3Dクラウン型アルミニウムナノ構造アレイによる超広帯域太陽光吸収の実現

本研究では、太陽光から熱への変換に実用的な解決策を提供するプラズモニックナノ構造において、超広帯域吸収、スケーラブルな製造、長期安定性を同時に実現する、3次元(3D)クラウン型アルミニウムナノ構造吸収体を開発した。この吸収体は、太陽スペクトル(200~2500 nm)全体で92%の平均吸収率を実験的に達成し、24ヶ月で平均吸収率の低下はわずか1.9%であった。この構造は、スケーラブルな陽極酸化アルミニウム(AAO)テンプレート支援法により製造され、高価なリソグラフィーなしで大面積生産を可能にし、堆積厚さのばらつきに対する製造許容度も広い。電磁シミュレーションと構造解析により、超広帯域吸収は、マルチモード電気共鳴、金属-誘電体-金属アーキテクチャ内の磁気共鳴挙動、および段階的屈折率プロファイルの3つの相乗的なメカニズムに起因することが明らかになった。実証実験としての光熱実験は、吸収体の太陽光から熱への変換能力を実験的に確認し、純水参照と比較して太陽熱エネルギー利用が大幅に向上したことを示した。本研究は、超広帯域太陽光吸収と太陽光から熱への変換のためのスケーラブルで耐久性があり、費用対効果の高いプラットフォームを提供し、地球上に豊富に存在する材料に基づいたプラズモニック吸収体の実行可能な設計戦略を提供するものである。