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レポートナンバー 0000031732

メタマテリアルの設計、作製と新材料、デバイス開発への応用

株式会社技術情報協会

発刊日 2022/03/31

言語日本語

体裁A4/508ページ

ライセンス/価格508ページ

0000031732

書籍版 88,000 円(税込)

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レポート概要

★ミリ波、テラヘルツ、光の制御技術、従来あり得なかった機能を持つ材料の開発!

★音響、振動、熱など新しい分野への適用事例と新製品開発のヒント!

■ 本書のポイント

【アンテナ】
・金属上にも設置できる工場IoTセンサー用小形アンテナの開発
・あらゆるモノへの実装を可能とする小型なUWB MIMOアンテナ

【電磁波吸収、遮蔽材料】
・メタマテリアル電波吸収体の設計と広帯域、広角度化
・粒子分散による負の特性を有する左手系複合材料

【光・熱制御デバイス】
・機械的可変性を有するメタサーフェスを利用した光位相変調素子
・有機材料を用いた自己組織化よる光学メタマテリアルの開発
・ITOナノ粒子の表面プラズモン共鳴を利用した透明反射遮熱フィルム

【テラヘルツ】
・6G通信に向けたMEMS駆動メタマテリアルとテラヘルツ波の制御技術
・メタ表面を利用したテラヘルツ光学素子の開発

【音響メタマテリアル】
・遮音性と軽量性を両立した音響メタマテリアルの設計と吸音、遮音特性の解析
・反射音制御のための音響メタマテリアルの設計手法

【センサ】
・多様なバイオマーカーを高感度検出するメタ表面蛍光バイオセンサ
・メタマテリアルを利用した非冷却赤外線センサの高性能化

レポート詳細

執筆者(敬称略)

東北大学 中川 勝 日本工業大学 竹村 暢康
徳島大学 岡本 敏弘 熊本大学 福迫 武
信州大学 藤井 雅留太 青山学院大学 須賀 良介
(国研)物質・材料研究機構 長尾 忠昭 EMCプラザ 畠山 賢一
東京工業大学 花村 克悟 山口東京理科大学 笠置 映寛
東京大学 松井 裕章 京都大学 中西 俊博
九州工業大学 宮崎 康次 山口大学 堀田 昌志
東京農工大学 岩見 健太郎 岐阜大学 寺尾 貴道
長岡技術科学大学 玉山 泰宏 大阪大学 永井 正也
筑波大学 山本 洋平 東北大学 大野 誠吾
東北工業大学 内野 俊 東北大学 金森 義明
東京工業大学 雨宮 智宏 香川大学 鶴町 徳昭
大阪大学 高原 淳一 東京大学 磯崎 瑛宏
東京工業大学 森竹 勇斗 東京大学 小西 邦昭
横浜国立大学 向井 剛輝 三重大学 松井 龍之介
(国研)物質・材料研究機構 岩長 祐伸 高知工科大学 古田 寛
東北大学 藪 浩 工学院大学 山本 崇史
北海道大学 島田 敏宏 帝京大学 黒沢 良夫
(国研)物質・材料研究機構 宮崎 英樹 東京工業大学 赤坂 修一
横浜国立大学 西島 喜明 鹿児島大学 永山 務
三菱電機(株) 小川 新平 (株)神戸製鋼所 田淵 聡
大阪大学 芹田 和則 大阪大学 小泉 雄一郎
東京農工大学 有馬 卓司 群馬大学 鈴木 孝明
京セラ(株) 内村 弘志 (国研)宇宙航空研究開発機構 津島 夏輝
京都工芸繊維大学 上田 哲也 東京大学 山口 哲生

目次

◇第1章 メタマテリアル、メタサーフェスのための加工、作製技術◇

第1節 ナノインプリントリソグラフィによる可視光応答メタマテリアルの作製
1.ナノインプリント技術
 1.1 ナノインプリント技術とは
 1.2 なぜナノインプリントリソグラフィなのか
 1.3 界面化学結合を示す密着分子層の重要性
2.可視光応答メタマテリアル
 2.1 界面結合型熱ナノインプリントリソグラフィ
 2.2 アルゴンミリングを用いる光ナノインプリントリソグラフィ
  2.2.1 単層レジストマスクプロセスとreverse-toneプロセス
  2.2.2 ハイブリッド化単層レジストプロセス
  2.2.3 領域選択的原子層堆積によるreverse-toneプロセス
  2.2.4 蒸着保護マスクによるリフトオフプロセス
3.より寸法精度よく作製するためには
 3.1 残膜厚の均一化
 3.2 レーザー加工孔版印刷を特徴とする光ナノインプリントリソグラフィ法

第2節 微小球リソグラフィ法を用いたスプリットリング共振器型メタマテリアルの作製
1.微小球リソグラフィ法を用いた金属SRRの作製
 1.1 NSL法を用いた金属SRR作製法の基本工程
  1.1.1 微粒子の分散
  1.1.2 金属の斜め蒸着
  1.1.3 金属のイオンミリング
  1.1.4 微粒子の除去または包埋
 1.2 NSL法で作製された銀SRRの構造
2.金属SRRから成るメタサーフェスの作製
 2.1 ランダム配置金属SRRから成るメタサーフェスの作製
  2.1.1 静電吸着法を用いたポリスチレン球のランダム高密度配置
  2.1.2 ランダム配置金属SRRから成るメタサーフェスの構造と光学特性
 2.2 六方格子配列金属SRRから成るメタサーフェスの作製
  2.2.1 自己組織化法を用いたポリスチレン球の六方充填配置
  2.2.2 ポリスチレン球の縮小化
  2.2.3 六方格子配列金属SRRから成るメタサーフェスの構造と光学特性
3.厚みのある光メタマテリアルの作製
 3.1 積層型SRR含有光メタマテリアルの作製
  3.1.1 犠牲層の成膜と金属SRRの作製
  3.1.2 金属SRR含有ポリスチレン包埋膜の作製と剥離
  3.1.3 金属SRR含有ポリスチレン薄膜の積層
  3.1.4 積層型光メタマテリアルの構造と光学特性
 3.2 鋳型成形光メタマテリアルの作製

第3節 インビジビリティクローク実現のためのトポロジー最適化
1.トポロジー最適化
 1.1 構造最適化の分類
  1.1.1 形状表現
2.トポロジー最適化によるクローキング
 2.1 電磁クローキング
 2.2 音響クローキング
 2.3 サーマルクローキングと直流電流クローキング
 2.4 バイフィジカルクローキング
 2.5 クローキングデバイスの多機能化

◇第2章 メタマテリアル、メタサーフェスのエネルギー変換技術への応用事例◇

第1節 メタマテリアルによる波長選択型の赤外線光熱変換デバイスの開発
1.波長選択型完全吸収構造
 1.1 赤外完全吸収構造の設計バリエーション
 1.2 金属-絶縁体-金属(MIM)型メタマテリアル完全吸収構造
  1.2.1 高温動作型のMIMメタマテリアル赤外線エミッター
 1.3 プラズモニック格子型の完全吸収構造
  1.3.1 プラズモニック格子型完全吸収構造を利用したオンチップマルチバンド赤外線センサー
 1.4 積層構造を持つ非対称ファブリペロー型(Fabry-Perot型)完全吸収構造
  1.4.1 耐熱セラミック材料を用いた高温動作型狭帯域赤外線エミッター

第2節 ナノサイズピラーアレイ構造表面による近接場光エネルギー輸送・変換
1.ピラーアレイ構造表面間の波長選択近接場ふく射エネルギー輸送
2.ピラーアレイ構造表面を用いた波長選択近接場ふく射エネルギー変換
 2.1 平滑面間におけるふく射エネルギー変換
 2.2 ピラーアレイ構造を用いた波長選択ふく射エネルギー変換
3.金属-半導体-金属構造波長選択熱光起電力電池
4.金属-絶縁体-金属構造波長選択放射体
 4.1 金属-絶縁体-金属構造波長選択放射体によるエネルギー輸送
 4.2 金属-絶縁体-金属構造による近接場波長選択エネルギー輸送
5.波長選択ふく射エネルギー発電システム

第3節 酸化物半導体ナノ粒子薄膜のメタマテリアル制御と低熱放射材料への応用
1.ITOナノ粒子薄膜の光学的特性
 1.1 ITOナノ粒子薄膜の赤外反射性能
 1.2 赤外エリプソメトリ分光
 1.3 近赤外と中赤外域の光学応答の起源
2.ナノ粒子複合体と光学応答
3.中赤外反射と熱放射制御

第4節 メタマテリアルの熱伝導率予測
1.フォノン
2.フォノンの平均自由行程
3.フォノン輸送
4.分子動力学計算
5.界面熱抵抗
6.表面フォノンポラリトン

◇第3章 メタマテリアル、メタサーフェスの光学デバイスへの応用事例◇

第1節 可変メタサーフェスを利用した光位相変調素子の開発
1.金属グレーティングによる可変複屈折
2.可変金ナノグレーティングの製作プロセス
3.可変金ナノグレーティングの位相差変調特性
4.電熱駆動型可変金ナノグレーティングの位相差変調特性

第2節 メタマテリアルによる電磁波の群遅延制御
1.二重共振メタサーフェスによる群遅延の可変制御
2.メタ薄膜におけるブリュースター現象を利用した群遅延制御

第3節 光機能性ポリマー球体光共振器の連結・配列による光学メタマテリアルの開発
1.自己組織化ポリマーマイクロ球体の形成と分子集合構造制御
 1.1 π共役ポリマーの自己組織化
 1.2色素添加ポリマーマイクロ球体
 1.3 球体形成のメカニズムと内部トポロジー構造制御
2.自己組織化ポリマーマイクロ球体の光共振器特性
 2.1 マイクロ光共振器
 2.2 ポリマー球体マイクロ光共振器
 2.3 エネルギードナー/アクセプター混合マイクロ球体における高効率エネルギー移動
 2.4 ホストゲストケミストリーと光共振を用いた高感度化学センサー
 2.5 レーザー発振子
 2.6 WGMマイクロレーザー光共振器
3.ポリマーマイクロ球体光共振器の連結と光伝搬特性
 3.1 色素添加ポリマーマイクロ球体間の長距離光エネルギー移動カスケード
 3.2 光ファイバーを介した共振器間の光エネルギー伝搬と光ロジックゲート
4.基板表面での自己組織化によるアレイ形成
 4.1 ポリマー薄膜の表面自己組織化によるマイクロディスクアレイの形成
 4.2 発光がスイッチ可能なジアリールエテンからなる複製不可能なスペクトル指紋をもつマイクロ光共振器アレイ

第4節 エピタキシャル薄膜による低損失プラズモニック・メタマテリアルの開発
1.エピタキシャル金単結晶膜を用いた低損失プラズモニック・メタマテリアル
 1.1 金単結晶薄膜を用いたメタサーフェス
 1.2 金単結晶薄膜の作製と光学特性
 1.3 金単結晶薄膜を用いたメタサーフェス
2.エピタキシャル銀単結晶膜を用いた低損失プラズモニック・メタマテリアル
 2.1 銀単結晶薄膜を用いたメタサーフェス
 2.2 銀単結晶薄膜の作製と光学特性
 2.3 銀単結晶薄膜を用いたメタサーフェス

第5節 メタマテリアルフィルムを用いた光学迷彩
1.光学迷彩の理論
 1.1 光学迷彩の形状を決める
 1.2 光学迷彩に必要な誘電率と透磁率を求める
 1.3 実際に光学迷彩の設計をしてみる
2.光学迷彩のために必要な技術
 2.1 メタマテリアルの3次元実装
 2.2 誘電率・透磁率を高精細に制御可能なメタマテリアル
3.メタマテリアルフィルムを用いた光学迷彩の設計と評価

第6節 誘電体メタサーフェスを利用した高解像度,高彩度カラー生成とその応用
1.原理
2.シリコンミー共振器によるカラーピクセル
3.Cr層付加シリコンミー共振器によるカラーピクセル
4.応用

第7節 ファノ共鳴光メタマテリアル
1.ファノ共鳴
2.ファノ共鳴メタマテリアル
3.光領域におけるファノ共鳴メタマテリアル ?ADBメタマテリアル?

第8節 メタマテリアルと量子ドットを用いた単一光子源の開発
1.コロイド型PbS量子ドットの化学合成とシリカコーティング
2.操作型プローブ顕微鏡(SPM)リソグラフィを用いた量子ドットの位置制御
3.2種類の単一光子放出デバイスとそれらの動作シミュレーション
4.光子放出デバイスの試作
5.試作した光子放出デバイスの光学特性評価

◇第4章 メタマテリアルのセンシング、分析技術への応用◇

第1節 多様なバイオマーカーを高感度検出するメタ表面蛍光バイオセンサ
1.メタ表面バイオセンサの基礎
 1.1 共鳴スペクトルシフト型
 1.2 蛍光検出型
  1.2.1 金属ナノ構造を有するメタ表面
  1.2.2 全誘電体型メタ表面
2.メタ表面蛍光バイオセンサの構成
3.メタ表面バイオセンサによる蛍光検出
 3.1 蛋白質(抗体・抗原)の検出
 3.2 核酸(新型コロナウイルスのcDNA)の検出

第2節 メタマテリアル微粒子の作製と高感度分析技術への応用
1.ナノ構造を持つ高分子微粒子の作製
2.貴金属ナノ粒子とのコンポジット形成
3.コンポジット微粒子の分散型SERS基材への応用
4.コンポジット微粒子のメタマテリアル物性解析

第3節 耐高温材料におる赤外メタマテリアルの可能性
1.輻射熱の制御
 1.1 基本法則
 1.2 輻射熱の制御の可能性
2.耐高温メタマテリアルの構成物質
 2.1 耐高温材料
 2.2 現在の中~遠赤外誘電材料
3.耐高温金属材料
4.耐高温赤外誘電材料の提案
 4.1 耐高温セラミックスの赤外物性
 4.2 エアロゲル
 4.3 ダイヤモンド
5.トポロジカル物質への期待
6.微細加工

第4節 メタマテリアルと融合した高性能量子井戸赤外検出器
1.メタマテリアル量子井戸赤外検出器の設計と作製
 1.1 量子井戸構造
 1.2 共振器構造
 1.3 作製方法
2.メタマテリアル量子井戸赤外検出器の特性と応用事例
 2.1 位相同調アンテナによる高感度検出
 2.2 フォトンソーティングによる2波長検出器と高速ガス計測
 2.3 フォトンソーティングによる広帯域検出器

第5節 プラズモンメタ表面材料の作製とセンサーへの応用展開
1.メタ表面の真の吸収の実現
2.メタ表面の放射狭帯域化

第6節 プラズモニックメタマテリアル吸収体による高機能非冷却赤外線センサの開発
1.非冷却赤外線センサ
2.プラズモニックメタマテリアル吸収体
3.波長選択型非冷却赤外線センサ
 3.1 2次元結晶型プラズモニック吸収体
 3.2 MIM型吸収体
 3.3 マッシュルーム型吸収体
4.偏光検知非冷却赤外線センサ
 4.1 結晶型プラズモニックメタマテリアル吸収体:楕円による非対称性の導入
 4.2 結晶型プラズモニックメタマテリアル吸収体:1次元周期構造の導入

第7節 テラヘルツマイクロ流路チップのメタマテリアル構造と微量センシングへの応用
1.テラヘルツ波を利用したバイオセンシングとメタマテリアルの利用
2.非線形光学結晶からのTHz波発生と微小THz点光源生成
3.THzマイクロ流路チップの概要
4.メタアトムの個数・配列周期と共振応答の関係
5.非対称メタアトム構造を利用した感度向上
6.微量センシングへの応用
7.THzマイクロ流路チップを利用した溶液混合

◇第5章 メタマテリアル、メタサーフェスの電磁波制御への応用◇

第1節 メタマテリアルアンテナ設計のための電磁界解析
1.概説
2.マクスウエルの方程式
3.各種電磁界解析手法
 3.1 モーメント法
 3.2 有限要素法
4.FDTD法
 4.1 FDTD法の概要
 4.2 差分近似
 4.3 FDTD法における解析空間およびFDTD法における時間的ながれ
 4.4 FDTD法におけるタイムステップの決定方法と安定条件およびセルサイズの決定方法
 4.5 FDTD吸収境界条件
5.FDTD法を用いたメタマテリアルアンテナの解析
 5.1 Electromagnetic Band Gap (EBG)構造の解析
 5.2 メタマテルアルの電気特性の抽出とElectromagnetic Band Gap (EBG)構造の解析

第2節 金属上でも放射効率が低下しない小形、薄形アンテナの開発
1.代表的なAMCの特性
 1.1 無限セルAMCの特性と単位セルの小型化
 1.2 数セルAMCの特性
2.AMC基板の小型化
 2.1 電気壁付AMCの特性
 2.2 数セルAMCの電界分布
3.Amcenna
 3.1 Amcennaの構造と特性
 3.2 Amcennaの電磁界
 3.3 Amcennaの試作と評価
4.コーナーショートAmcenna
 4.1 一層パッチ型コーナーショートAmcenna
  4.1.1 2点給電円偏波コーナーショートAmcenna
  4.1.2 1点給電コーナーショートAmcenna

第3節 非相反メタマテリアルを利用した漏れ波ビーム走査アンテナ
1.非相反性とその発現条件
2.垂直磁化フェライト基板マイクロストリップ線路と非相反性
3.非相反CRLHメタマテリアル線路
4.ビーム走査と漏れ波アンテナ
5.非相反メタマテリアル線路共振器とビーム走査アンテナへの応用
6.非相反性の周波数分散制御とビームスクイント低減

第4節 メタマテリアル構造を用いたUWB MIMOアンテナの設計
1.UWBモノポールアンテナ
2.UWBモノポールアンテナの小型化に向けた構造検討
 2.1 ショートスタブを付加したUWBモノポールアンテナ
 2.2 ハーフ形状UWBモノポールアンテナ
 2.3 パラメトリック解析
 2.4 周波数領域解析および実測評価
 2.5 時間領域解析
3.UWB MIMOアンテナのメタマテリアル構造による素子間結合低減の検討
 3.1 UWB MIMOアンテナ
 3.2 メタマテリアルの単位セル構造
 3.3 UWB MIMOアンテナの素子間結合の低減

第5節 メタ表面を用いた超広帯域円偏波アンテナ技術の開発
1.メタ表面を用いた広帯域特性を持つ円偏波の発生
2.AGSに現れる共振について
3.AGSに現れる共振の扱い
4.小形アンテナへの応用

第6節 円形パッチ配列電波吸収体の設計と広帯域・広角度化に向けた隣接パッチ間結合のモデリング
1.構造と等価回路
2.電波吸収体の設計手法
 2.1 垂直入射
 2.2 垂直入射
3.パッチ間結合の影響
 3.1 想定する構造
 3.2 隣接パッチ間結合の入力インピーダンスへの影響
 3.3 具体例

第7節 電磁波吸収・遮へい材における人工材料応用技術
1.人工材料の誘電率
2.人工材料を用いる電波吸収体
 2.1 人工材料を用いる電波吸収体の構成
 2.2 高誘電率材を利用する電波吸収体の例
 2.3 共鳴分散材を利用する電波吸収体の例
  2.3.1 共鳴分散材とλ/4厚み無損失材との積層形吸収体
  2.3.2 共鳴分散材と損失材との積層形吸収体
  2.3.3 共鳴分散材と無損失材との積層形吸収体
3.人工材料を用いる遮へい材
 3.1 導電材と負の誘電率材の積層形電磁遮へい材
 3.2 粒子分散型人工材料を用いる遮へい材

第8節 異方的形状粒子と樹脂を複合化した左手系複合材料の開発
1.金属粒子分散複合材料の導電率と複素比誘電率スペクトル
 1.1 金属の誘電率
 1.2 金属粒子分散複合材料による負の誘電率
 1.3 金属粒子分散複合材料の導電率と誘電率における粒子形状効果
2.磁性金属粒子分散複合材料の複素比透磁率スペクトル
 2.1 磁性金属粒子分散複合材料による負の透磁率
 2.2 磁性金属粒子分散複合材料の透磁率における粒子形状効果
 2.3 異方的形状粒子分散複合材料における混合則
3.粒子分散複合材料によるDNG特性

第9節 真の電磁誘起透明化現象を実現するメタマテリアルによる電磁波の保存と再生
1.原子系とメタマテリアル
2.電磁誘起透明化現象
 2.1 電磁誘起透明化現象と光の低群速度化
 2.2 光の保存と再生
3.メタマテリアルを用いた電磁誘起透明化現象の実現と電磁波の保存と再生
 3.1 電磁誘起透明化現象を実現するメタマテリアル
 3.2 メタマテリアルを用いた電磁誘起透明化現象の検証
 3.3 電磁誘起透明化現象を実現するメタマテリアルを用いた電磁波の保存と再生

第10節 メタマテリアル中における電磁モード解析
1.負の材料定数を持つメタマテリアルにおける表面波モード
 1.1 半無限媒質境界
  1.1.1 TE表面波
  1.1.2 TM表面波
 1.2 シングルネガティブスラブ状媒質
  1.2.1 電磁界表現式と固有値方程式
  1.2.2 負の透磁率を持つスラブ構造に沿う表面波
2.異方性メタマテリアルからなるスラブ構造の体積モード
 2.1 電磁界分布と固有値
  2.2.1 TEモード
  2.2.2 TMモード
3.負成分を含む透磁率テンソルを持つメタマテリアルのTE体積モード
 3.1 構造パラメータ
 3.2 固有値の分散特性と電磁界分布
 3.3 電磁モードが持つエネルギー
 3.4 静磁近似を用いたモード解析
 3.5 厚い異方性シングルネガティブスラブ構造の分散特性
  3.5.1 厚い異方性シングルネガティブスラブ構造の分散特性
  3.5.2 静磁近似解析結果との比較

第11節 メタマテリアル複合材料に適した計算機シミュレーションとその応用
1.メタマテリアル複合材料
 1.1 メタマテリアル多層膜
 1.2 周波数領域解法(FDFD法)
 1.3 Self-consistent FDFD法
 1.4 Self-consistent FDFD法によるモード解析
2.大規模疎行列における固有値解析
3.分散性媒質における一般化平面波展開法

◇第6章 メタマテリアルのテラヘルツ波制御への応用◇

第1節 メタマテリアルによるテラヘルツ受動光学素子
1.テラヘルツ素子の作成技術
2.メタ表面を用いたTHz フィルタ
3.平行金属板導波路に基づくTHz光学素子
 3.1 平行平板導波路をベースとした偏光子
 3.2 平行金属板導波路をベースとした波長板

第2節 メタ表面による薄膜型THz波制御素子の開発
1.フィルム型2層メタ表面
 1.1 高透過位相変調メタ表面
  1.1.1 電磁場分布
  1.1.2 作製手順
  1.1.3 結果と考察
 1.2 磁場によるバイパス透過効果
  1.2.1 実証方法
  1.2.2 結果と考察
  1.2.3 まとめ
2.モアレ型メタ表面
 2.1 モアレとずれのベクトル場
 2.2 モアレ型メタ表面
 2.3 シミュレーション
 2.4 モアレ型メタ表面の実験
 2.5 まとめ

第3節 MEMS駆動メタマテリアルによる動的偏光子の作製とテラヘルツ波の制御技術
1.デバイスの動作原理
2.光学設計
3.製作方法
4.製作結果及び光学特性
 4.1 静的ワイヤグリッド偏光子
 4.2 MEMS駆動による動的ワイヤグリッド偏光子

第4節 メタマテリアルを含むファブリーペロー微小共振器型THz波制御素子の作製と特性
1.THz帯微小共振器
 1.1 共振器量子電磁力学
 1.2 多層膜型FP微小共振器
 1.3 ワイヤグリッド型FP微小共振器
2.半導体を含むTHz帯ファブリーペロー微小共振器
 2.1 Purcell効果
 2.2 超高速THz波変調
3.メタマテリアルを含むTHz帯ファブリーペロー微小共振器
 3.1 カットワイヤメタマテリアル
 3.2 基準振動モード分裂

第5節 薄膜基板上に構成するテラヘルツMEMSメタマテリアル
1.作製と駆動
 1.1 作製プロセス
 1.2 駆動方法
  1.2.1 静電駆動
  1.1.2 空気圧駆動
  1.1.3 引上げ駆動
2.直線偏光変調MEMSメタマテリアル
3.円偏光変調MEMSメタマテリアル

第6節 3Dプリンタによるテラヘルツメタマテリアルの作製とその応用
1.3次元人工構造を用いた電磁波の制御
2.3次元微細構造作製のための3Dプリンタと金属コーティング技術
3.3Dプリンタを用いた3次元テラヘルツメタマテリアルの作製
 3.1 テラヘルツハイパスフィルター
 3.2 テラヘルツ偏光子

第7節 積層メタマテリアルの近接相互作用を活用した動的メタマテリアル
1.積層メタ原子のメタ分子としての共鳴応答および変調の基本メカニズム
2.磁気弾性メタマテリアルの共鳴応答の入射電磁波による変調および機能応用
3.導電性高分子アクチュエーターを用いた動的メタマテリアル
 3.1 ポリピロール薄膜をリニアアクチュエーターとして用いたテラヘルツ動的メタマテリアル
 3.2 ポリピロール薄膜によるアコーディオン型折り紙アクチュエーターを用いたマイクロ波動的メタマテリアル
4.積層閉リング共振器アレイによるテラヘルツ動的メタマテリアル
 4.1 積層閉リング共振器アレイの相対位置変位による実効屈折率の動的変調
 4.2 積層閉リング共振器アレイのウェッジ形状プリズムによるテラヘルツビームステアリング

第8節 カーボンナノチューブの熱メタマテリアル応用
1.熱回収技術
 1.1 太陽光エネルギー利用システム
  1.1.1 ハイブリッド太陽光回収システム
  1.1.2 太陽熱利用による蒸留水精製
 1.2 熱メタマテリアル
  1.2.1 カーボンナノチューブフォレストメタマテリアル
  1.2.2 霜柱状カーボンナノチューブフォレスト

◇第7章 音響メタマテリアルの原理と設計、開発事例◇

第1節 メタマテリアルの作製,応用技術と最先端研究動向
1.レゾネータを用いた一重壁音響メタマテリアル
2.レゾネータ底面を薄膜化した二重壁音響メタマテリアル

第2節 音響メタマテリアルの吸音・遮音解析
1.テストピースの計算結果と計測結果
 1.1 計算手法
 1.2 テストピースと計測結果・計算結果
2.解析結果
 2.1 FEモデル
 2.2 穴の影響
 2.3 パラメータスタディ
3.テストピースの遮音性能計測結果
4.計算結果
 4.1 音響管の計算結果
 4.2 300mm×300mmモデルの計算結果

第3節 Locally resonant型音響メタマテリアルの遮音材料への適用
1.音響メタマテリアル
 1.1 音波の伝播挙動
 1.2 負の有効質量密度
 1.3 負の体積弾性率
 1.4 バンドギャップ
2.材料の遮音特性
3.Locally resonant型音響メタマテリアルの遮音特性

第4節 回路モデルを用いた変換音響学に基づく音響メタマテリアルの設計方法
1.設計に用いる回路モデルおよびその回路素子と材料パラメータの関係
2.音響ビームシフタの設計および解析
3.音響カーペットクロークの設計および解析
4.音響イリュージョンクロークの設計および解析

第5節 反射音制御のための音響メタマテリアルの設計
1.最適化技術を用いた音響メタマテリアルの設計手法
 1.1 音響メタマテリアルの音響性能の評価方法
 1.2 音響メタマテリアル形状のパラメータ表記
 1.3 音響インテンシティを目的関数とした最適化
  1.3.1 音響インテンシティ
  1.3.2 目的関数の定式化
  1.3.3 形状パラメータの最適化
2.音響ダクトの設計事例
 2.1 計算例・計算結果
 2.2 広帯域での音響特性
 2.3 反射音の偏向メカニズムの分析

◇第8章 メカニカルメタマテリアルの設計と開発事例 ◇

第1節 3Dプリントを活用した形状記憶・衝撃吸収メタマテリアルの開発
1.Auxetic材料
2.Bistable材料
3.材料科学の知見に基づいた新規力学メタマテリアルの創製

第2節 メカニカルメタマテリアル構造を用いた振動発電デバイス
1.IoT向け環境発電デバイス
 1.1 圧電VEHとその低共振周波数化への取り組み
 1.2 メカニカルメタマテリアル
 1.3 メカニカルメタマテリアルを弾性層に組み込んだPVEH
2.PVEHの原理とメカニカルメタマテリアル弾性層の適用
 2.1 PVEHの発電原理
 2.2 メカニカルメタマテリアルによるPVEHの低周波数化
3.メタマテリアルの形状比較
 3.1 メタマテリアル弾性層モデルによる構造解析
  3.1.1 FEM解析モデル
  3.1.2 ポアソン比の比較
  3.1.3 曲げ剛性の比較
 3.2 ユニモルフPVEHモデルを用いた構造圧電連成解析
  3.2.1 FEM解析モデル
  3.2.2 発電量比較
4.メタマテリアルの構造寸法比較
 4.1 メタマテリアル弾性層モデルによる構造解析
  4.1.1 FEM解析モデル
  4.1.2 メタマテリアルの構造寸法による曲げ剛性の変化
 4.2 ユニモルフPVEHモデルによる構造圧電連成解析
  4.2.1 FEM解析モデル
  4.2.2 発電量比較
5.メカニカルメタマテリアル振動発電デバイスへの応用
 5.1 メタマテリアルPVEHの製作
  5.1.1 作製方法
  5.1.2 作製結果
 5.2 発電量評価
  5.2.1 実験系
  5.2.2 実験結果

第3節 メカニカルメタマテリアルを活用した航空宇宙用途の機能性構造の研究動向
1.メカニカルメタマテリアル
 1.1 メカニカルメタマテリアルの特徴
 1.2 航空宇宙用途の高性能・高機能構造への応用
  1.2.1 高性能
  1.2.2 柔軟性・可変性
  1.2.3 振動抑制・静粛性
  1.2.4 衝撃吸収性
2.メカニカルメタマテリアルの設計・解析技術
3.積層造形技術

第4節 メカニカルメタマテリアルの巨大変形挙動
1.メカニカルメタマテリアルの微小変形
 1.1 負のポアソン比
 1.2 圧縮/引張とねじれのカップリング
 1.3 その他の興味深い線形現象
2.メカニカルメタマテリアルの巨大変形
 2.1 これまでの研究例
 2.2 巨大変形における特徴と問題点
 2.3 巨大変形を実現するためのアイディア

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