メタマテリアルによるふく射特性制御

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マイクロメートルの微細周期構造によって,極めて人工的なふく射特性を生み出すメタマテリアルを作製し,そのふく射特性として反射率の測定を行った.はじめにサンプルの設計を行うため,電磁波のサンプル透過をマクスウェルの式によって数値解析した.その結果,単純立方格子となる周期構造物は,その構造周期の4倍の長さの波長をもつ電磁波の透過を激減,反射を促進させることが求められた.周期構造の繰り返しは多いほうがよいが,たったの2層だけでも人工的な反射率を得ることは可能な計算結果がられた.上記の計算結果に従い,3層の周期構造をもつ微細構造物をイオン集束ビーム(SII JFIB-2300)により作製した.サンプルは,カーボン母材にタングステンのマイクロ立方体を単純立方格子状に配置した構造となっている.50μm×50μmの大きさで表面をもつサンプルの反射率を顕微FT-IRで測定,数値解析の設計どおりに周期構造物の4倍程度の波長にあたる20μmの赤外線がサンプル表面で強く反射していることが求められた.フォトニッククリスタルの概念により,熱ふく射を制御できるメタマテリアルの実現が可能であることを実験・数値解析から確認した.さらに実用化を考え,大きな表面積をもつフォトニッククリスタルをシリカのマイクロ粒子(直径:1μm,2μm)の自己組織化を用いて作製した.イオン顕微鏡による観察により,作製したサンプルの構造は最密六方格子であり,多結晶的であった.作製したサンプルを試作サンプルと同様に顕微FT-IRによって,表面に垂直な方向のふく射特性を測定したところ,周期構造の数倍程度の長さを持つ波長の赤外線の反射率が強く促進されていることが求められた.本研究により,フォトニッククリスタルを熱ふく射特性制御できるメタマテリアルとして応用できること,さらにマイクロ粒子の自己組織化によって本技術が実用可能なことを示した.