）纳米颗粒薄膜的光学响应（复杂的介电常数和复杂的磁渗透性），旨在实现与氧化物半径薄膜的反射性谐振相关的低热发射性。 ITO纳米颗粒薄膜在红外区域表现出具有Lorentz共振的光学性能，并表现出与ITO连续薄膜不同的红外光学响应。这种光学差异基于ITO纳米粒子薄膜作为光度材料的功能。近红外范围内的谐振反射来自金属性能，中红外范围内的谐振反射是由于入射和反射光的干扰效应所致。此外，从3D电磁场计算中，随着纳米颗粒的形状，颗粒间距离和堆叠结构的变化，红外区域的共振反射性能发生了显着变化。特别是，当使用具有立方体形状的ITO纳米颗粒时，红外反射率达到85％或更多。这种高红外反射率有助于低热发射率，发现整个红外区域的热发射率降低到约15％。因此，发现ITO纳米颗粒薄膜的结构控制对红外区域的光学响应有很大影响，并且具有高性能的隔热性能。

项目成果

期刊论文数量（34）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
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

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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
J. Yang;D. Tang;H. Tabata and H. Matsui
通讯作者：
H. Tabata and H. Matsui

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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
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

松井研のホームページ

松井实验室主页

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Sn-Doped In2O3 Nanoparticles as Thermal Insulating Materials for Solar-Thermal Shielding in the Infrared Range

DOI：
10.1021/acsanm.1c01091
发表时间：
2021-06-01
期刊：
ACS APPLIED NANO MATERIALS
影响因子：
5.9
作者：
Matsui, Hiroaki;Tabata, Hitoshi
通讯作者：
Tabata, Hitoshi

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松井裕章其他文献

Robust 4H-SiC ph diodes fabricated using (11-20) face

使用 (11-20) 面制造的坚固 4H-SiC ph 二极管

DOI：
发表时间：
2004
期刊：
Jpn.J.Appl.Phys. 43
影响因子：
0
作者：
H. Matsui;H. Tabata;T.Kimoto他;T.Kawahara;T.Kimoto他;H.Matsui;T.Kimoto他;松井裕章;松井裕章;T.Kimoto他
通讯作者：
T.Kimoto他