量子非平衡吸収体を用いた太陽光熱利用の原理的革新

本研究では、太陽光による水などの透明熱媒体加熱において、近年の量子ナノ物質科学の成果に基づき、より低い集光度でより大きなエネルギー流束による急速熱媒体加熱を可能にする新概念を開拓することを目指して研究を進めている。本年度はまず、太陽光吸収材料として想定している単層カーボンナノチューブ（CNT）薄膜において、垂直方向からの太陽光入射だけでなく、あらゆる方向からの太陽光入射に対する光学応答を理解し、素子として設計可能なものにするため、角度・偏光分解光学測定系を構築し、薄膜の広帯域複素屈折率スペクトルの決定を行った。その結果、本研究で作製したCNT薄膜は、薄膜を構成する一本一本のCNTが面内二次元配向を持ち、それぞれのCNTの持つ強い光学異方性は、マクロスコーピックには、薄膜面に垂直な方向と、面に平行な方向の、異なる屈折率として観測されることがわかった。角度依存の光学スペクトルは、これまで知られていた面内方向の複素屈折率だけでは再現できず、面直方向の複素屈折率の重要性が示唆された。また、本年度は、低集光での太陽光吸収において大きな問題となる、中遠赤外領域の不要な熱放射の発生を防ぐための、CNTの分離精製方法について検討を進めた。これまでの界面活性剤を利用する方法だけでなく、ポリマーを利用する方法など、様々な分散精製方法を検討した結果、中遠赤外領域の放射率を抑制可能なCNT分離精製方法とパラメータを特定した。

本研究では、太陽光による水などの透明熱媒体加熱において、近年の量子ナノ物質科学の成果に基づき、より低い集光度でより大きなエネルギー流束による急速熱媒体加熱を可能にする新概念を開拓することを目指して研究を進めている。本年度はまず、太陽光吸収材料として想定している単層カーボンナノチューブ（CNT）薄膜において、垂直方向からの太陽光入射だけでなく、あらゆる方向からの太陽光入射に対する光学応答を理解し、素子として設計可能なものにするため、角度・偏光分解光学測定系を構築し、薄膜の広帯域複素屈折率スペクトルの決定を行った。その結果、本研究で作製したCNT薄膜は、薄膜を構成する一本一本のCNTが面内二次元配向を持ち、それぞれのCNTの持つ強い光学異方性は、マクロスコーピックには、薄膜面に垂直な方向と、面に平行な方向の、異なる屈折率として観測されることがわかった。角度依存の光学スペクトルは、これまで知られていた面内方向の複素屈折率だけでは再現できず、面直方向の複素屈折率の重要性が示唆された。また、本年度は、低集光での太陽光吸収において大きな問題となる、中遠赤外領域の不要な熱放射の発生を防ぐための、CNTの分離精製方法について検討を進めた。これまでの界面活性剤を利用する方法だけでなく、ポリマーを利用する方法など、様々な分散精製方法を検討した結果、中遠赤外領域の放射率を抑制可能なCNT分離精製方法とパラメータを特定した。