Research & skill

沸騰熱伝達

キーワード : Subcooled Pool Boiling, MEB(Microbubble Emission Boiling), High Speed Infrared Thermometry

高い熱伝達特性を有し、パワー半導体やスーパーコンピュータ等の冷却への利用が期待される沸騰熱伝達・沸騰冷却のメカニズム解明へ向けた研究を行っています。特に、気泡微細化沸騰(MEB : Microbubble Emission Boiling)は、高い熱伝達率を実現可能な一方で、その発生メカニズムや高い熱伝達特性をもつメカニズムはわかっていません。高速度赤外線カメラを用いた計測や様々な伝熱面を用いた沸騰実験を通して、発生メカニズムや熱伝達メカニズムの解明へ向けて研究しています。

ふく射伝熱・ふく射特性

キーワード : Solar Selective Absorber, Radiative Cooling, Cermet, Ab initio Calculation, Density Functional Theory, Plasma excitation, Dielectric Function, Spectral Reflectance

太陽光選択吸収材料

カーボンニュートラル実現のため、太陽光エネルギーを熱として効率的に利用可能な太陽光選択吸収材の研究を行っております。従来の太陽光選択吸収材は、理想的な性能を実現するために、フォトニック結晶などの微細加工技術や4層以上の多層膜構造を利用したものが一般的です。そのため、研究室レベルでは高効率な材料が報告されていますが、応用を考える上では大面積化が難しく課題が残ります。そこで、あらかじめ理想性能に近い単一の材料を見つけることで、高効率な太陽光吸収材実現へ寄与する研究に取り組んでいます。

具体的には、第一原理計算により光学特性(熱ふく射特性)の計算・予測しています。また、計算から予測された高効率な材料については、実際に合成し、実験による光学特性の測定も実施しています。

今までに、炭化タングステンWCが太陽光吸収材として優れていることを第一原理計算と実験の両面から示すことができています[2][3]。

※ 第一原理計算は九州工業大学 計算物質科学研究室 中村和磨教授との共同研究です。

[3] Chono, T., et. al., JJAP, (2024). https://doi.org/10.35848/1347-4065/ad9a43

[2] Hayakawa, S., Chono, T., et. al.,Scientific reports, 13(1), 9407 (2023). Scientific Reports (nature.com) 

放射冷却材料

熱ふく射によって数ケルビンの宇宙空間へ熱を逃がし、周囲気温よりも低温を実現可能な放射冷却材料は、冷房エネルギーの低減等へ寄与できる重要な材料です。近年では、夏場の日射病予防等へ向けて放射冷却性能を持つ布素材やポリマー素材が研究されています。例えば、放射冷却性能をもつ帽子や衣服などです。こういった背景と2020年から流行した新型コロナウイルスの蔓延を受け、マスク(特に冷感マスク)の放射冷却性能について、研究をしていました[1]。

また、塗布型の放射冷却素材に関する研究にもかかわっております。BaSO4は塗布できる放射冷却材料として大面積化が可能かつ高い性能を持つことから注目されています。

※実験は九州大学 熱流体物理研究室 宮崎康次教授との共同研究です。

[1] 長野利春ら, 冷感マスクの赤外域放射特性. 熱物性, 36(4), 132-136, (2022). 冷感マスクの赤外域放射特性 (jst.go.jp)