耐熱超合金の自己組織化によるバルク3次元フォトニック結晶創製

通过耐热高温合金自组装创建块状三维光子晶体

• 批准号: 11J03724
• 负责人: 清水 信
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J03724/
• 关键词: 熱輻射; 金属自己組織化; 周期的微細構造; フォトニック結晶; 太陽光選択吸収材料

本研究の目的はエネルギーシステムの高効率化を目的とした熱輻射スペクトル制御デバイスのためのバルク耐熱金属における周期的微細構造大面積作製技術の確立である。耐熱金属は加工が難しく、既存の微細構造作製技術では大面積作製が難しい。それに代用し得る大面積作製技術として、本研究では金属の自己組織化を用いたバルク3次元フォトニック結晶の作製に関する基盤技術に関して研究を行ってきた。最終年度の研究計画は組織形態のコントロールによる3次元構造の作製および研究成果のまとめとなる学位論文の執筆である。3次元構造作製のためには深さ方向へのエッチングと構造不均一性の解消という二つの課題を解決する必要があった。深さ方向へエッチングを進めるためには異方性エッチングが必要であり、今回はウェットエッチングとFAB加工を組み合わせてエッチングを行った。具体的にはウェットエッチングで表面に2次元周期的微細構造を作製した後、FAB加工によって構造の床部分をエッチングし、さらに2層目をウェットエッチングするという方法で加工を行った。その結果、表層だけではなく、2層目以降も選択的にエッチングが可能であることが示唆された。この加工を精度良く行うためには分離組織の均一性が重要であると考えられる。自己組織化による2層分離組織を利用するため、半導体作製プロセス等によって作製された構造と比較すると、構造サイズ、分布のばらつきが生じてしまうが、数値計算によりそれらの標準偏差を求め、熱処理条件を変化させることで均一化を行った。その結果、時効熱処理を2回行うことで構造サイズの不均一性が抑制され理論値と同等のものが得られるという結果が示唆された。以上、得られた結果はバルク金属3次元フォトニック結晶作製法の基盤技術として重要な成果である。この技術を用いることでエネルギーシステムの高効率化に向けた多様な熱輸送の制御方法が達成できると考えている。

The purpose of this study is to establish a technology for manufacturing large area of fine structure with high efficiency of heat radiation system. Heat resistant metals are difficult to process, and existing micro-structure manufacturing techniques are difficult to manufacture in large areas. This paper studies the substrate technology related to the fabrication of three-dimensional crystals for the self-organization of metals. The final annual research plan includes the organization of three-dimensional structures and the preparation of research results. 3-D structure system and its deep orientation and structural heterogeneity In the future, we will continue to improve the quality of our products. Specifically, after the surface of the two-dimensional periodic microstructure is manufactured, FAB processing is carried out in the bed part of the structure. As a result, the surface layer is divided into two layers, and the surface layer is divided into two layers. The accuracy of this processing is very important for the uniformity of the separation tissue. Self-organization, two-layer separation, organization utilization, semiconductor fabrication, etc., construction, comparison, structure, distribution, generation, calculation, standard deviation, heat treatment conditions, homogenization, etc. The results of heat treatment are shown in the following table: The above results show that the substrate technology for the preparation of three-dimensional crystals is important. This technology is used to improve the efficiency of heat transfer systems and to control heat transfer in multiple directions.

项目成果

Development of High Temperature Solar Selective Absorber Using Refractory Material with Surface Microstructures

表面微结构耐火材料高温太阳能选择性吸收器的研制

• 发表时间: 2011
• 作者: Makoto Shimizu;Kiyotaka Konno;Fumitada Iguchi;Hiroo Yugami
• 通讯作者: Hiroo Yugami

High-Temperature Solar Selective Absorbers Based on Interface Effects in Refractory Metals Coated with Transparent Conductive Oxides

基于透明导电氧化物涂层难熔金属界面效应的高温太阳能选择性吸收器

• 发表时间: 2012
• 期刊: Proceedings of the ASME 2012 6th International Conference on Energy Sustainability
• 作者: M. Shimizu;F. Iguchi and H. Yugami
• 通讯作者: F. Iguchi and H. Yugami

Ni基超合金の自己組織化による周期的微細構造作製

镍基高温合金自组装周期性显微组织

• 发表时间: 2013
• 作者: 清水信;今野晴天;小林大晃;井口史匡;湯上浩雄
• 通讯作者: 湯上浩雄

Fabrication of quasi-periodic surface microcavities by selective etching of self-organized superalloys for high-temperature photonics

• DOI: 10.1063/1.4767903
• 发表时间: 2012-11-26
• 期刊: APPLIED PHYSICS LETTERS
• 影响因子: 4
• 作者: Shimizu, Makoto;Konno, Kiyotaka;Yugami, Hiroo
• 通讯作者: Yugami, Hiroo

透明導電酸化物の太陽光選択吸収材料への応用

透明导电氧化物在太阳光选择性吸收材料中的应用

• 发表时间: 2012
• 作者: 清水信;今野晴天;鈴木麻里;井口史匡;湯上浩雄
• 通讯作者: 湯上浩雄