Switching of thermal emissivity spectra over broadband using metamaterials consisting of vanadium dioxide

使用由二氧化钒组成的超材料在宽带上切换热发射率光谱

基本信息

批准号：
22K14192
负责人：
磯部和真
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14192/
关键词：
熱放射率スイッチングメタマテリアル二酸化バナジウム

项目摘要

温度の高低によって放射冷却現象に関わる中赤外波長における放射率を自律的に制御可能な微細構造を創成する足がかりとして，時間領域差分法による数値シミュレーションを用いた構造の探索を行った．金の基板上に二酸化チタン及び二酸化バナジウムを順に積層した多層構造を対象とした放射率の評価を進めるため，既存の数値シミュレーションにベイズ最適化手法による再帰的な構造探索アルゴリズムを組み合わせた．これにより，効率的な性能評価を進めることが可能となり，これまで考えていた構造よりも高い性能を持つ構造の発見に繋がった．これらの数値シミュレーションを通して，赤外放射率の大小に関わる物理現象の起源についての理解が進行したとともに，放射率制御の鍵となる材料である二酸化バナジウムの物性に求められる特性についての指針が得られた．これらの知見や成果については，学術誌への投稿のために論文を執筆中である．また，温度によって金属的あるいは絶縁体的な反射，放射特性を示す機能性材料である二酸化バナジウムについて，ゾルゲル法による薄膜合成や酸化あるいは還元雰囲気下におけるアニール処理を並行して進めている．現在は通常の実験室環境下で作業を行っているために不純物の混在が懸念されるものの，そのような環境下であっても基板となる材料やアニール条件を適切に整えることにより，クリーンルーム内でのパルスレーザー堆積法により得られた純度の高い二酸化バナジウムと同じく，60℃前後において電気抵抗値が100倍程度変化することが確認された．

作为建立微观结构的垫脚石，可以自主控制中红外波长的发射率，这与由于高温和低温而导致的辐射冷却现象有关，我们使用时间域差异方法使用数值模拟进行了研究。为了评估多层结构的发射率，其中将二氧化钛和二氧化钛二氧化钛依次堆叠在金底物上，我们将现有的数值模拟与递归结构搜索算法相结合，使用贝叶斯优化技术。这样可以进行有效的绩效评估，从而发现比以前想象的要高的结构。通过这些数值模拟，我们对与红外发射率相关的物理现象的起源有了了解，并为二氧化衣的物理性质所需的特性提供了指南，这是一种材料，这是发射性控制的关键。我目前正在撰写有关这些发现的论文，并将其提交给学术期刊的结果。此外，二氧化钒是一种功能性材料，该功能材料根据温度表现出金属或绝缘剂的反射和辐射特性，并通过溶胶 - 凝胶方法和氧化或还原氛围在氧化或还原氛围中退火处理并在退火下与薄膜合成。 Currently, since the work is carried out in a normal laboratory environment, there is a concern that impurities may be mixed, but even in such an environment, by properly adjusting the substrate material and annealing conditions, it has been confirmed that the electrical resistance value changes by about 100 times at around 60°C, just like the high-purity vanadium dioxide obtained by pulsed laser deposition method in a clean room.