SDGsの分類
研究テーマ
エネルギー・環境ナノ・材料
学科の分類
工学部ナノ材料マイクロデバイス研究センター

赤外線スマートウィンドウの研究 -ナノスケールモスアイ構造を有する二酸化バナジウム薄膜-

工学部

ナノ材料マイクロデバイス研究センター

和田英男 教授

共同研究者

小池一歩
小山政俊
前元利彦
矢野満明

　地球温暖化に伴う気候変動を解決するためには、熱エネルギーを効率的に使用して、物質から放出される排熱を抑制することが重要です。二酸化バナジウムは、温度上昇に伴い赤外線透過率が顕著に減少する反面、反射率は向上する性質（サーモクロミズム）を利用した赤外線放射抑制機能材料です。本研究では、ナノスケールモスアイ構造を有する二酸化バナジウム薄膜に着目し、「電気的駆動力なしに直接的に光スイッチング機能」をもつ赤外線スマートウィンドウの開発を実施しています。

赤外線スマートウィンドウ

　金属有機化合物分解法（MOD）法によってR面サファイア基板上に成膜した二酸化バナジウム（VO2）薄膜における相転移温度後の可視光領域（400～800nm）での平均透過率は、54.8%、近赤外線光領域（800～2000nm）での相転移温度前後の最大値調光率は42.7%を表しています。この測定結果は、VO2薄膜を用いた赤外線スマートウィンドウとしては、最高レベルの調光性を示します。

応用用途

  1. 建築構造物の窓材
  2. 次世代自動車のフロントガラス
  3. 赤外線遮蔽材料
  4. 光スイッチングデバイス等
　　　　　相転移温度における透過率変化と調光率

ナノスケールモスアイ構造

　MOD法により急速加熱冷却下で焼成したVO2 薄膜は，ナノスケールモスアイ構造を有し，表面が不規則的に約200～250nm周期の不均一な突起配列を表しています。

　この構造における反射率は、突起構造利用や結晶粒密度制御によって、平均屈折率変化を小さくすることで低減できますが、その効果は厚さ方向の空気占有率や突起配列構造とその周期に依存します。

　　AFM観察によるVO2薄膜表面
　ナノスケールモスアイ構造

熱放射抑制特性シミュレーション

　赤外線スマートウィンドウの構造設計および熱放射抑制効果の算出については、定量的解析手法が課題となっています。

　本研究では、FDTD（有限差分時間領域）法を用いた熱放射抑制特性シミュレーションを開発し、赤外線サーモクロミックデバイスに適用した熱放射抑制効果の解析手法を検討しています。

　　　　　　 熱放射抑制特性シミュレーション（例）

論文

「ナノスケール多孔質モスアイ構造を有する酸化バナジウム薄膜の結晶性及び光学特性評価」(2020)和田英男『日本赤外線学会誌』 30 ( 1 ) p.76-82.

研究者INFO: 工学部 ナノ材料マイクロデバイス研究センター 和田英男 教授

研究シーズ・教員に対しての問合せや相談事項はこちら

技術相談申込フォーム