利用古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网材料实现高效能源设备并解决区域和全球问题
通过古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网级电路设计释放光的新特性
随着古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网技术的快速进步，古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网材料的结构和尺寸所带来的压倒性的高性能电子和光学特性不断被发现。在古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网材料中，碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管、石墨烯等古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网碳材料是古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网技术领域最受关注的材料之一。除了相对于其尺寸具有较大的表面积外，它还被证明具有远远超过现有材料的导电性、导热性、机械强度等，有望用作电子、光学和能源材料。
Hiroshi Furuta教授一直致力于控制碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管等古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网材料的结构，使其在染料敏化太阳能电池电极、散热材料和电子发射源材料等能源器件中得到应用。我们特别关注的是“超材料”原理在光学领域的应用。
（碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管，一种由石墨烯古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网尺寸同心圆柱体制成的碳结构）
超材料是一种人造结构，如电极，其设计尺寸大于原子和分子但小于电磁波，具有普通材料无法实现的物理特性和功能。碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管具有优异的电学和光学性能，被视为有前途的超材料材料，使这种“微观光学器件”成为可能。
碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管如此有前途的因素之一是它们具有“自组织生长过程”。传统上，为了制造古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网级物品，采用了自上而下的过程，即缩小大型物品的尺寸以制造更小的物品。然而，随着这个过程的尺寸达到其下限，人们的注意力开始转向自下而上的过程，即通过自排列和自组织原子导出功能形式和物理特性。换句话说，需要一种能够基于精确电路设计自发组装复杂结构的技术，而不需要依赖加工等人工操作。
碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管具有单个古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管自发形成结构并通过自下而上的过程生长的特性，使得可以使用简单的过程创建超材料应用所必需的精细和复杂的结构。
``碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管是由圆柱形石墨烯片制成的长度可控制且具有古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网级直径的电线。通过向类似于种植在硅基板上的种子的催化剂细颗粒提供原料气体，碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管可以像植物一样生长。可以通过自下而上的过程以自组织的方式形成布线，并且将来可能可以形成古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网级的电路布线图案。”
（通过调节合成时间精确控制高度的碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管的SEM（扫描电子显微镜）图像以及学生组装的碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管合成装置）
（由碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管制成的超材料电极的内部结构。通过精确的电路设计提高了光吸收功能[1]）
[1] A Pander、K Takano、A Hatta、M Nakajima、H Furuta，Optics Express，28(1) (2020)，第 606-625 页。
“在传统上以化学和力学知识为基础的古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网材料领域，我们的优势在于我们可以通过电路设计来展现光学特性。在能源资源稀缺的情况下，我们传统上使用稀有元素来展现特定的特性。但是，通过设计电路，可以创建一个吸收和利用特定类型的光的系统，同时对环境的影响较小。这 这确实是一个范式转变，我们非常高兴能够设计材料的特性。
对于能源资源匮乏的日本来说，能够利用电路设计来发挥材料的新特性是极其重要的。
人类擅长电路设计，但大规模创建它存在局限性。古田教授说：“为了大规模地创造古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网尺寸的结构并表达它们的功能，我们需要向大自然学习。”自组织图案形成的现象在自然界中随处可见。
``例如，蜗牛壳的表面就是一个这样的例子。在电子显微镜下观察，表面具有古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网级的凹凸不平，具有高度的清洁功能。此外，自然界中通过各种自组织现象形成功能结构，例如美丽的雪花和晶体。我们从头开始设计和制造古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网级材料。我们现在正在利用碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管的自组织生长过程来创建模仿自然自组织特性的结构，创造出一种可以吸收和反射光并相应改变颜色的新型超材料。 ”
古田教授成功设计了一种古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网级电极自组织的电路。这样，古田教授的研究的独特之处在于，它的目标是向自然学习的光学工程，利用古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网级电路设计和自然自组织图案形成来带出光的新特性。
提出全球首个将碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管森林应用于超材料的概念
垂直于基材表面沿同一方向排列的大量碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管被称为“碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管森林”，因为它看起来像许多树木排列的森林。碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管森林在光吸收方面具有其他任何地方都找不到的优异光学特性。
2013年，Furuta教授的研究小组重点研究了一种在碳膜下自组织低密度碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管森林的结构，成功控制了该结构的厚度，并首次发现了其优异的光学性能。由于其结构类似于自然界中存在的霜柱，因此被命名为“霜柱状碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管森林”。
我们还演示了一种“鱼网型”超材料的制作，其中在霜柱状碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管森林的碳膜表面上有规则地钻出细孔。光吸收率的评价结果表明，加工成鱼网状的霜柱状碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管林增加了光吸收率[2]。
“令我惊讶的是，当我在碳膜上打一个小孔时，光不是让光穿过它，而是被吸收了。当光穿过小孔时，电流产生漩涡并吸收能量。我们已经在古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网尺度上实现了这种类似天线的结构。经过多次实验和模拟，我们即将实现一种吸收能量的超材料 光。”
具有独特中空结构和鱼网状图案的“霜柱状碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管森林超材料”的实现有望扩大碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管的设计范围，并在高精度光探测和光学滤波器等新型光学器件中找到应用。这项研究成果作为世界上第一个将碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管应用于超材料的概念“碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管森林超材料”而受到关注。
碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管森林超材料是一个令人兴奋的融合领域，通过电路设计可以控制和创造前所未有的物理特性。通过自排列碳（一种常见的古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网级电极材料），可以存储能量并将以前被丢弃的红外线等光回收为电。
古田教授还发现霜冻柱状碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管森林类似于变色龙皮肤表面的结构，并试图将其与新特性的表达联系起来。
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(左为霜柱状，右为常规碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管森林[2])
[2] H Miyaji、A Pander、K Takano、H Kohno、A Hatta、M Nakajima、H Furuta、Dia。相对。马特。 83（2018）第196-203页。
我想帮助解决世界各地的能源问题，特别是农村地区和发展中国家
作为碳纳米管应用研究的一部分，古田教授与一家古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网合作开发了一种电子发射器，该电子发射器利用碳纳米管尖端的锋利性和化学稳定性，并拥有世界上最长的6年稳定记录。各行各业都在关注这项技术，我们目前正在探索如何利用它作为一种不会陷入价格竞争的特殊场发射源。
古田教授通过从基础研究到应用开发的各个方面展示了碳古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网管的潜力。您想通过这项研究实现什么样的未来？对于这个问题，他强调说，“我想用古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网材料来解决地球的能源问题。”这是我的最终目标。''
他们致力于通过将古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网材料应用于高效能源和通信设备来解决世界能源问题这一大主题，旨在开发对环境影响较小的低成本能源设备，这将有助于解决能源问题，特别是在农村地区和发展中国家。
``在不久的将来，我们将看到从一次性生产大量能源并将其分配到各个地点的社会转变为个人可以古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网自己能源的能源去中心化社会。通过允许个人创造和存储尽可能多的能源，每个家庭将能够产生其所需的能源量。我们需要一种小型的能源装置，能够将能量转化为能量。纳米材料具有很大的表面积，因此可以轻松储存能量并有效地将光转化为能量。我们有信心能够使用纳米材料开发个人和家庭规模的能源设备。”
高知县人口迅速老龄化，出生率下降，并有许多边缘村庄，有潜力走在能源分布式社会的最前沿。古田教授利用古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网技术，从当地的能源问题出发，深入研究解决世界的能源问题。
发布日期：2020 年 4 月 1 日
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