研究者詳細

顔写真

シミズ　マコト
清水　信
Makoto Shimizu
所属
大学院工学研究科　機械機能創成専攻　エネルギー学講座（新エネルギー変換工学分野）
職名
准教授
学位

  • 博士（工学）（東北大学）

  • 修士（工学）（東北大学）

経歴 4

  • 2021年4月 ～ 継続中
    東北大学　工学研究科 機械機能創成専攻　准教授

  • 2013年4月 ～ 2021年3月
    東北大学大学院工学研究科　助教

  • 2015年4月 ～ 2016年3月
    INSA Lyon　Visiting Scholar

  • 2011年4月 ～ 2013年3月
    日本学術振興会特別研究員ＤＣ２

学歴 3

  • 東北大学大学院　工学研究科　機械システムデザイン工学専攻博士後期課程3年の課程

    2010年4月 ～ 2013年3月

  • 東北大学大学院　工学研究科　機械システムデザイン工学専攻博士前期課程2年の課程

    2008年4月 ～ 2010年3月

  • 東北大学　工学部

    2004年4月 ～ 2008年3月

所属学協会 5

  • 電気学会

  • 応用物理学会

  • 日本機械学会

  • 日本太陽エネルギー学会

  • 日本伝熱学会

研究キーワード 5

  • レクテナ

  • 熱光起電力発電

  • 波長選択性材料

  • 太陽エネルギー

  • 熱ふく射

研究分野 3

  • ナノテク・材料 / 応用物理一般 /

  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 熱工学 /

  • ナノテク・材料 / エネルギー化学 /

受賞 6

  1. 文部科学大臣表彰 若手科学者賞

    2023年4月　文部科学省　熱輻射コヒーレンス制御に基く太陽エネルギー利用技術の研究

  2. 第25回青葉工学研究奨励賞

    2019年12月　一般財団法人 青葉工学振興会　熱光起電力発電を用いた太陽エネルギー高度利用技術の実現

  3. 優秀論文発表賞

    2017年4月　一般社団法人電気学会

  4. 日本太陽エネルギー学会奨励賞（学生部門）

    2013年5月　日本太陽エネルギー学会

  5. 大学院研究奨励賞

    2010年3月　公益社団法人自動車技術会

  6. 日本機械学会三浦賞

    2010年3月　日本機械学会

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論文 58

  1. Front-surface cooling of infrared thermophotovoltaic cells

    Haolin Wang, Makoto Shimizu, Rodolphe Vaillon, Daniel Chemisana Villegas, Oriol Teixido, Hiroo Yugami

    Solar Energy Materials and Solar Cells　2026年1月

    DOI： 10.1016/j.solmat.2025.113940 　

  2. Direct normal irradiance forecasting for high-temperature concentrated solar thermal systems

    Todd Neve, Makoto Shimizu, Hiroo Yugami

    Renewable Energy　2025年12月

    DOI： 10.1016/j.renene.2025.123748 　

  3. Analysis of a photon-recycling optical cavity in a cylindrical thermophotovoltaic system considering thermal load in cells

    Haolin Wang, Makoto Shimizu, Zhen Liu, Hiroo Yugami

    Applied Thermal Engineering　248　2024年7月

    DOI： 10.1016/j.applthermaleng.2024.123276 　

    ISSN：1359-4311

  4. Angular Selective Multiband Emission Based on Optical Resonances Coupled with a Leaky Mode

    Makoto Shimizu, Rihab Benlyas, Hiroo Yugami

    Thermal Plasmonics and Metamaterials for a Low-Carbon Society　13-38　2024年1月1日

    DOI： 10.1201/9781003409090-2 　

  5. Impact of non-ideal confinement on photon recycling effects in a confined solar-thermophotovoltaic system

    Makoto Shimizu, Tomoya Furuhashi, Zhen Liu, Hiroo Yugami

    AIP Conference Proceedings　2841　(1)　2023年9月7日

    DOI： 10.1063/5.0146826 　

    ISSN：0094-243X

    eISSN：1551-7616

  6. 熱輻射スペクトル制御に基づく熱マネジメント技術の応用とその発展 招待有り

    清水信, 湯上浩雄

    光学　52　(7)　2023年7月

  7. ふく射伝熱に基づく熱の電力変換 招待有り

    清水信

    伝熱　62　(260)　43-48　2023年7月

  8. Full spectrum utilization of sunlight using thermophotovoltaics 招待有り

    Makoto Shimizu, Hiroo Yugami

    JSAP Review　2023　230415-1-230415-5　2023年5月

    DOI： 10.11470/jsaprev.230415 　

  9. 熱光起電力発電を用いた太陽光フルスペクトル利用 招待有り

    清水 信, 湯上 浩雄

    応用物理　92　(3)　156-160　2023年3月1日

    出版者・発行元： 公益社団法人 応用物理学会

    DOI： 10.11470/oubutsu.92.3_156 　

    ISSN：0369-8009

    eISSN：2188-2290

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    カーボンニュートラル実現のためには太陽エネルギーの有効利用が極めて重要であり，エネルギーを余すことなく利用できる発電技術が望まれる．熱光起電力発電（Thermophotovoltaics: TPV）を用いた太陽エネルギーの電力変換システムであるSolar-TPVでは集光太陽光により中間体を加熱し，放射される熱輻射(ふくしゃ)を光起電力セルで電力へ変換する．したがって本質的に太陽光の全波長利用が可能であり，かつ単接合セルでも高効率変換が期待できる．本稿ではSolar-TPVの高効率化において重要となる熱輻射スペクトル制御技術および実際に行った発電システムの設計と発電試験について紹介するとともに，Solar-TPVによる太陽エネルギー高度利用の可能性について示す．

  10. Enhanced current density and asymmetry of metal-insulator-metal diodes based on self-assembly of Pt nanoparticles 査読有り

    Zhen Liu, Shunsuke Abe, Makoto Shimizu, Hiroo Yugami

    Applied Physics Letters　122　(9)　2023年2月27日

    DOI： 10.1063/5.0123591 　

    ISSN：0003-6951

  11. Highly confined spectrally selective absorber-emitter for effective solar thermophotovoltaics 査読有り

    Makoto Shimizu, Tomoya Furuhashi, Zhen Liu, Hiroo Yugami

    Solar Energy Materials and Solar Cells　245　111878-111878　2022年9月

    出版者・発行元： Elsevier BV

    DOI： 10.1016/j.solmat.2022.111878 　

    ISSN：0927-0248

  12. Advances in thermophotovoltaics: Materials, devices, and systems

    Alejandro Datas, Mathieu Francoeur, Makoto Shimizu, Rodolphe Vaillon

    Solar Energy Materials and Solar Cells　240　2022年6月15日

    DOI： 10.1016/j.solmat.2022.111711 　

    ISSN：0927-0248

  13. Optical rectenna with wide wavelength coverage from a hollow resonator coupled with a metal-insulator-metal tunnel diode 査読有り

    Daisuke Matsuura, Makoto Shimizu, Zhen Liu, Hiroo Yugami

    Applied Physics Express　15　(6)　2022年6月

    DOI： 10.35848/1882-0786/ac6c1b 　

    ISSN：1882-0778

    eISSN：1882-0786

  14. Emission bandwidth control on a two-dimensional superlattice microcavity array 査読有り

    Zhen Liu, Makoto Shimizu, Hiroo Yugami

    Optics Express　30　(8)　13839-13846　2022年4月

    DOI： 10.1364/OE.455722 　

    eISSN：1094-4087

  15. Multiband infrared emissions limited in the grazing angle from metal-dielectric-metal metamaterials 査読有り

    Rihab Benlyas, Makoto Shimizu, Keiya Otomo, Zhen Liu, Hiroo Yugami

    Optics Express　30　(6)　9380-9388　2022年3月14日

    DOI： 10.1364/OE.450802 　

    eISSN：1094-4087

  16. Effective photon recycling in solar thermophotovoltaics using a confined cuboid emitter 査読有り

    Asaka Kohiyama, Makoto Shimizu, Kana Konno, Tomoya Furuhashi, Hiroo Yugami

    Optics Express　28　(26)　38567-38567　2020年12月7日

    出版者・発行元： The Optical Society

    DOI： 10.1364/oe.412764 　

    eISSN：1094-4087

  17. Amorphous Nanohole Patterns Formed by Spinodal Decomposition of Nickel Superalloys for Solar-Selective Absorbers 査読有り

    Makoto Shimizu, Zhen Liu, Hiroo Yugami

    ACS Applied Nano Materials　3　(9)　9502-9509　2020年9月25日

    DOI： 10.1021/acsanm.0c02238 　

    eISSN：2574-0970

  18. Quantitative evaluation of optical properties for defective 2D metamaterials based on diffraction imaging 査読有り

    Zhen Liu, Makoto Shimizu, Hiroo Yugami

    Optics Express　28　(4)　5812-5821　2020年2月17日

    DOI： 10.1364/OE.385100 　

    eISSN：1094-4087

  19. Diffraction Topography Based Optical Performance Evaluation Method for Large-scale Defective Metamaterial

    Zhen LIU, Makoto SHIMIZU, Hiroo YUGAMI

    The Proceedings of Conference of Tohoku Branch　2020.55　2020年

    出版者・発行元： Japan Society of Mechanical Engineers

    DOI： 10.1299/jsmeth.2020.55.101_paper 　

    ISSN：2424-2713

  20. High-current density and high-asymmetry MIIM diode based on oxygen-non-stoichiometry controlled homointerface structure for optical rectenna 査読有り

    Daisuke Matsuura, Makoto Shimizu, Hiroo Yugami

    SCIENTIFIC REPORTS　9　2019年12月

    DOI： 10.1038/s41598-019-55898-x 　

    ISSN：2045-2322

  21. Evaluation of thermal stability in spectrally selective few-layer metallo-dielectric structures for solar thermophotovoltaics 査読有り

    Shimizu, M., Kohiyama, A., Yugami, H.

    Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer　212　45-49　2018年6月

    DOI： 10.1016/j.jqsrt.2018.02.037 　

    ISSN：0022-4073

  22. Radiative heat transfer enhancement using geometric and spectral control for achieving high-efficiency solar-thermophotovoltaic systems 査読有り

    Asaka Kohiyama, Makoto Shimizu, Hiroo Yugami

    Japanese Journal of Applied Physics　57　(4)　2018年4月1日

    出版者・発行元： Japan Society of Applied Physics

    DOI： 10.7567/JJAP.57.040312 　

    ISSN：1347-4065 0021-4922

  23. Spectrally shaping high-temperature radiators for thermophotovoltaics using Mo-HfO2 trilayer-on-substrate structures 査読有り

    Etienne Blandre, Makoto Shimizu, Asaka Kohiyama, Hiroo Yugami, Pierre-Olivier Chapuis, Rodolphe Vaillon

    Optics Express　26　(4)　4346-4357　2018年2月19日

    出版者・発行元： OSA - The Optical Society

    DOI： 10.1364/OE.26.004346 　

    ISSN：1094-4087

  24. Development of small power sources based on a micro-SOFC system operated on liquid fuels for mobile electric devices 査読有り

    S. Takahara, K. Kato, F. Iguchi, M. Shimizu, H. Yugami

    ECS Transactions　78　(1)　1871-1878　2017年5月30日

    出版者・発行元： Electrochemical Society Inc.

    DOI： 10.1149/07801.1871ecst 　

    ISSN：1938-6737 1938-5862

  25. High spectral selectivity for solar absorbers using a monolayer transparent conductive oxide coated on a metal substrate 査読有り

    Makoto Shimizu, Mari Suzuki, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    JOURNAL OF APPLIED PHYSICS　121　(18)　2017年5月

    DOI： 10.1063/1.4983189 　

    ISSN：0021-8979

    eISSN：1089-7550

  26. Application of in-situ Raman scattering spectroscopy for stress condition measurement in solid oxide fuel cells 査読有り

    Fumitada Iguchi, Shoma Onuki, Makoto Shimizu, Tatsuya Kawada, Hiroo Yugami

    JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN　125　(4)　213-217　2017年4月

    DOI： 10.2109/jcersj2.16275 　

    ISSN：1882-0743

    eISSN：1348-6535

  27. Enhanced thermal transport in polymers with an infrared-selective thermal emitter for electronics cooling 査読有り

    Shinichiro Tsuda, Makoto Shimizu, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    APPLIED THERMAL ENGINEERING　113　112-119　2017年2月

    DOI： 10.1016/j.applthermaleng.2016.11.024 　

    ISSN：1359-4311

  28. 透明導電酸化物膜を用いた高波長選択性太陽光吸収材料

    清水 信, 井口 史匡, 湯上 浩雄

    日本機械学会東北支部秋季講演会講演論文集　2017.53　205　2017年

    出版者・発行元： 一般社団法人 日本機械学会

    DOI： 10.1299/jsmetohoku.2017.53.205 　

    eISSN：2424-2721

  29. 熱ふく射スペクトル制御技術を用いた光レクテナシステムにおける光応答ダイオードの特性評価

    松浦 大輔, 清水 信, 強, 湯上 浩雄

    日本機械学会東北支部秋季講演会講演論文集　2017.53　420　2017年

    出版者・発行元： 一般社団法人 日本機械学会

    DOI： 10.1299/jsmetohoku.2017.53.420 　

    eISSN：2424-2721

  30. 多層膜被覆周期的微細構造を用いた高温用太陽光選択吸収材料 査読有り

    清水信, 阿久津宏樹, 津田慎一郎, 引地広介, 熊野勝文, 湯上浩雄

    電気学会論文誌E部門誌　137　(11)　393-399　2017年

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1541/ieejsmas.137.393 　

    ISSN：1347-5525 1341-8939

  31. High-temperature Solar Selective Absorbers Based on a Transparent Conductive Oxide Film Coated Periodic Micro-hole Array 査読有り

    Makoto Shimizu, Toshiro Abe, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    INTERNATIONAL CONFERENCE ON CONCENTRATING SOLAR POWER AND CHEMICAL ENERGY SYSTEMS (SOLARPACES 2016)　1850　2017年

    DOI： 10.1063/1.4984494 　

    ISSN：0094-243X

  32. Multilayer coated microstructure for solar selective absorbers 査読有り

    Makoto Shimizu, Hiroki Akutsu, Shinichiro Tsuda, Kosuke Hikichi, Masafumi Kumano, Hiroo Yugami

    IEEJ Transactions on Sensors and Micromachines　137　(11)　393-399　2017年

    出版者・発行元： Institute of Electrical Engineers of Japan

    DOI： 10.1541/ieejsmas.137.393 　

    ISSN：1347-5525 1341-8939

  33. Unidirectional radiative heat transfer with a spectrally selective planar absorber/emitter for high-efficiency solar thermophotovoltaic systems 査読有り

    Asaka Kohiyama, Makoto Shimizu, Hiroo Yugami

    APPLIED PHYSICS EXPRESS　9　(11)　2016年11月

    DOI： 10.7567/APEX.9.112302 　

    ISSN：1882-0778

    eISSN：1882-0786

  34. A high-temperature solar selective absorber based upon periodic shallow microstructures coated by multi-layers using atomic layer deposition 査読有り

    Makoto Shimizu, Hiroki Akutsu, Shinichiro Tsuda, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    Photonics　3　(2)　13　2016年6月1日

    出版者・発行元： MDPI AG

    DOI： 10.3390/photonics3020013 　

    ISSN：2304-6732

  35. 高ふく射繊維を用いた高温炉におけるエネルギー回収 査読有り

    小島匠, 酒井淳, 清水信, 井口史匡, 湯上浩雄, 井口浩詠, 久行輝美, 中川成人, 山村武民

    日本機械学会論文集　82　(838)　1500588-1-1500588-12　2016年

    DOI： 10.1299/transjsme.15-00588 　

  36. Development of methanol fueled micro-SOFC system for mobile electronic devices

    S. Takahara, K. Kato, F. Iguchi, M. Shimizu, H. Yugami

    ECS Transactions　75　(42)　33-41　2016年

    出版者・発行元： Electrochemical Society Inc.

    DOI： 10.1149/07542.0033ecst 　

    ISSN：1938-5862 1938-6737

  37. Narrowband thermal radiation from closed-end microcavities 査読有り

    Asaka Kohiyama, Makoto Shimizu, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    Journal of Applied Physics　118　(13)　2015年10月7日

    出版者・発行元： American Institute of Physics Inc.

    DOI： 10.1063/1.4931375 　

    ISSN：1089-7550 0021-8979

  38. Thermal Management Technique Using Control of Thermal Radiation Spectrum for Encapsulated Electronic Devices 査読有り

    Shinichiro Tsuda, Makoto Shimizu, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    IEEE TRANSACTIONS ON COMPONENTS PACKAGING AND MANUFACTURING TECHNOLOGY　5　(7)　971-979　2015年7月

    DOI： 10.1109/TCPMT.2015.2443914 　

    ISSN：2156-3950

    eISSN：2156-3985

  39. Anisotropic multi-step etching for large-area fabrication of surface microstructures on stainless steel to control thermal radiation 査読有り

    M. Shimizu, T. Yamada, K. Sasaki, A. Takada, H. Nomura, F. Iguchi, H. Yugami

    SCIENCE AND TECHNOLOGY OF ADVANCED MATERIALS　16　(2)　2015年4月

    DOI： 10.1088/1468-6996/16/2/025001 　

    ISSN：1468-6996

    eISSN：1878-5514

  40. Effective Thermal Dissipation through Semi-Transparent Materials with Thermal Radiation Control

    清水 信, 井口 史匡

    Proceedings of Twelfth International Conference on Flow Dynamics　12　734-735　2015年

  41. Influence of small defects produced in electrolytes during manufacturing processes on operated SOFCs

    S. Onuki, F. Iguchi, M. Shimizu, T. Kawada, H. Yugami

    ECS Transactions　68　(1)　2421-2428　2015年

    出版者・発行元： Electrochemical Society Inc.

    DOI： 10.1149/06801.2421ecst 　

    ISSN：1938-6737 1938-5862

  42. Design of new power source based on micro-SOFC for mobile electronic devices

    S. Murayama, F. Iguchi, M. Shimizu, S. Tanaka, H. Yugami

    ECS Transactions　68　(1)　2349-2355　2015年

    出版者・発行元： Electrochemical Society Inc.

    DOI： 10.1149/06801.2349ecst 　

    ISSN：1938-6737 1938-5862

  43. High-efficiency solar-thermophotovoltaic system equipped with a monolithic planar selective absorber/emitter 査読有り

    Makoto Shimizu, Asaka Kohiyama, Hiroo Yugami

    JOURNAL OF PHOTONICS FOR ENERGY　5　2015年1月

    DOI： 10.1117/1.JPE.5.053099 　

    ISSN：1947-7988

  44. Residual stress in NiO-YSZ composites and its relationship to microstructure

    Y. Akaza, T. Syu, F. Iguchi, M. Shimizu, H. Yugami

    ECS Transactions　68　(1)　1291-1296　2015年

    出版者・発行元： Electrochemical Society Inc.

    DOI： 10.1149/06801.1291ecst 　

    ISSN：1938-6737 1938-5862

  45. Application of high-temperature photonics for solar energy systems 査読有り

    Makoto Shimizu, Asaka Kohiyama, Hiroaki Kobayashi, Mari Suzuki, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    Proceedings of NanoRad2014　36-37　2014年6月6日

  46. HIGH-TEMPERATURE PHOTONICS FOR ADVANCED SOLAR ENERGY APPLICATIONS

    Makoto Shimizu, Asaka Kohiyama, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    Proceedings of Grand Renewable Energy 2014　2014年

  47. 10% efficiency solar thermophotovoltaic systems using spectrally controlled monolithic planar absorber/emitters 査読有り

    Makoto Shimizu, Asaka Kohiyama, Hiroo Yugami

    PHOTONICS FOR SOLAR ENERGY SYSTEMS V　9140　91400P　2014年

    DOI： 10.1117/12.2057315 　

    ISSN：0277-786X

  48. High-temperature photonics using self-organization of superalloys for solar selective absorbers

    Makoto Shimizu, Kiyotaka Konno, Hiroaki Kobayashi, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    2013 ISES SOLAR WORLD CONGRESS　57　411-417　2014年

    DOI： 10.1016/j.egypro.2014.10.194 　

    ISSN：1876-6102

  49. Spectrally Controlled Thermal Radiation Based on Surface Microstructures for High-Efficiency Solar Thermophotovoltaic system

    Asaka Kohiyama, Makoto Shimizu, Hiroaki Kobayashi, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    2013 ISES SOLAR WORLD CONGRESS　57　517-523　2014年

    DOI： 10.1016/j.egypro.2014.10.205 　

    ISSN：1876-6102

  50. High-temperature solar selective absorbers using transparent conductive oxide coated metal

    Makoto Shimizu, Mari Suzuki, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    2013 ISES SOLAR WORLD CONGRESS　57　418-426　2014年

    DOI： 10.1016/j.egypro.2014.10.195 　

    ISSN：1876-6102

  51. 高温フォトニクス材料を用いた熱光起電力発電システム

    湯上浩雄, 清水信

    応用物理学会誌　82　(11)　946-949　2013年11月

    出版者・発行元： 応用物理学会

    ISSN：0369-8009

  52. Design and Fabrication of Micro SOFC for the Power Source of Mobile Electric Devices

    S. Murayama, F. Iguchi, Y. Inagaki, M. Shimizu, S. Tanaka, H. Yugami

    SOLID OXIDE FUEL CELLS 13 (SOFC-XIII)　57　(1)　799-806　2013年

    DOI： 10.1149/05701.0799ecst 　

    ISSN：1938-5862

  53. Evaluation of Stress Condition of Operated Anode Supported-Type SOFC under Operating Conditions Based on Raman Scattering Spectroscopy

    S. Onuki, S. Onodera, F. Iguchi, M. Shimizu, T. Kawada, H. Yugami

    SOLID OXIDE FUEL CELLS 13 (SOFC-XIII)　57　(1)　951-957　2013年

    DOI： 10.1149/05701.0951ecst 　

    ISSN：1938-5862

  54. Stress Conditions Transition by Thermal Annealing in Barium Zirconate Based Proton Conducting Thin Films Fabricated Using PLD Method

    T. Fukushige, F. Iguchi, M. Shimizu, H. Yugami

    SOLID OXIDE FUEL CELLS 13 (SOFC-XIII)　57　(1)　1045-1051　2013年

    DOI： 10.1149/05701.1045ecst 　

    ISSN：1938-5862

  55. Relationship between Electrical Properties and Stress Field in Solid Electrolyte Thin Films

    Y. Osawa, F. Iguchi, M. Shimizu, H. Yugami

    SOLID OXIDE FUEL CELLS 13 (SOFC-XIII)　57　(1)　1097-1102　2013年

    DOI： 10.1149/05701.1097ecst 　

    ISSN：1938-5862

  56. Fabrication of quasi-periodic surface microcavities by selective etching of self-organized superalloys for high-temperature photonics 査読有り

    Makoto Shimizu, Kiyotaka Konno, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    APPLIED PHYSICS LETTERS　101　(22)　2012年11月

    DOI： 10.1063/1.4767903 　

    ISSN：0003-6951

  57. Application Technologies of Spectrally Controlled Thermal Radiation Using Microstructures for Energy Systems 査読有り

    Makoto Shimizu, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    Proceedings of international workshop on Nano - Micro thermal radiation　92-95　2012年6月

  58. Thermal Radiation Control by Surface Gratings as an Advanced Cooling System for Electronic Devices 査読有り

    Makoto Shimizu, Hiroo Yugami

    JOURNAL OF THERMAL SCIENCE AND TECHNOLOGY　6　(2)　297-306　2011年

    DOI： 10.1299/jtst.6.297 　

    ISSN：1880-5566

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MISC 37

  1. 金属ナノ薄膜を用いた微小共振器構造からの低指向性準単色熱放射

    清水信, 矢部雄斗, 小桧山朝華, 井口史匡, 湯上浩雄

    応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)　79th　ROMBUNNO.20a‐225B‐5　2018年9月5日

  2. 太陽熱光起電力発電システムにおけるふく射抽出効率の向上

    小桧山朝華, 小桧山朝華, 清水信, 湯上浩雄

    応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)　65th　ROMBUNNO.19a‐C301‐4　2018年3月5日

  3. Fabrication of surface microstructures based on spinodal decomposition for high-temperature solar selective absorbers

    Makoto Shimizu, Toshiro Abe, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    International Heat Transfer Conference　2018-August　7689-7694　2018年1月1日

    ISSN： 2377-424X

  4. 集光太陽光を用いた熱光起電力発電システムの発電試験

    小桧山朝華, 清水信, 湯上浩雄

    太陽/風力エネルギー講演論文集　2017　235‐238　2017年10月25日

  5. ふく射熱輸送特性と波長選択性の太陽熱光起電力発電システム効率への影響(II)

    小桧山朝華, 小桧山朝華, 清水信, 湯上浩雄

    応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)　78th　ROMBUNNO.5p‐PB2‐1　2017年8月25日

  6. 熱ふく射スペクトル制御に基づく高効率な太陽熱光起電力発電システムの開発

    清水信, 小桧山朝華, 湯上浩雄

    クリーンエネルギー　26　(4)　7‐12-12　2017年4月10日

    出版者・発行元： 日本工業出版

    ISSN： 0918-7510

  7. ふく射熱輸送特性と波長選択性の太陽熱光起電力発電システム効率への影響

    小桧山朝華, 清水信, 湯上浩雄

    応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)　64th　ROMBUNNO.17a‐514‐2　2017年3月1日

  8. 金属ナノ薄膜-透明誘電体膜積層構造による熱ふく射スペクトル制御 (フィジカルセンサ マイクロマシン・センサシステム 合同研究会 メタマテリアル・プラズモニック構造を基軸とする新機能創成)

    清水 信, 小桧山 朝華, 湯上 浩雄

    電気学会研究会資料. PHS　2016　(58)　39-42　2016年12月19日

    出版者・発行元： 電気学会

  9. 多層膜積層型微細構造による太陽光選択吸収材料

    清水 信, 阿久津 宏樹, 津田 慎一郎, 熊野 勝文, 湯上 浩雄

    「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編]　33　1-6　2016年10月2日

    出版者・発行元： Institute of Electrical Engineers of Japan

  10. 熱輸送効率向上による太陽熱光起電力発電システムの高効率化

    小桧山朝華, 清水信, 湯上浩雄

    応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)　77th　ROMBUNNO.15p‐B4‐12　2016年9月1日

  11. 187 熱ふく射スペクトル制御を用いた樹脂パッケージされた電子デバイスからの放熱促進

    津田 慎一郎, 清水 信, 井口 史匡, 湯上 浩雄

    講演論文集　2016　(51)　171-172　2016年

    出版者・発行元： 一般社団法人日本機械学会

  12. A solar thermophotovoltaic system using spectrally controlled monolithic planar thermal emitter/absorber

    Hiroo Yugami, Asaka Kohiyama, Makoto Shimizu, Fumitada Iguchi

    ASME 2016 5th International Conference on Micro/Nanoscale Heat and Mass Transfer, MNHMT 2016　1　2016年1月1日

    DOI： 10.1115/MNHMT2016-6692 　

  13. Spectral control of thermal radiation using metal-dielectric multilayers for high-temperature usage over 1000°C

    Makoto Shimizu, Asaka Kohiyama, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    ASME 2016 5th International Conference on Micro/Nanoscale Heat and Mass Transfer, MNHMT 2016　1　2016年1月1日

    DOI： 10.1115/MNHMT2016-6699 　

  14. Solar-thermophotovoltaic systems using spectrally selective absorber/emitter based on metal-dielectric multilayer

    A. Kohiyama, M. Shimizu, H. Yugami

    Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering　9937　2016年1月1日

    DOI： 10.1117/12.2237672 　

    ISSN： 0277-786X

  15. Low-directivity quasi-monochromatic thermal radiation from microcavities covered by thin metal film

    Asaka Kohiyama, Makoto Shimizu, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    ASME 2016 5th International Conference on Micro/Nanoscale Heat and Mass Transfer, MNHMT 2016　1　2016年1月1日

    DOI： 10.1115/MNHMT2016-6683 　

  16. 熱ふく射スペクトル制御技術を用いた太陽熱光起電力発電システム

    小桧山朝華, 清水信, 井口史匡, 湯上浩雄

    応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)　76th　ROMBUNNO.15P-2C-15　2015年8月31日

  17. マイクロキャビティ構造に基づいた熱ふく射スペクトル準単色化

    小桧山朝華, 清水信, 井口史匡, 湯上浩雄

    電気学会マイクロマシン・センサシステム研究会資料　MSS-15　(15-34)　97-99　2015年7月3日

  18. 熱放射スペクトル制御材料を用いた高効率ソーラー熱光起電力発電

    清水信, 小桧山朝華, 酒井淳, 柳澤邦彦, 井口史匡, 湯上浩雄

    応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)　62nd　ROMBUNNO.11A-P1-12　2015年2月26日

  19. マイクロキャビティ構造からの波長選択性熱ふく射スペクトル狭帯域化

    小桧山朝華, 清水信, 井口史匡, 湯上浩雄

    応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)　62nd　ROMBUNNO.13P-A10-6　2015年2月26日

  20. ソーラー熱光起電力発電における熱放射スペクトル制御材料の高温特性

    清水信, 柳沢邦彦, 小桧山朝華, 井口史匡, 湯上浩雄

    応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)　75th　ROMBUNNO.19A-A23-3　2014年9月1日

  21. OS1613 面内圧縮応力状態下における安定化ジルコニアの電気的特性

    井口 史匡, 山根 拓也, 清水 信, 湯上 浩雄

    M&M材料力学カンファレンス　2014　"OS1613-1"-"OS1613-2"　2014年7月19日

    出版者・発行元： 一般社団法人日本機械学会

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    Lattice volume of solid state ionic conductors was closely related to its electrical properties, because oxygen ion, proton and other ionic carriers migrate via hopping between sights in lattice. Therefore, in the case of conventional developing of ionic conductors, i.e. doping different valent element, lattice volume change caused by doping had been discussed. In this study, we attempted the effect of outer forces to lattice volume and its influence to electrical properties. Yttrium stabilized zirconia was adopted to be objective materials, because it is most popular electrolyte material for SOFCs. Single crystalline pellets of YSZ were fitted into the basement made of Al_2O_3 and Si_3N_4 at room temperature, and annealed. Compressive outer forces was applied in axial directions because thermal expansion coefficient is differ between YSZ (10.3×10^<-6> K^<-1>), Al_2O_3 (7.7×10^<-6> K^<-1>) and Si_3N_4 (3.2×10^<-6> K^<-1>). The applied forces reached to 800 MPa at 800 oC with the Si_3N_4 basement. Electrical conductivity of YSZ pellets was measured in vertical direction to stress plane, and the influence of lattice modulation was discussed.

  22. 高温フォトニクスによるふく射熱輸送の高効率化

    清水信, 小桧山朝華, 井口史匡, 湯上浩雄

    電気学会マイクロマシン・センサシステム研究会資料　MSS-14　(1-4.6-23)　109-112　2014年5月27日

  23. 135 高ふく射性SiC系繊維を用いた高温炉におけるエネルギー回収

    小島 匠, 酒井 淳, 清水 信, 井口 史匡, 湯上 浩雄

    講演論文集　2014　(49)　71-72　2014年

    出版者・発行元： 一般社団法人日本機械学会

  24. Application of transparent conductive oxides films for high-temperature solar selective absorbers

    Makoto Shimizu, Mari Suzuki, Asaka Kohiyama, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    ASME 2014 8th International Conference on Energy Sustainability, ES 2014 Collocated with the ASME 2014 12th International Conference on Fuel Cell Science, Engineering and Technology　1　2014年1月1日

    DOI： 10.1115/ES2014-6353 　

  25. High-efficiency thermophotovoltaic system by quasi-monochromatic thermal radiation

    Asaka Kohiyama, Makoto Shimizu, Hiroaki Kobayashi, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    ASME 2014 8th International Conference on Energy Sustainability, ES 2014 Collocated with the ASME 2014 12th International Conference on Fuel Cell Science, Engineering and Technology　1　2014年1月1日

    DOI： 10.1115/ES2014-6743 　

  26. Thermal management of power sources for mobile electronic devices based on micro-SOFC

    S. Murayama, F. Iguchi, M. Shimizu, H. Yugami

    Journal of Physics: Conference Series　557　2014年1月1日

    DOI： 10.1088/1742-6596/557/1/012050 　

    ISSN： 1742-6588

  27. A solar thermophotovoltaic generation with a monolithic planar absorber/emitter material

    Hiroaki Kobayashi, Jun Sakai, Asaka Kohiyama, Makoto Shimizu, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    Optics InfoBase Conference Papers　2013年12月1日

  28. 集光太陽光を用いた熱光起電力発電における太陽光選択吸収材料

    清水 信, 小桧山 朝華, 小林 大晃

    太陽/風力エネルギー講演論文集　73-76　2013年

    出版者・発行元： 日本太陽エネルギー学会

  29. Practicable fabrication technology of high-temperature photonic materials for thermophotovoltaic systems

    Makoto Shimizu, Hiroaki Kobayashi, Kunihiko Yanagisawa, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    Optics InfoBase Conference Papers　2013年1月1日

  30. 244 波長選択性太陽光吸収材料としての周期的微細構造を持つ耐熱性合金の作製(動力エネルギーシステム,一般講演)

    今野 晴天, 清水 信, 井口 史匡, 湯上 浩雄

    講演論文集　2012　(47)　294-295　2012年3月13日

    出版者・発行元： 一般社団法人日本機械学会

  31. 透明導電酸化物の太陽光選択吸収材料への応用

    清水 信, 今野 晴天, 井口 史匡

    太陽/風力エネルギー講演論文集　327-330　2012年

    出版者・発行元： 日本太陽エネルギー学会

  32. 周期的微細構造を持つ耐熱性合金を用いた太陽光選択吸収材料の作製

    今野 晴天, 清水 信, 井口 史匡

    太陽/風力エネルギー講演論文集　331-334　2012年

    出版者・発行元： 日本太陽エネルギー学会

  33. High-temperature solar selective absorbers based on interface effects in refractory metals coated with transparent conductive oxides

    Makoto Shimizu, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    ASME 2012 6th International Conference on Energy Sustainability, ES 2012, Collocated with the ASME 2012 10th International Conference on Fuel Cell Science, Engineering and Technology　423-428　2012年1月1日

    DOI： 10.1115/ES2012-91256 　

  34. High-temperature solar selective absorber material using surface microcavity structures

    Makoto Shimizu, Kimio Takeuchi, Hitoshi Sai, Fumitada Iguchi, Noriko Sata, Hiroo Yugami

    ASME 2011 5th International Conference on Energy Sustainability, ES 2011　783-787　2011年12月1日

    DOI： 10.1115/ES2011-54599 　

  35. 150 表面微細構造による熱放射制御を用いた電子デバイス冷却への応用(熱工学,一般講演)

    清水 信, 湯上 浩雄

    講演論文集　2011　(46)　104-105　2011年3月15日

    出版者・発行元： 一般社団法人日本機械学会

  36. 123 電子デバイス冷却への波長選択性熱放射の適用(学生賞IV,一般講演)

    清水 信, 湯上 浩雄

    講演論文集　2010　(45)　48-49　2010年3月12日

    出版者・発行元： 一般社団法人日本機械学会

  37. J0103-4-2 波長選択性熱放射による樹脂パッケージされた電子デバイスの冷却促進(電子情報機器,電子デバイスの強度・信頼性評価と熱制御(4))

    清水 信, 湯上 浩雄

    年次大会講演論文集　2009　71-72　2009年

    出版者・発行元： 一般社団法人日本機械学会

    DOI： 10.1299/jsmemecjo.2009.6.0_71 　

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    This paper describes the new technique of cooling electronic devices packaged in resin. In recent years, cooling electronic devices becomes very serious problem. To enhance thermal radiation from electronic devices, this problem is improved because 20%-40% of heat is dissipated by radiative heat transfer. We report new technique about cooling electronic devices to control radiative spectra from its surface. Resin which packages an electronic device prevents radiation from going outside air. We consider that radiation from electronic devices transmits resin to control radiative spectra. As a result, cooling performance improved. A spectral selective emitter which consists of periodical micron meter scale two-dimensional grating on metal surface can control radiative spectra. In this research, we decide an optimal selective emitter design from simulation and fabricated it by micro-machining technology. Finally, the fact that using spectral selective emitter enhanced cooling performance is obtained from cooling performance test.

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書籍等出版物 4

  1. 次世代の太陽電池・太陽光発電―その発電効率向上，用途と市場の可能性―

    清水 信

    技術情報協会　2018年4月

  2. 熱ふく射スペクトル制御に基づく高効率な太陽熱光起電力発電システムの開発

    清水 信, 小桧山 朝華, 湯上 浩雄

    クリーンエネルギー、26(4)　2017年

  3. ナローギャップＰＶセルを用いた熱光起電力発電

    湯上 浩雄, 清水 信

    応用電子物性分科会誌、24(2)　2015年

  4. 高温フォトニクス材料を用いた熱光起電力発電システム

    湯上 浩雄, 清水 信

    応用物理、82(11)　2013年

講演・口頭発表等 121

  1. Optical Rectenna Based on a Hollow Resonator for Mid-Infrared Energy Harvesting

    Zhen Liu, Yuji Oka, Makoto Shimizu, Hiroo Yugami

    第85回応用物理学会秋季学術講演会　2024年9月19日

  2. プラズモニック共振器からの角度選択性熱放射

    清水信, Benlyas Rihab, Liu Zhen, 湯上浩雄

    第85回応用物理学会秋季学術講演会　2024年9月19日

  3. InGaAs熱光起電力発電セルへ向けたパターン化誘電体裏面電極の作製

    伊達 仁基, 大島 隆治, 庄司 靖, 斎 均, 清水 信, 菅谷 武芳, 八木 修平, 矢口 裕之

    第85回応用物理学会秋季学術講演会　2024年9月18日

  4. Optical rectenna using a hollow resonator for broad wavelength range infrared energy harvesting

    Makoto Shimizu, Zhen Liu, Daisuke Matsuura, Hiroo Yugami

    7th ASME Micro/Nanoscale Heat & Mass Transfer International Conference (MNHMT2024)　2024年8月6日

  5. Narrowband Thermal Radiation on Refractory Metal Using 2d Superlattice Photonic Microcavity

    Zhen Liu, Makoto Shimizu, Hiroo Yugami

    7th ASME Micro/Nanoscale Heat & Mass Transfer International Conference (MNHMT2024)　2024年8月5日

  6. Design of Optical Cavity for Thermophotovoltaic Systems Considering Thermal Behavior of Gasb Cells

    Haolin Wang, Makoto Shimizu, Hiroo Yugami

    NanoRad2024　2024年7月19日

  7. Thermochromic thermal radiator based on angle selective thermal radiation applicable under direct solar irradiance 招待有り

    Makoto Shimizu, Ryu Onozaki, Rihab Benlyas, Zhen Liu, Hiroo Yugami

    META2024　2024年7月18日

  8. Power Generation Using Thermal Radiation and Cavity Antenna Coupling for Infrared Energy Harvesting

    Makoto Shimizu, Zhen Liu, Daisuke Matsuura, Hiroo Yugami

    NanoRad2024　2024年7月17日

  9. Quantitative Evaluation of Radiation Peak Intensity for Metamaterials Containing Structural Defects

    Zhen Liu, Makoto Shimizu, Ryosuke Abe, Hiroo Yugami

    ACTS 2024　2024年6月27日

  10. Angle-Selective Thermal Emission Over Broad Wavelength Range Using Plasmonic Metamaterials

    Makoto Shimizu, Rihab Benlyas, Zhen Liu, Hiroo Yugami

    ACTS 2024　2024年6月27日

  11. Designing a Photon Recycling Optical Cavity with Ray-Trace Simulations and Thermal Load Considerations for TPV Cells

    Haolin Wang, Makoto Shimizu, Hiroo Yugami

    ACTS 2024　2024年6月25日

  12. レクテナ技術に基づく赤外光の電力変換

    清水信, 松浦大輔, Liu Zhen, 湯上浩雄

    2023年度第7回 無線電力伝送研究会　2024年3月15日

  13. Enhancing Photon Recycling in TPV Systems through Optical Cavity Design: Consideration of PV Cell temperature dependence

    Haolin Wang, Makoto Shimizu, Hiroo Yugami

    熱工学コンファレンス2023　2023年10月15日

  14. Metal-insulator-metal diode using self-assembled Pt nanoparticles for optical rectenna

    Zhen Liu, Makoto Shimizu, Hiroo Yugami

    第84回応用物理学会秋季学術講演会　2023年9月23日

  15. Design of Optical Cavities to Enhance Photon Transport Efficiency in Thermophotovoltaic Systems

    Haolin Wang, Makoto Shimizu, Hiroo Yugami

    第84回応用物理学会秋季学術講演会　2023年9月23日

  16. 金属―誘電体積層構造を用いた高温フォトニクス技術 招待有り

    清水信, 湯上浩雄

    第83回応用物理学会秋季学術講演会　2022年9月20日

  17. Optical Rectennas for Photoelectric Conversion of Infrared Light 招待有り

    Makoto Shimizu, Daisuke Matsuura, Zhen Liu, Hiroo Yugami

    The 13th International Symposium of Advanced Energy Science　2022年9月5日

  18. Directive Multiband Thermal Emitters 招待有り

    Makoto Shimizu, Rihab Benlyas, Zhen Liu, Hiroo Yugami

    META 2022 12th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics　2022年7月21日

  19. 熱輻射制御による熱光起電力発電および熱放射スペクトル制御による電子デバイス冷却 招待有り

    湯上浩雄, 清水信

    CSJ化学フェスタ2020　2020年10月21日

  20. 光レクテナのための酸素不定比性制御に基づくホモ界面MIIMダイオードの作製

    清水信, 松浦大輔, 湯上浩雄

    第81回応用物理学会秋季学術講演会　2020年9月8日

  21. Microstructure-based spectral shaping of thermal radiation for high-temperature solar selective absorbers 招待有り

    Makoto Shimizu, Hiroo Yugami

    APTSE2019&MNHTE　2019年11月1日

  22. 光レクテナのための酸素不定比性制御に基づくホモ界面MIIMダイオード

    松浦大輔, 清水信, 湯上浩雄

    第80回応用物理学会秋季学術講演会　2019年9月18日

  23. Unidirectional radiative heat transfer using monolithic cube absorber/emitter in solar-thermophotovoltaic systems

    Asaka Kohiyama, Makoto Shimizu, Hiroo Yugami

    6th ASME International Conference of Micro/Nanoscale Heat and Mass Transfer　2019年7月8日

  24. ALD法を用いたフォトニック構造の波長選択吸収特性向上

    清水信, 阿久津宏樹, 湯上浩雄

    2019年5月30日

  25. Effective solar energy conversion via photon management in thermophotovoltaics

    Applied Energy Symposium (AEAB2019)　2019年5月24日

  26. Effective solar energy conversion based on spectral control of thermal radiation via monolithic absorber/emitter 招待有り

    Makoto Shimizu, Asaka Kohiyama, Kana Konno, Hiroo Yugami

    Nano-Micro Conference　2018年12月

  27. 金属ナノ薄膜を用いた微小共振器構造からの低指向性準単色熱放射

    清水信, 矢部雄斗, 小桧山朝華, 井口史匡, 湯上浩雄

    第79回応用物理学会秋季学術講演会　2018年9月20日

  28. Fabrication of Surface Microstructures Based on Spinodal Decomposition for High-Temperature Solar Selective Absorbers 国際会議

    16th International Heat Transfer Conference (IHTC-16)　2018年8月14日

  29. Solar selective absorbers using submicron structures formed by spinodal decomposition 国際会議 招待有り

    Progress in Electromagnetics Research Symposium (PIERS 2018)　2018年8月3日

  30. Forming of conformal multilayer on periodic microstructures for solar selective absorption 国際会議

    18th International Conference on Atomic Layer Deposition　2018年7月30日

  31. 透明導電酸化物埋め込み微細構造を用いた太陽光選択吸収材料

    清水信, 阿部俊郎, 井口史匡, 湯上浩雄

    第55回日本伝熱シンポジウム　2018年5月29日

  32. 太陽熱光起電力発電システムにおけるふく射抽出効率の向上

    小桧山朝華, 清水信, 湯上浩雄

    第65回応用物理学会 春季学術講演会　2018年3月19日

  33. 透明導電酸化物被覆微細構造を用いた太陽光選択吸収材料の耐熱性評価

    清水信, 阿部俊郎, 井口史匡, 湯上浩雄

    第65回応用物理学会 春季学術講演会　2018年3月19日

  34. 光レクテナセルを用いたレーザー光受電システム

    松浦大輔, 清水信,陳強, 湯上浩雄

    第3回宇宙太陽発電シンポジウム　2017年11月29日

  35. 集光太陽光を用いた熱光起電力発電システムの発電試験

    小桧山朝華, 清水信, 湯上浩雄

    平成29年度 一般社団法人日本太陽エネルギー学会・日本風力エネルギー学会 合同研究発表会　2017年10月27日

  36. 透明導電酸化物膜を用いた高波長選択性太陽光選択吸収材料

    清水信, 井口史匡, 湯上浩雄

    機械学会東北支部第53回秋季講演会　2017年9月30日

  37. 熱ふく射スペクトル制御技術を用いた光レクテナシステムにおける光応答ダイオードの特性評価

    松浦大輔, 清水信,陳強, 湯上浩雄

    機械学会東北支部第53回秋季講演会　2017年9月30日

  38. ふく射熱輸送特性と波長選択性の 太陽熱光起電力発電システム効率への影響(Ⅱ)

    小桧山朝華, 清水信, 湯上浩雄

    第７８回応用物理学会秋季学術講演会　2017年9月8日

  39. 透明導電酸化物被覆微細構造を用いた高温用太陽光選択吸収材料

    清水信, 阿部俊郎, 井口史匡, 湯上浩雄

    第７８回応用物理学会秋季学術講演会　2017年9月8日

  40. High-efficiency solar-thermophotovoltaic systems based on controlling asymmetricity of radiative heat transfer in a monolithic absorber/emitter 国際会議

    Summer Heat Transfer Conference ASME2017　2017年7月11日

  41. A Few Layer Coating on Periodic Shallow Microstructures as a Spectrally Selective Absorber 国際会議

    Summer Heat Transfer Conference ASME2017　2017年7月11日

  42. High-efficiency Solar-thermophotovoltaic Systems Based on Controlling Unidirectional Radiative Heat Transfer with a Monolithic absorber/emitter 国際会議

    NanoRad2017　2017年6月27日

  43. High Spectral Selectivity Based on A Few Layer Structure for Solar-Thermophotovoltaics 国際会議

    NanoRad2017　2017年6月27日

  44. ふく射熱輸送特性と波長選択性の太陽熱光起電力発電システム効率への影響

    小桧山朝華, 清水信, 湯上浩雄

    第64回応用物理学会春季学術講演会　2017年3月17日

  45. 金属―透明誘電体積層構造による熱ふく射スペクトル制御

    清水信, 小桧山朝華, 湯上浩雄

    フィジカルセンサ/マイクロマシン・センサシステム研究会　2016年12月19日

  46. Optical Design of Few-layer Thermal Radiation Emitters for Thermophotovoltaics 国際会議

    International Mechanical Engineering Congress & Exposition　2016年11月11日

  47. 多層膜積層型微細構造による太陽光選択吸収材料

    清水 信, 阿久津 宏樹, 津田 慎一郎, 井口 史匡, 湯上 浩雄

    第33回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム；メタマテリアル・プラズモニック構造　2016年10月24日

  48. System design and experiment of solar-thermophotovoltaic generation based on spectrally selective absorber/emitter 国際会議

    Solar PACES 2016 Conference　2016年10月13日

  49. High-temperature solar selective absorbers based on a transparent conductive oxide film coated metal microstructures 国際会議

    Solar PACES 2016 Conference　2016年10月13日

  50. 熱輸送効率向上による太陽熱光起電力発電システムの高効率化

    小桧山朝華, 清水信, 湯上浩雄

    第77回応用物理学会秋季学術講演会　2016年9月15日

  51. 金属―誘電体積層構造を用いた高温用太陽光選択吸収材料

    清水 信, 阿久津 宏樹, 津田 慎一郎, 井口 史匡, 湯上 浩雄

    第77回応用物理学会秋季学術講演会　2016年9月15日

  52. 高温フォトニクスによる太陽熱利用技術の高度化 招待有り

    湯上浩雄, 清水信

    第77回応用物理学会秋季学術講演会　2016年9月13日

  53. Solar-thermophotovoltaic systems using spectrally selective absorber/emitter based on metal-dielectric multilayer 国際会議

    Asaka Kohiyama, Makoto Shimizu, Hiroo Yugami

    SPIE Optics + Photonics for Sustainable Energy　2016年5月

  54. Tailoring the spectral emissivity of few-layer structures with interference effects 国際会議

    WE-Heraeus-Seminar: Heat transfer and heat conduction on the nanoscale　2016年4月

  55. 熱輻射による半透明体の輻射輸送促進

    津田慎一郎, 清水信, 井口史匡, 湯上浩雄

    第63回応用物理学会春季学術講演会　2016年3月20日

  56. Low-directivity quasi-monochromatic thermal radiation from microcavities covered by thin metal film

    Asaka Kohiyama, Makoto Shimizu, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    ASME 2016 5th International Conference on Micro/Nanoscale Heat and Mass Transfer, MNHMT 2016　2016年1月1日

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    © 2016 by ASME. Here, closed-end microcavity is proposed in which a semi-transparent metal film was formed atop microcavity. The structure shows weak angular dependence as well as quasimonochromatic absorptance. Au is employed as material of the cavity walls and the covering thin film. Quasi-monochromatic absorption from the structure is observed in numerical simulation. High quality factor (Q factor) is obtained by strong confinement in the closed-end microcavity. Asymmetric and quasi-monochromatic absorption band with a Q factor of ∼28 at 1.85 μm was observed. This value was about 4-fold larger than that of the open-end microcavity. Additionally, the closed-end microcavity structure filled with SiO2in cavity exhibits isotropic and quasi-monochromatic thermal radiation over a wide solid angle. This result suggests that both quasimonochromatic and low-directivity absorptance can be realized by using this configuration.

  57. Spectral control of thermal radiation using metal-dielectric multilayers for high-temperature usage over 1000°C

    Makoto Shimizu, Asaka Kohiyama, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    ASME 2016 5th International Conference on Micro/Nanoscale Heat and Mass Transfer, MNHMT 2016　2016年1月1日

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    © 2016 by ASME. The spectrally selective coating technology which can be applicable for solar-thermophotovoltaic (solar-TPV) generation systems is described in this paper. In solar-TPV system, the spectrally selective absorber plays a key role to obtain highefficiency. The technologies of controlling thermal radiation spectrum at temperature over 1000oC, however, have not been established yet. We focus on metal-dielectric multi-layer coating. This selective coating shows enormously high absorptance at short wavelength range and sharp cutoff property. Thermal stability test confirms that this multi-layer structure can be one of the candidates for the selective coatings for solar-TPV systems.

  58. Solar-thermophotovoltaic systems using spectrally selective absorber/emitter based on metal-dielectric multilayer

    A. Kohiyama, M. Shimizu, H. Yugami

    Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering　2016年1月1日

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    © 2016 SPIE. In this paper, high-efficiency STPV systems are investigated using spectrally selective absorber/emitter consisted of metal-dielectric multilayer and a GaSb TPV cell. A solar-thermophotovoltaic (STPV) system is expected to as highefficiency solar energy conversion using single-junction photovoltaic (PV) cells. However, the reached experimental system efficiency has been still low because spectral control of emitter is not sufficient. Narrowband thermal radiation from the emitter is effective for obtaining high-efficiency STPV systems, exceeding the Shockley-Queisser limit. From theoretical analysis, the narrowband thermal emitter can leads to obtain PV conversion efficiency over 45% at Qvalue= 30 and 1300K. The spectrally selective absorber/emitter was also investigated to obtain high ηPV. The ηPV = 23.5% was estimated by the fabricated emitter spectrum, which exceeds the Shockley-Queisser limit of 19.6% for a GaSb bandgap of 0.67 eV. The entire STPV system and the power generation tests were conducted using the fabricated absorber/emitter. The total system efficiency 4.9% at 1505K was obtained under an irradiance of 109 Wcm-2.

  59. A solar thermophotovoltaic system using spectrally controlled monolithic planar thermal emitter/absorber 招待有り

    Hiroo Yugami, Asaka Kohiyama, Makoto Shimizu, Fumitada Iguchi

    ASME 2016 5th International Conference on Micro/Nanoscale Heat and Mass Transfer, MNHMT 2016　2016年1月1日

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    © 2016 by ASME. Solar-thermophotovoltaic system is expected to have high efficiency by converting wide spectral range solar energy into useful thermal radiation energy. However, the experimental STPV system shows much lower efficiency than theoretical one. To achieve high-efficiency, it is essential to obtain good spectrally matching between thermal radiation spectrum and PV cells spectral response. In this paper, the power generation tests using the whole configuration of the STPV system is described. The conversion efficiency of GaSb PV cell is estimated to be 20 to 23% against to the light intensity irradiated on the PV cell surface. The net system efficiency of 1.9% can be achieved. The application of thermal storage system to the STPV is also considered.

  60. 熱ふく射スペクトル制御技術を用いた太陽熱光起電力発電システム

    小桧山朝華, 清水信, 井口史匡, 湯上浩雄

    第76回応用物理学会秋季学術講演会　2015年9月15日

  61. マイクロキャビティ構造からの波長選択性熱ふく射スペクトル狭帯域化

    小桧山朝華, 清水信, 井口史匡, 湯上浩雄

    第62回応用物理学会春季学術講演会　2015年3月13日

  62. 波長選択性熱放射による狭空間内における電子デバイス冷却技術

    津田慎一郎, 清水信, 井口史匡, 湯上浩雄

    第62回応用物理学会春季学術講演会　2015年3月11日

  63. 熱放射スペクトル制御材料を用いた高効率ソーラー熱光起電力発電

    清水 信, 小桧山 朝華, 酒井 淳, 柳澤 邦彦, 井口 史匡, 湯上 浩雄

    第62回応用物理学会春季学術講演会　2015年3月11日

  64. ナローギャップPVセルを用いた熱光起電力発電 招待有り

    湯上浩雄, 清水信

    応用電子物性分科会研究会　2015年

  65. 固体酸化物形燃料電池用Ni-YSZ サーメットの高温機械特性

    KASEMCHAI CHAIPRASOBPHOL, 井口 史匡, 清水 信, 湯上 浩雄

    2014年度電気化学会秋季大会　2014年9月27日

  66. ソーラー熱光起電力発電における熱放射スペクトル制御材料の高温特性

    清水信, 小桧山朝華, 井口史匡, 湯上浩雄

    第75回応用物理学会秋季学術講演会　2014年9月17日

  67. SOFC/SOEC based on yttrium doped barium zirconate perovskite type proton conductors 国際会議

    Takahumi Kumagai, Fumitada Iguchi, Makoto Shimizu, Hiroo Yugami

    17th International Conference on Solid State Protonic Conductors (SSPC-17)　2014年9月14日

  68. HIGH-TEMPERATURE PHOTONICS FOR ADVANCED SOLAR ENERGY APPLICATIONS 国際会議

    Makoto Shimizu, Asaka Kohiyama, Fumitada Iguch, Hiroo Yugami

    Grand Renewable Energy 2014 International Conference　2014年7月27日

  69. 面内圧縮応力状態下における安定化ジルコニアの電気的特性

    井口史匡, 山根拓也, 清水信, 湯上浩雄

    日本機械学会 M&M2014材料力学カンファレンス　2014年7月18日

  70. Application of transparent conductive oxides films for high-temperature solar selective absorbers 国際会議

    Asaka Kohiyama, Makoto Shimizu, Hiroaki Kobayashi, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    ASME 2014 8th International Conference on Energy Sustainability & 12th Fuel Cell Science, Engineering and Technology Conference　2014年6月29日

  71. High-efficiency thermophotovoltaic system by quasi-monochromatic thermal radiation 国際会議

    Makoto Shimizu, Mari Suzuki, Asaka Kohiyama, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    ASME 2014 8th International Conference on Energy Sustainability & 12th Fuel Cell Science, Engineering and Technology Conference　2014年6月29日

  72. Application of high-temperature photonics for solar energy systems 国際会議

    Makoto Shimizu, Asaka Kohiyama, Hiroaki Kobayashi, Mari Suzuki, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    NanoRad 2014　2014年6月7日

  73. 高温フォトニクスによるふく射熱輸送の高効率化

    清水信, 小桧山朝華, 井口史匡, 湯上浩雄

    電気学会マイクロマシン・センサシステム研究会　2014年5月27日

  74. 10% efficiency solar thermophotovoltaic systems using spectrally controlled monolithic planar absorber/emitters 国際会議

    Makoto Shimizu, Asaka Kohiyama, Hiroo Yugami

    SPIE photonics europe　2014年4月14日

  75. 透明導電膜を用いた太陽光選択吸収材料の吸収特性向上

    清水信, 鈴木麻里, 井口史匡, 湯上浩雄

    第61回応用物理学会春季学術講演会　2014年3月17日

  76. GaSb 単接合セルを用いた集光太陽光による高効率熱光起電力発電システム

    小桧山朝華, 小林大晃, 清水信, 井口史匡, 湯上浩雄

    第61回応用物理学会春季学術講演会　2014年3月17日

  77. 高ふく射性SiC系繊維を用いた高温炉におけるエネルギー回収

    小島 匠, 酒井 淳, 清水 信, 井口 史匡, 湯上 浩雄

    第5回マイクロ・ナノシンポジウム　2014年3月14日

  78. Thermal management of power sources for mobile electronic devices based on micro-SOFC

    S. Murayama, F. Iguchi, M. Shimizu, H. Yugami

    Journal of Physics: Conference Series　2014年1月1日

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    © Published under licence by IOP Publishing Ltd. Small power sources based on micro-SOFC for mobile electronic devices required two conditions, i,e, thermally compatibility and thermally self-sustain, because of high operating temperature over 300oC. Moreover, high energy efficiency was also required. It meant that this system should be designed considering thermal management. In this study, we developed micro-SOFC packages which have three functions, thermal insulation, thermal recovery, and self-heating. Heat conduction analysis based on finite element method, and thermochemical calculation revealed that vacuum thermal insulation was effective for size reduction and gas-liquid heat exchanger could reduce the temperature of outer surface. We fabricated the package with three functions for proof of concept and evaluated. As a result, it was suggested that developed package could satisfy both two requirements with high efficiency.

  79. Application of transparent conductive oxides films for high-temperature solar selective absorbers

    Makoto Shimizu, Mari Suzuki, Asaka Kohiyama, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    ASME 2014 8th International Conference on Energy Sustainability, ES 2014 Collocated with the ASME 2014 12th International Conference on Fuel Cell Science, Engineering and Technology　2014年1月1日

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    Copyright © 2014 by ASME. At present, the utilization of thermal energy from sunlight has been widely adopted as the working principle of concentrated solar power (CSP) generation systems. In this research, we suggest a CSP technology based on the properties of transparent conductive oxide (TCO) films on metal substrates which is compatible with mass production of solar selective absorbers that can be utilized at high temperatures. TCO material has plasma wavelength in infrared region. Therefore the electromagnetic wave with shorter wavelength than plasma wavelength goes through the material, while the electromagnetic wave with longer wavelength is reflected on the surface. By coating metal surface with a TCO film, interference is occurred in transparent wavelength range of TCO. Therefore, solar energy is highly absorbed, though thermal radiation from the absorber is suppressed. The optical property of fabricated TCO coated metal is well consistent with the simulated property. It is revealed that the performance of the absorber is improved by fabricating microstructures on the metal substrate. Thermal stability is confirmed at 700°C in vacuum for 3 hours. Solar absorptance and hemispherical emittance of the fabricated absorber are 0.82 and 0.17, respectively, which is comparable to that of commercialized absorbers.

  80. High-efficiency thermophotovoltaic system by quasi-monochromatic thermal radiation

    Asaka Kohiyama, Makoto Shimizu, Hiroaki Kobayashi, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    ASME 2014 8th International Conference on Energy Sustainability, ES 2014 Collocated with the ASME 2014 12th International Conference on Fuel Cell Science, Engineering and Technology　2014年1月1日

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    Copyright © 2014 by ASME. Efficiency of solar-thermophotovoltaic (TPV) systems can be improved by controlling spectral property of thermal radiation to match the photovoltaic (PV) cells spectral response. We developed a spectrally selective emitter which can emit quasi-monochromatic thermal radiation to improve the efficiency of TPV systems. From the evaluation by the detailed-balance model for gallium antimonite (GaSb) TPV cells, the photovoltaic conversion efficiency over 50 % is achievable in the case of the emitter temperature over 1800K and emitter Q-value over 15. The numerical simulation based on Rigorous-Coupled Wave Analysis revealed that the quasi-monochromatic thermal radiation can be obtained by closed-end microcavity structure. A solar-TPV system equipped with a solar-simulator is fabricated to evaluate the effect of spectrally selective emitter. By using GaSb TPV cells and spectrally selective emitter based on dielectric layer coating, photovoltaic conversion efficiency of 26% and total efficiency of 7.7% are obtained at emitter temperature of 1654 K under 384 suns.

  81. A solar thermophotovoltaic generation with a monolithic planar absorber/emitter material

    Hiroaki Kobayashi, Jun Sakai, Asaka Kohiyama, Makoto Shimizu, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    Optics InfoBase Conference Papers　2013年12月1日

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    A planar absorber/emitter in solar thermophotovoltaic system reaches high temperature with a small concentration ratio because of low thermal radiation loss. Using this planar absorber/emitter, the net efficiency is estimated to be 21%. Renewable Energy and the Environment Congress © 2013.

  82. A solar thermophotovoltaic generation with a monolithic planar absorber/emitter material

    Hiroaki Kobayashi, Jun Sakai, Asaka Kohiyama, Makoto Shimizu, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    Optics InfoBase Conference Papers　2013年12月1日

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    A planar absorber/emitter in solar thermophotovoltaic system reaches high temperature with a small concentration ratio because of low thermal radiation loss. Using this planar absorber/emitter, the net efficiency is estimated to be 21%. Renewable Energy and the Environment Congress © 2013.

  83. A solar thermophotovoltaic generation with a monolithic planar absorber/emitter material

    Hiroaki Kobayashi, Jun Sakai, Asaka Kohiyama, Makoto Shimizu, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    Optics InfoBase Conference Papers　2013年12月1日

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    A planar absorber/emitter in solar thermophotovoltaic system reaches high temperature with a small concentration ratio because of low thermal radiation loss. Using this planar absorber/emitter, the net efficiency is estimated to be 21%. Renewable Energy and the Environment Congress © 2013.

  84. Practicable fabrication technology of high-temperature photonic materials for thermophotovoltaic systems 国際会議

    Makoto Shimizu, Hiroaki Kobayashi, Kunihiko Yanagisawa, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    2013 Renewable Energy and the Environment Meeting　2013年11月3日

  85. A Solar Thermophotovoltaic Generation with a Monolithic Planar Absorber/emitter Material 国際会議

    Hiroaki Kobayashi, Jun Sakai, Asaka Kohiyama, Makoto Shimizu, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    2013 Renewable Energy and the Environment Meeting　2013年11月3日

  86. High-temperature solar selective absorbers using transparent conductive oxide coated metal 国際会議

    Makoto Shimizu, Mari Suzuki, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    2013 ISES Solar World Congress　2013年11月3日

  87. High-temperature photonics using self-organization of superalloys for solar selective absorbers 国際会議

    Makoto Shimizu, Kiyotaka Konno, Hiroaki Kobayashi, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    2013 ISES Solar World Congress　2013年11月3日

  88. Spectrally Controlled Thermal Radiation Based on Surface Microstructures for High-Efficiency Solar Thermophotovoltaic System 国際会議

    Asaka Kohiyama, Hiroaki Kobayashi, Makoto Shimizu, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    2013 ISES Solar World Congress　2013年11月3日

  89. Relationship between Electrical Properties and Stress Field in Solid Electrolyte Thin Films 国際会議

    Yohei Osawa, Fumitada Iguchi, Makoto Shimizu, Hiroo Yugami

    13th international symposium on Solid Oxide Fuel Cells (SOFC-XIII)　2013年10月6日

  90. Evaluation of Stress Condition of Operated Anode Supported-Type SOFC under Operating Conditions Based on Raman Scattering Spectroscopy 国際会議

    Shoma Onuki, Syo Onodera, Fumitada Iguchi, Makoto Shimizu, Tatsuya Kawada, Hiroo Yugami

    13th international symposium on Solid Oxide Fuel Cells (SOFC-XIII)　2013年10月6日

  91. Stress Conditions Transition by Thermal Annealing in Barium Zirconate Based Proton Conducting Thin Films Fabricated Using PLD Method 国際会議

    Taro Fukushige, Fumitada Iguchi, Makoto Shimizu, Hiroo Yugami

    13th international symposium on Solid Oxide Fuel Cells (SOFC-XIII)　2013年10月6日

  92. Design and fabrication of micro SOFC for the power source of mobile electric devices 国際会議

    Shoya Murayama, Fumitada Iguchi, Yu Inagaki, Makoto Shimizu, Shuji Tanaka, Hiroo Yugami

    13th international symposium on Solid Oxide Fuel Cells (SOFC-XIII)　2013年10月6日

  93. Ni 基超合金の自己組織化に基づく熱輻射スペクトル制御材料の作製

    清水 信, 今野 晴天, 小林 大晃, 井口 史匡, 湯上 浩雄

    第74回応用物理学会秋季学術講演会　2013年9月16日

  94. 透明導電膜を用いた太陽光選択吸収材料のカットオフ波長制御

    鈴木麻里, 清水信, 井口史匡, 湯上浩雄

    第74回応用物理学会秋季学術講演会　2013年9月16日

  95. Residual Stress and Strain in Thin Films Fabricated Using PLD Method 国際会議

    Fumitada Iguchi, Yohei Osawa, Taro Fukushige, Hiroo Yugami

    19th International Conference on Slid State Ionics (SSI-19)　2013年6月2日

  96. Ni 基超合金の自己組織化による周期的微細構造作製

    清水信, 今野晴天, 小林大晃, 井口史匡, 湯上浩雄

    第60回応用物理学会春季学術講演会　2013年3月27日

  97. 透明導電酸化物膜を用いた太陽光選択吸収材料

    鈴木麻里, 清水信, 井口史匡, 湯上浩雄

    第61回応用物理学会春季学術講演会　2013年3月27日

  98. A solar thermophotovoltaic generation with a monolithic planar absorber/emitter material

    Hiroaki Kobayashi, Jun Sakai, Asaka Kohiyama, Makoto Shimizu, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    Optics InfoBase Conference Papers　2013年1月1日

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    A planar absorber/emitter in solar thermophotovoltaic system reaches high temperature with a small concentration ratio because of low thermal radiation loss. Using this planar absorber/emitter, the net efficiency is estimated to be 21%. Renewable Energy and the Environment Congress © 2013.

  99. Practicable fabrication technology of high-temperature photonic materials for thermophotovoltaic systems

    Makoto Shimizu, Hiroaki Kobayashi, Kunihiko Yanagisawa, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    Optics InfoBase Conference Papers　2013年1月1日

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    The high-temperature photonic materials fabricated by practicable technology is described. The high-temperature photonic material using self-organization of a super-alloys and a monolithic planer absorber/emitter with multi-layer coating is obtained. Renewable Energy and the Environment Congress © 2013.

  100. A solar thermophotovoltaic generation with a monolithic planar absorber/emitter material

    Hiroaki Kobayashi, Jun Sakai, Asaka Kohiyama, Makoto Shimizu, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    Optics InfoBase Conference Papers　2013年1月1日

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    A planar absorber/emitter in solar thermophotovoltaic system reaches high temperature with a small concentration ratio because of low thermal radiation loss. Using this planar absorber/emitter, the net efficiency is estimated to be 21%. Renewable Energy and the Environment Congress. © 2013.

  101. 透明導電酸化物の太陽光選択吸収材料への応用

    清水信, 今野晴天, 井口史匡, 湯上浩雄

    平成24年度日本太陽エネルギー学会・日本風力エネルギー学会・Korea Solar Energy Society合同研究発表会　2012年11月7日

  102. 周期的微細構造を持つ耐熱性合金を用いた太陽光選択吸収材料の作製

    今野晴天, 清水信, 井口史匡, 湯上浩雄

    平成24年度日本太陽エネルギー学会・日本風力エネルギー学会・Korea Solar Energy Society合同研究発表会　2012年11月7日

  103. High-Temperature Solar Selective Absorbers Based on Interface Effects in Refractory Metals Coated with Transparent Conductive Oxides 国際会議

    M. Shimizu, F. Iguchi, H. Yugami

    ASME 2012 6th International Conference on Energy Sustainability & 10th Fuel Cell Science, Engineering and Technology Conference　2012年7月23日

  104. Application Technologies of Spectrally Controlled Thermal Radiation Using Microstructures for Energy Systems 国際会議

    M. Shimizu, F. Iguchi, H. Yugami

    International Workshop on Nano-Micro Thermal Radiation　2012年5月23日

  105. High-temperature solar selective absorbers based on interface effects in refractory metals coated with transparent conductive oxides

    Makoto Shimizu, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    ASME 2012 6th International Conference on Energy Sustainability, ES 2012, Collocated with the ASME 2012 10th International Conference on Fuel Cell Science, Engineering and Technology　2012年1月1日

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    At present, the utilization of thermal energy from sunlight has been widely adopted as the working principle of concentrated solar power (CSP) generation systems. In this research, we suggest a CSP technology based on the properties of transparent conductive oxide (TCO) thin films on metal substrates which is compatible with mass production of solar selective absorbers that can be utilized at high temperatures. Since the plasma wavelength of TCO materials is in the infrared region, electromagnetic waves with wavelengths longer than the plasma wavelength are reflected at the surface, whereas electromagnetic waves with shorter wavelengths pass through the surface layer and reach the substrate. In other words, a TCO thin film behaves as an antireflection film only in the transparency range of TCO coating. This phenomenon is demonstrated through numerical simulations based on rigorous coupled-wave analysis (RCWA). The prepared samples also show favorable spectral selectivity and satisfactory performance as solar selective absorbers, with a solar absorptance of 0.76, a thermal emittance of 0.12 at 800°C and a spectral selectivity of 6.5 at 800°C. Copyright © 2012 by ASME.

  106. 高温フォトニクス材料による太陽エネルギー利用

    湯上浩雄, 清水信, 前神有里子, 井口史匡

    応用物理学会東北支部第66回学術講演会特別シンポジウム　2011年12月3日

  107. High-temperature solar selective absorber material using surface microcavity structures

    Makoto Shimizu, Kimio Takeuchi, Hitoshi Sai, Fumitada Iguchi, Noriko Sata, Hiroo Yugami

    ASME 2011 5th International Conference on Energy Sustainability, ES 2011　2011年12月1日

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    The spectral properties of thermal radiation can be controlled by surface microstructures with feature size in the optical wavelength range. We applied this technology to solar selective absorbers for concentrated solar power (CSP) generation systems. We investigated the spectral properties and thermal stability of two-dimensional periodic microstructures on a tungsten (W) surface to develop solar selective absorbers for high-temperature applications. The developed absorbers exhibited good spectral selectivity and sufficient thermal stability under vacuum. Although we could verified that the microstructured solar selective absorbers improved CSP efficiency, this method cannot be put into practical use because of cost and time, and also because there is currently no technology for fabricating surface gratings on high melting point materials over a large area. Therefore, we used W-Cu alloys to investigate an approach to mass production of surface microcavity structures over a large area. We then confirmed that the absorptivity in the visible light range could be increased by using this simple method. Copyright © 2011 by ASME.

  108. Development of High Temperature Solar Selective Absorber Using Refractory Material with Surface Microstructures 国際会議

    Makoto Shimizu, Kimio Takeuchi, Hitoshi Sai, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami

    8th International Conference on Flow Dynamics　2011年11月9日

  109. 金属-絶縁体相転移物質を用いた環境応答型波長選択性熱輻射の空間熱制御への適用

    清水信, 井口史匡, 湯上浩雄

    2011年秋季 第72回 応用物理学会学術講演会　2011年8月28日

  110. High Temperature Solar Selective Absorber Material Using the Surface Microcavity Structures 国際会議

    M. Shimizu, K. Takeuchi, H. Sai, F. Iguchi, N. Sata, H. Yugami

    ASME 2011 5th International Conference on Energy Sustainability & 9th Fuel Cell Science　2011年8月7日

  111. 波長選択性太陽光吸収材料としての周期的微細構造を持つ耐熱性合金の作製

    今野晴天, 清水信, 井口史匡, 湯上浩雄

    東北支部第47期総会・講演会　2011年3月13日

  112. Application of thermal radiation control by surface gratings to advance cooling system for electronic devices 国際会議

    M. Shimizu, H. Yugami

    7th International Conference on Flow Dynamics　2010年11月

  113. Application of thermal radiation control by surface gratings to energy efficient windows 国際会議

    M. Shimizu, T. Kawano, F. Iguchi, H. Yugami

    Renewable Energy 2010　2010年7月

  114. 電子デバイス冷却への波長選択性熱放射の適用

    清水信, 湯上浩雄

    東北支部第46期総会・講演会　2010年3月12日

  115. 123 電子デバイス冷却への波長選択性熱放射の適用(学生賞IV,一般講演)

    清水 信, 湯上 浩雄

    東北支部総会・講演会 講演論文集　2010年

  116. Application of Spectral Selective Thermal Radiation for Cooling Electronic device Packaged in Resin 国際会議

    M. Shimizu, H. Yugami

    6th International Conference on Flow Dynamics　2009年11月4日

  117. 波長選択性熱放射による樹脂パッケージされた電子デバイスの冷却促進

    清水信, 湯上浩雄

    日本機械学会 2009年度年次大会　2009年9月14日

  118. 熱放射スペクトル制御による樹脂パッケージされた電子デバイスの冷却促進

    清水信, 湯上浩雄

    第56回応用物理学関係連合講演会　2009年3月29日

  119. J0103-4-2 波長選択性熱放射による樹脂パッケージされた電子デバイスの冷却促進(電子情報機器,電子デバイスの強度・信頼性評価と熱制御(4))

    清水 信, 湯上 浩雄

    年次大会　2009年

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    This paper describes the new technique of cooling electronic devices packaged in resin. In recent years, cooling electronic devices becomes very serious problem. To enhance thermal radiation from electronic devices, this problem is improved because 20%-40% of heat is dissipated by radiative heat transfer. We report new technique about cooling electronic devices to control radiative spectra from its surface. Resin which packages an electronic device prevents radiation from going outside air. We consider that radiation from electronic devices transmits resin to control radiative spectra. As a result, cooling performance improved. A spectral selective emitter which consists of periodical micron meter scale two-dimensional grating on metal surface can control radiative spectra. In this research, we decide an optimal selective emitter design from simulation and fabricated it by micro-machining technology. Finally, the fact that using spectral selective emitter enhanced cooling performance is obtained from cooling performance test.

  120. 波長選択性熱放射によるパッケージされた電子デバイスからの排熱促進

    清水信, 湯上浩雄, 吉岡文孝, 豊永隆

    第69回応用物理学会学術講演会　2008年9月4日

  121. 光レクテナのための酸素不定比性制御に基づくホモ界面MIIMダイオード(II)

    松浦大輔, 清水信, 湯上浩雄

    第67回応用物理学会春季学術講演会

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産業財産権 4

  1. 宇宙用放熱素子及びその設計方法と製造方法

    佐々木 浩司, 高田 昭夫, 松野 雄介, 安藤 麻紀子, 田中 洸輔, 矢部 高宏, 湯上 浩雄, 清水 信

    産業財産権の種類: 特許権

  2. ナノインプリント方法によるアルミニウムシートからなる波長選択性熱放射材料の製造方法

    湯上 浩雄, 清水 信, 豊永 隆, 木村 直史, 吉岡 文孝

    産業財産権の種類: 特許権

  3. 熱吸収材及びその製造方法

    山田 隆俊, 高田 昭夫, 湯上 浩雄, 井口 史匡, 清水 信

    特許第6224345号

    産業財産権の種類: 特許権

  4. 波長選択性熱放射または熱吸収材料の製造方法

    湯上 浩雄, 井口 史匡, 清水 信

    特許第5725658号

    産業財産権の種類: 特許権

共同研究・競争的資金等の研究課題 16

  1. コヒーレント近接場熱放射誘起共鳴電場振動の一方向抽出による革新的熱発電

    清水 信, LIU ZHEN

    2024年4月1日 ～ 2028年3月31日

  2. 熱光化学反応による先進的水素生成技術の創製

    湯上 浩雄, 清水 信

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関：Tohoku University

    2023年4月1日 ～ 2026年3月31日

  3. 光波発電を用いた赤外光エネルギー利用

    清水信

    2020年10月 ～ 2025年9月

  4. 再結晶強化組織とイオン注入組織安定化による「再結晶脆化しない」超耐熱金属の新創生

    野上 修平, 能登 裕之, 清水 信

    2022年6月30日 ～ 2025年3月31日

  5. シリコン太陽電池を用いた中小規模廃棄物焼却炉における熱発電技術

    清水信

    2024年4月 ～ 2025年3月

  6. 熱輻射定在波によるプラズモン誘起電荷分離を用いたメタン改質水素生成反応促進

    湯上 浩雄, 清水 信

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

    研究機関：Tohoku University

    2021年7月9日 ～ 2024年3月31日

  7. 固体イオン導電体における結晶学的力学因子の解明

    井口 史匡, 清水 信

    2021年4月1日 ～ 2024年3月31日

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    申請者の異動に伴い2021年度は東北大と日本大学で分かれて研究を遂行せざる負えなくなり，研究の実施計画を変更し研究を行った。実施計画は既有装置の改良と力学因子の測定であり大きく3つに分けた。1つ目はレーザドップラー計を購入，in-situでひずみと導電率が同時計測可能な装置へのアップグレードとそれによる酸化物イオン導電体の力学因子の評価，2つ目は二軸で弾性波を導入可能となるよう弾性波を用いた実験装置の改良，3つ目はガーネット型，ペロブスカイト型，リン酸型等のリチウムイオン導電体に対して既有の装置を用いた力学因子の評価であった。 レーザドップラー振動計を用いたひずみの計測は既有の装置に追加しただけでは，振動変位に導波管の軸方向振動に加え，軸に垂直方向の大きな振動変位が加わり正確な評価が行えず，装置に用いた導波管の交換を余儀なくされたが最終的には，軸方向の弾性波により物質に加わるひずみのin-situ評価が行えるようになり，酸化物イオン導電体でのひずみ，導電率の同時計測を行うことができ力学因子の評価を行うことができた。また，2つ目の二軸で弾性波を導入する装置へのアップグレードについては導入される二軸ひずみの正確な評価には二軸に加え斜め方向の三軸のひずみを評価する必要があったため，今年度はそれを考慮したアップグレード方法の検討までを行った。 In-situ計測，二軸導入の双方について問題が生じ，その解決に時間を要したため3つ目のリチウムイオン導電体の力学因子の評価は弾性波では行わず，粉体プレスを用いた等方圧を用いた行った。ガーネット型，ペロブスカイト型，リン酸型の異なる結晶構造を持つ3種において最大250MPaの等方圧を印加し導電率を計測した結果，導電率の変化率は導電体毎に異なり，さらに結晶構造と導電経路の双方と関連があることが明らかになった。

  8. 近距離秩序を有する自己組織化ナノ構造を用いた大面積メタサーフェスの実現

    清水 信

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関：Tohoku University

    2021年4月1日 ～ 2024年3月31日

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    従来の人工構造表面（メタサーフェス）による熱輻射スペクトル制御技術では構造の周期性、均一性が制御特性に大きく関与するため、大面積作製プロセスにおいて発生する構造欠陥によって熱輻射スペクトル制御性能が大きく低下してしまうという課題があった。これに対し本研究ではアモルファス配列ナノ構造を用いた大面積メタサーフェスの実現を目的とする。短距離秩序のみ非周期構造では電子と同様に光子のアンダーソン局在が生じ、非周期でもフォトニックバンドギャップが形成するといった特異な光学特性の発現が知られている。これらの現象に基づくスペクトル特性は本質的に構造欠陥の影響を受けにくいと考えられる。申請者はスピノーダル分解に基づくアモルファス配列構造作製技術を報告しており、本研究では構造パラメータが制御特性へ与える影響を明らかにし、非周期構造でも高いスペクトル制御性を有する技術を確立する。これにより、高いスペクトル制御特性を有するメタサーフェス大面積化技術を実現し、微細構造を用いたスペクトル制御技術の実用化を目指す。 本年度はNi基超合金のスピノーダル分解に起因するアモルファス配列構造において配列性の熱処理条件等による制御性を評価し、溶体化処理後の冷却速度によって配列の制御が可能であることを見出した。また、配列の変化によりスペクトル制御性も変化することを明らかにした。さらに、数値シミュレーションを用いたバンド解析を行い、アモルファス配列構造作製後のSEM像からフォトニックバンド構造の解析を行った。

  9. 熱光起電力発電を用いた廃棄物発電技術の開発

    山田裕史, 掃部宏文, 湯上浩雄, 清水信

    2018年4月 ～ 2021年1月

  10. シリカエアロゲル多層膜フォトニック構造を用いた超断熱スペクトル制御

    清水 信

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

    研究種目：Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

    研究機関：Tohoku University

    2018年4月1日 ～ 2020年3月31日

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    本研究では太陽エネルギーなど熱ふく射光の高効率変換技術を実現するために重要な高温における熱輻射スペクトル制御技術の開発を目的としてシリカエアロゲルを用いた多層膜フォトニック構造を実現することによる新しい熱伝達制御技術の確立を目指している。 平成30年度は光学シミュレーションを用いた高屈折率膜の材料選定および膜厚最適化を進めると共に、多層膜フォトニック構造の実現のために重要となる数百nmオーダーのシリカエアロゲル薄膜の作製を目標として研究を実施した。多層膜フォトニック構造を用いることでフォトニックバンドギャップにおいて輻射熱伝達をほぼゼロにすることができる。フォトニックバンドギャップ帯域は構成される材料の屈折率差に依存するため、低屈折材料であるシリカエアロゲルの相手材料はできる限り高屈折率である必要がある。シリコンおよびβ-鉄シリサイドを試した結果シリコンを用いた場合に広帯域なフォトニックバンドギャップが得られ、良好な熱輻射スペクトル制御が可能であることがわかった。これは高い屈折率の実部と低い屈折率の虚部を有することに起因している。 シリカエアロゲルはシリケートの架橋構造を含むゲルを超臨界乾燥させ作製した。TEOSをアルコール溶媒中に分散させ、触媒を入れることで架橋が開始しゲル粘度が上昇する。ゲル粘度を調整して気泡密度および膜厚を最適化し、目的の膜厚を有するシリカエアロゲル薄膜を作製することができた。更に作製したシリカエアロゲル上にスパッタでシリコン薄膜を形成した後、もう１層のシリカエアロゲル薄膜層の形成を行った。作製試料は想定通りのフォトニックバンドギャップを示しており、本研究で目的とするシリカエアロゲル多層膜フォトニック構造の実現に大きく近づくことができたと考えている。

  11. ふく射スペクトル制御型熱ダイオードを用いた高効率ソーラー熱光起電力発電

    湯上 浩雄, 金森 義明, 清水 信, 井口 史匡

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関：Tohoku University

    2016年4月1日 ～ 2019年3月31日

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    ソーラー熱光起電力発電は単接合セルで多接合セル並みの高効率発電が期待でき、蓄熱システムとの親和性が高いことから次世代太陽エネルギー変換技術として期待されている技術である。本研究の成果である熱輻射スペクトル制御に基づく熱ダイオード技術は入力した太陽光を非常に高い効率で光起電力セルまで導くための重要な技術である。本研究開発によって実験的にGaSbセルを用いたシステムとしては世界最高効率である変換効率5.6%を達成し、変換効率20％以上が期待できるシステムを構築することができた。

  12. 太陽光の準単色化によるレクテナソーラーセルの高効率化

    湯上 浩雄, 金森 義明, 清水 信, 井口 史匡

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    研究機関：Tohoku University

    2015年4月1日 ～ 2018年3月31日

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    電磁波のエネルギーを電力へ直接変換可能なレクテナシステムにおいてマイクロ波領域ではこれまでに９０%以上の変換効率が実現されている。同様の原理で太陽光を直接変換するレクテナソーラーセルに関する研究が近年盛んに行われているが、未だ原理検証段階に留まっている。本研究ではレクテナを用いた太陽エネルギー変換技術の実現を目指し、微小共振器構造を用いることで太陽光を準単色化する方法を開発した。加えて近赤外―可視光域(>100THz)の光に応答可能なダイオードが金属―絶縁体―金属(MIM)トンネルダイオードに幾何学的電場集中効果を応用することで実現できることを解析的に示した。

  13. 樹脂窓領域を利用した電子デバイスの波長選択熱放射冷却

    清水信

    2016年10月 ～ 2017年9月

  14. 高温フォトニクスを用いた高度太陽エネルギー利用

    湯上浩雄、井口史匡、清水信

    2011年10月 ～ 2017年3月

  15. 熱放射スペクトル制御素子の高温時赤外放射抑制による高性能エネルギーデバイスの実現

    清水 信

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

    研究種目：Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

    研究機関：Tohoku University

    2014年4月1日 ～ 2016年3月31日

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    本研究は高温下における熱ふく射スペクトル制御デバイスの特に赤外域の放射率に着目し、高温下においても高い波長選択放射性能を持つデバイス作製を目的に研究を行った。具体的な成果としては主に以下の4点である。 (1) 高融点金属材料における高温での酸化状態等を考慮した熱ふく射スペクトル制御デバイスのための基本的知見の体系化、(2) Ni基超合金における波長選択性能低下抑制メカニズム解明、(3) Ni基超合金における知見に基づいた、より高い波長選択性を有する金属―誘電体多層膜構造において詳細特性解明および実性能の検証、(4)金属―誘電体多層膜構造において高い熱安定性能を有することを明らかにした。

  16. 耐熱超合金の自己組織化によるバルク3次元フォトニック結晶創製

    清水 信

    2011年 ～ 2012年

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    本研究の目的はエネルギーシステムの高効率化を目的とした熱輻射スペクトル制御デバイスのためのバルク耐熱金属における周期的微細構造大面積作製技術の確立である。耐熱金属は加工が難しく、既存の微細構造作製技術では大面積作製が難しい。それに代用し得る大面積作製技術として、本研究では金属の自己組織化を用いたバルク3次元フォトニック結晶の作製に関する基盤技術に関して研究を行ってきた。 最終年度の研究計画は組織形態のコントロールによる3次元構造の作製および研究成果のまとめとなる学位論文の執筆である。3次元構造作製のためには深さ方向へのエッチングと構造不均一性の解消という二つの課題を解決する必要があった。深さ方向へエッチングを進めるためには異方性エッチングが必要であり、今回はウェットエッチングとFAB加工を組み合わせてエッチングを行った。具体的にはウェットエッチングで表面に2次元周期的微細構造を作製した後、FAB加工によって構造の床部分をエッチングし、さらに2層目をウェットエッチングするという方法で加工を行った。その結果、表層だけではなく、2層目以降も選択的にエッチングが可能であることが示唆された。この加工を精度良く行うためには分離組織の均一性が重要であると考えられる。自己組織化による2層分離組織を利用するため、半導体作製プロセス等によって作製された構造と比較すると、構造サイズ、分布のばらつきが生じてしまうが、数値計算によりそれらの標準偏差を求め、熱処理条件を変化させることで均一化を行った。その結果、時効熱処理を2回行うことで構造サイズの不均一性が抑制され理論値と同等のものが得られるという結果が示唆された。以上、得られた結果はバルク金属3次元フォトニック結晶作製法の基盤技術として重要な成果である。この技術を用いることでエネルギーシステムの高効率化に向けた多様な熱輸送の制御方法が達成できると考えている。

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