成果報告書詳細
管理番号20130000000364
タイトル*平成24年度中間年報 省エネルギー革新技術開発事業 挑戦研究(事前研究一体型) メゾスコピック材料を用いた電力光無損失変換技術の研究開発
公開日2013/6/25
報告書年度2012 - 2012
委託先名スタンレー電気株式会社
プロジェクト番号P09015
部署名省エネルギー部
和文要約(1) 研究開発の背景,目的,目標
本研究開発は,電力を可視光に95%以上の効率で変換することが可能な効率400 lm/Wを有する白熱電球を実現するための道筋を付けることを目標とする。
これまでにニッケル,クロム等軽原子量金属微粒子のプラズモン効果を利用することにより1100Kの温度領域での長波長の赤外放射(3μm以上)を抑制することに成功している。図1に900Kにおける放射強度スペクトルを示す。青線は黒体から放射される光のスペクトルであり,黒体放射の理論式に則ったスペクトルとなる。これに対して赤線は放射率制御を施した基板から放射される光のスペクトルであり,放射のピーク波長が3μmから2μmに短波長側にシフトし,3μm以上の長波長の赤外放射が抑制されていることを示している。
しかしながら,効率400 lm/Wを有する白熱電球を実現するためには, 2500Kの温度で放射制御をおこなうことが必要となる。
そこで2500Kの高温でも安定に放射制御をおこなうことが可能な高温耐熱性を有する放射制御材料の開発を実施する。
英文要約1. Introduction
 Using a selective emitter with high emissivity in the visible wavelength region and low emissivity in the infrared wavelength region, we reduced the infrared contribution to the blackbody radiation spectrum and shifted the peak emission to shorter wavelengths . This founding is promising for the fabrication of incandescent lamps with luminous efficiencies exceeding 400 lm/W. However, selective emitters at the present stage have problems in temperature stability.
 The purpose of this project is to show the theoretical design of incandescent lamps with luminous efficiencies exceeding 400 lm/W and to experimentally demonstrate a heat-resistant selective emitter in order to realize the luminous efficiency.
2. Selective Emitter Fabrication
 We developed a dc arc discharge ion plating method for the fabrication of high quality thin-film selective emitters. Both by confining an electron beam in an intense magnetic field and by using a high gas pressure during the thin film deposition, we obtained high plasma density of the order of 10^13 cm^3, which is suitable for the fabrication of heat-resistant selective emitters. In order to obtain higher quality optical thin films with heat-resistance in the temperature range above 2500 K, we introduced a substrate heater system (1100 K) and a combinatorial thin film deposition system into the dc arc discharge ion plating plasma chamber. At the present stage, we succeeded in the fabrication of thin-film selective emitters with heat resistance above 2200 K.
3. Theoretical Design and New Materials
 High temperature stable materials such as metals, dielectrics, semiconductors and its compositions were theoretically designed whether they have the selective emissivity exceeding 60 lm/W. The emissivity was analyzed by using a finite difference time domain analysis. Our new analyses show that a metal carbide or a metal nitride single-layer structure has the luminous efficiency exceeding 74 lm/W.
4. In-situ Emissivity Measurement System
We constructed an in-situ spectral emissivity measurement system in order to confirm the theoretical design. We obtained the highly accurate emissivity-measurement system with an error less than 1%.
5. FY2013 Research Plans
 We will obtain heat-resistant selective emitters in the temperature range above 2500 K. By using the heat-resistant emitters, we will fabricate lamps with luminous efficiencies exceeding 60 lm/W.
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