ふく射の空洞量子効果を用いた革新的メタン改質の解明に関する研究

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本研究課題はメタンガスの水蒸気改質反応の効率向上を空洞量子効果により実現することを目指している. 空洞量子効果はマイクロメートルオーダーの空洞内において特定波長の電磁場が共振する現象で, 熱ふく射のスペクトル強度を制御することが可能になる. 本年度はナノ粒子によるふく射制御を考え, 1. 紫外線領域のふく射制御, 及び2. 可視光・近赤外領域のふく射制御を行った.1. 紫外線領域のふく射制御単一の球状粒子の散乱及び吸収特性が, 粒径, 電磁波の波長および粒子の複素屈折率に依存することはMie散乱理論によって示されている. これにより粒子の種類や大きさを制御することでふく射制御が可能となる. 一次元平行平板モデル内でふく射輸送方程式を光線放射モデルによるふく射要素法により解き, 膜の透過率を計算した. 解析結果を実験により評価した. 作製した紫外線遮蔽膜は可視域において透過率が約90%であり外観保持が可能であることを示している. また紫外域において透過率は約25%である. これは紫外線遮蔽性能を持つことを示している. これにより多くの工業製品の紫外線劣化を抑えることが可能となる.2. 可視光・近赤外領域のふく射制御同様に数値解析を行い, 可視光・近赤外領域の反射率の制御を行った. 本研究では遮熱黒色塗料を作製した. 一般的な黒色塗料に比べて近赤外領域の反射率を選択的に上昇させている. これにより, 一般的な黒色塗料よりも遮熱性能の高い黒色塗料が実現した. これを自動車等に適用することで冷房負荷を低減することができる.以上のように粒子によるふく射制御を実現した. このようなふく射制御は社会の様々な場面に応用でき, 環境分野への恩恵が大きい. 本研究はエネルギー問題に関して, ふく射伝熱の観点から光学物性制御を様々な工業技術に応用・発展させることで革新的な省エネルギー化を図り, 新たな工学分野・学術領域を切り開くものである.