JP2013254940A - Photothermal conversion element and method of manufacturing the same, photothermal power generation device, and method of detecting material to be detected - Google Patents

Photothermal conversion element and method of manufacturing the same, photothermal power generation device, and method of detecting material to be detected Download PDF

Info

Publication number
JP2013254940A
JP2013254940A JP2013096817A JP2013096817A JP2013254940A JP 2013254940 A JP2013254940 A JP 2013254940A JP 2013096817 A JP2013096817 A JP 2013096817A JP 2013096817 A JP2013096817 A JP 2013096817A JP 2013254940 A JP2013254940 A JP 2013254940A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
conversion element
photothermal conversion
metal nanoparticle
photothermal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2013096817A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6370532B2 (en
Inventor
Takuya Iida
琢也 飯田
Shiho Tokonami
志保 床波
Atsuko Kosuge
厚子 小菅
Yojiro Yamamoto
陽二郎 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osaka University NUC
Osaka Prefecture University
Original Assignee
Osaka University NUC
Osaka Prefecture University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osaka University NUC, Osaka Prefecture University filed Critical Osaka University NUC
Priority to JP2013096817A priority Critical patent/JP6370532B2/en
Publication of JP2013254940A publication Critical patent/JP2013254940A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6370532B2 publication Critical patent/JP6370532B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14Combined heat and power generation [CHP]

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photothermal conversion element having high photothermal conversion efficiency and a method of manufacturing the same, a photothermal power generation device, and a method of detecting a material to be detected.SOLUTION: A photothermal conversion element 1 includes metal nanoparticle stacked structures 10 and substrates 2 and 3. The metal nanoparticle stacked structures 10 are fixed to a surface of the substrate 2. The metal nanoparticle stacked structures 10 are fixed to the substrate 2 by coating the substrate 2 with a dispersion liquid in which the metal nanoparticle stacked structures 10 are dispersed and then drying the substrate 2. The photothermal conversion element 1 is formed by putting the substrate 3 on teh substrate 2. Light transmitted through at least one of the substrates 2 and 3 causes localized surface plasmon resonance of the metal nanoparticle stack structures 10, which generate heat. A photothermal power generation device comprises the photothermal conversion element 1 and a photothermal conversion part. A material to be detected can be detected by solidifying or melting a thermally solidifying material or thermally melting material in the dispersion liquid as the material to be detected with the heat generated through the light irradiation.

Description

本発明は光熱変換素子およびその製造方法、光熱発電装置ならびに被検出物質の検出方法に関する。特に本発明は、金属ナノ粒子集積構造体を含む光熱変換素子およびその製造方法、その光熱変換素子を備える光熱発電装置、ならびに光熱変換素子の製造方法を利用した被検出物質の検出方法に関する。   The present invention relates to a photothermal conversion element, a manufacturing method thereof, a photothermal power generation apparatus, and a detection method of a substance to be detected. In particular, the present invention relates to a photothermal conversion element including a metal nanoparticle integrated structure, a method for manufacturing the photothermal conversion element, a photothermal power generation apparatus including the photothermal conversion element, and a method for detecting a target substance using the method for manufacturing the photothermal conversion element.

近年、太陽光を熱に変換して、その熱を利用する熱電発電が注目されている。たとえば特許文献1(特開2003−332607号公報)は、熱光起電力発電システム(TPV発電システム)と、その発電システムに用いられる波長選択性太陽光吸収材料と、その太陽光吸収材料の製造方法とを開示する。   In recent years, thermoelectric power generation that converts sunlight into heat and uses the heat has attracted attention. For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-332607) discloses a thermophotovoltaic power generation system (TPV power generation system), a wavelength-selective solar absorption material used in the power generation system, and manufacture of the solar absorption material. A method is disclosed.

特許文献1に記載された波長選択性太陽光吸収材料は、耐熱性基板(たとえばタングステン基板)からなる。耐熱性基板の入射面は、二次元配列されて周期的な表面微細凹凸パターンを形成する多数のキャビティを有する。キャビティは、太陽光の特定波長と実質的に同じ長さの開口径および所定の深さに形成されて、所定のスペクトル拡散反射率、スペクトル吸収率、スペクトル放射率を備える。   The wavelength-selective solar light absorbing material described in Patent Document 1 is made of a heat-resistant substrate (for example, a tungsten substrate). The incident surface of the heat resistant substrate has a number of cavities that are two-dimensionally arranged to form a periodic surface fine unevenness pattern. The cavity is formed to have an opening diameter and a predetermined depth substantially the same as the specific wavelength of sunlight, and has a predetermined spectral diffuse reflectance, spectral absorptance, and spectral emissivity.

特許文献1に記載された波長選択性太陽光吸収材料は、以下の工程を経て作成される。まず、金属アルミニウムシートが陽極酸化される。そして所定のエッチング法を用いて陽極酸化シートが処理される。これにより、規則的に配列された多数の孔を有するアルミナ膜からなるマスクが得られる。次に、そのアルミナ膜マスクが耐熱性基板(たとえばタングステン基板)の上に載置される。SFガスを用いた高速原子線(FAB)エッチング法によって、その耐熱性基板の表面には、二次元配列された周期的な表面微細凹凸パターンが転写および形成される。続いて、基板からアルミナ膜マスクが除去される。この結果、太陽光の波長と実質的に同じ長さの開口径をもつキャビティが基板の表面において周期的に二次元配列された構造が得られる。 The wavelength selective solar light absorbing material described in Patent Document 1 is prepared through the following steps. First, a metal aluminum sheet is anodized. Then, the anodized sheet is processed using a predetermined etching method. As a result, a mask made of an alumina film having a large number of regularly arranged holes is obtained. Next, the alumina film mask is placed on a heat resistant substrate (for example, a tungsten substrate). By a fast atomic beam (FAB) etching method using SF 6 gas, a periodic surface fine uneven pattern arranged two-dimensionally is transferred and formed on the surface of the heat resistant substrate. Subsequently, the alumina film mask is removed from the substrate. As a result, a structure is obtained in which cavities having an opening diameter substantially the same as the wavelength of sunlight are periodically two-dimensionally arranged on the surface of the substrate.

特開2003−332607号公報JP 2003-332607 A

特許文献1に記載された製造方法は複雑な処理を含む。コストの観点から、より簡易な製造方法によって光熱変換素子を製造できることが要望される。   The manufacturing method described in Patent Document 1 includes complicated processing. From the viewpoint of cost, it is desired that the photothermal conversion element can be manufactured by a simpler manufacturing method.

さらに、光熱変換素子の有用性を高めるために、より高い光熱変換効率を達成できる光熱変換素子が要望される。   Furthermore, in order to increase the usefulness of the photothermal conversion element, a photothermal conversion element that can achieve higher photothermal conversion efficiency is desired.

本発明の目的は、高い光熱変換効率を有する光熱変換素子およびその製造方法、その光熱変換素子を利用した光熱発電装置、ならびに光熱変換素子の製造方法を利用した被検出物質の検出方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a photothermal conversion element having high photothermal conversion efficiency, a method for manufacturing the photothermal conversion element, a photothermal power generation apparatus using the photothermal conversion element, and a method for detecting a substance to be detected using the method for manufacturing the photothermal conversion element. That is.

本発明のある局面に従う光熱変換素子は、複数の金属ナノ粒子が集積されることによって各々が形成された、複数の金属ナノ粒子集積構造体と、複数の金属ナノ粒子集積構造体が固定された固定面を有する第1の基板とを備える。   A photothermal conversion element according to an aspect of the present invention includes a plurality of metal nanoparticle assembly structures each formed by integrating a plurality of metal nanoparticles, and a plurality of metal nanoparticle assembly structures fixed. A first substrate having a fixed surface.

好ましくは、光熱変換素子に用いる複数の金属ナノ粒子集積構造体の各々は、複数の金属ナノ粒子が固定された表面を有する基材粒子(ビーズ)を含む。好ましくは、金属ナノ粒子集積構造体は、複数の金属ナノ粒子が相互作用部位を介してビーズの表面に固定され、互いに隙間を設けて、金属ナノ粒子の直径以下の間隔で配置された構造体である。相互作用部位とは、たとえば化学結合、ファンデルワールス力、静電的相互作用、疎水性相互作用、および吸着力を発生する部位である。たとえば金属ナノ粒子が金ナノ粒子である場合には、金と相互作用し得る部位(基)としては、たとえばチオール基が挙げられるがこれに限定されるものではない。   Preferably, each of the plurality of metal nanoparticle integrated structures used for the photothermal conversion element includes base particles (beads) having a surface on which the plurality of metal nanoparticles are fixed. Preferably, the metal nanoparticle assembly structure is a structure in which a plurality of metal nanoparticles are fixed to the surface of the bead via an interaction site, and a gap is provided between each metal nanoparticle, and the metal nanoparticles are arranged at intervals equal to or smaller than the diameter of the metal nanoparticles. It is. The interaction site is, for example, a site that generates a chemical bond, van der Waals force, electrostatic interaction, hydrophobic interaction, and adsorption force. For example, when the metal nanoparticle is a gold nanoparticle, examples of the site (group) that can interact with gold include, but are not limited to, a thiol group.

以下では、特に基材粒子(ビーズ)を用いた金属ナノ粒子集積構造体を、金属ナノ粒子固定化ビーズと称する。好ましくは、基材粒子(ビーズ)は、アクリル樹脂である。   Hereinafter, a metal nanoparticle integrated structure using base particles (beads) in particular is referred to as metal nanoparticle-immobilized beads. Preferably, the base particle (bead) is an acrylic resin.

好ましくは、複数の金属ナノ粒子集積構造体の各々を形成する金属ナノ粒子は、金ナノ粒子または銀ナノ粒子である。以下では、特に、金ナノ粒子を用いた金属ナノ粒子固定化ビーズを金ナノ粒子固定化ビーズと称し、銀ナノ粒子を用いた金属ナノ粒子固定化ビーズを銀ナノ粒子固定化ビーズと称する。   Preferably, the metal nanoparticles forming each of the plurality of metal nanoparticle assembly structures are gold nanoparticles or silver nanoparticles. Hereinafter, in particular, metal nanoparticle-immobilized beads using gold nanoparticles are referred to as gold nanoparticle-immobilized beads, and metal nanoparticle-immobilized beads using silver nanoparticles are referred to as silver nanoparticle-immobilized beads.

好ましくは、第1の基板の固定面は、複数の金属ナノ粒子集積構造体のうちの少なくとも2個以上がビーズの直径より近い距離に存在する、密集した領域を形成する。   Preferably, the fixing surface of the first substrate forms a dense region where at least two of the plurality of metal nanoparticle assembly structures are present at a distance closer than the diameter of the beads.

好ましくは、第1の基板の固定面は、疎水性を有する。
好ましくは、第1の基板は、固定面に透明電極が形成された樹脂フィルムである。
Preferably, the fixing surface of the first substrate has hydrophobicity.
Preferably, the first substrate is a resin film having a transparent electrode formed on a fixed surface.

好ましくは、光熱変換素子は、第1の基板とともに複数の金属ナノ粒子集積構造体を挟むように配置された、第2の基板をさらに備える。第1および第2の基板のうち少なくとも一方は、複数の金属ナノ粒子の表面に局在表面プラズモン共鳴を生じさせる光に対して光透過性を有する。   Preferably, the photothermal conversion element further includes a second substrate disposed so as to sandwich the plurality of metal nanoparticle integrated structures together with the first substrate. At least one of the first and second substrates is light transmissive to light that causes localized surface plasmon resonance on the surfaces of the plurality of metal nanoparticles.

好ましくは、光熱変換素子は、第1の基板と第2の基板との間に、複数の金属ナノ粒子集積構造体の複数の層が形成されている。   Preferably, in the photothermal conversion element, a plurality of layers of a plurality of metal nanoparticle integrated structures are formed between the first substrate and the second substrate.

本発明の他の局面に従う光熱変換素子の製造方法は、複数の金属ナノ粒子が集積されることにより各々が形成された複数の金属ナノ粒子集積構造体が分散した分散液を準備するステップと、第1の基板を準備するステップと、第1の基板の固定面に分散液を塗布するステップと、第1の基板の固定面に金属ナノ粒子集積構造体を固定するステップとを備える。   A method for producing a photothermal conversion element according to another aspect of the present invention includes a step of preparing a dispersion liquid in which a plurality of metal nanoparticle assembly structures each formed by integrating a plurality of metal nanoparticles are dispersed; Preparing a first substrate, applying a dispersion liquid to the fixed surface of the first substrate, and fixing the metal nanoparticle integrated structure to the fixed surface of the first substrate.

好ましくは、第1の基板の固定面は、疎水性を有する。分散液を塗布するステップにおいて、分散液を第1の基板の固定面に滴下する。   Preferably, the fixing surface of the first substrate has hydrophobicity. In the step of applying the dispersion, the dispersion is dropped onto the fixed surface of the first substrate.

好ましくは、金属ナノ粒子集積構造体を固定するステップにおいて、分散液を自然蒸発させる。あるいは分散液をホットプレートやヒーター等で温めながら乾燥させても良い。   Preferably, in the step of fixing the metal nanoparticle integrated structure, the dispersion is naturally evaporated. Alternatively, the dispersion may be dried while being warmed with a hot plate or a heater.

好ましくは、第1の基板を準備するステップにおいて、その一方の表面に透明電極が形成された樹脂フィルムを第1の基板として準備する。第1の基板の固定面は、透明電極が形成された樹脂フィルムの表面である。   Preferably, in the step of preparing the first substrate, a resin film having a transparent electrode formed on one surface thereof is prepared as the first substrate. The fixed surface of the first substrate is the surface of the resin film on which the transparent electrode is formed.

好ましくは、金属ナノ粒子集積構造体を固定するステップにおいて、分散液にレーザ光を照射して金属ナノ粒子集積構造体を集積させる。   Preferably, in the step of fixing the metal nanoparticle assembly structure, the metal nanoparticle assembly structure is integrated by irradiating the dispersion with laser light.

好ましくは、分散液は、熱凝固性材料を含む。金属ナノ粒子集積構造体を固定するステップにおいて、分散液にレーザ光を照射して熱凝固性材料を凝固させる。   Preferably, the dispersion contains a thermosettable material. In the step of fixing the metal nanoparticle assembly structure, the dispersion liquid is irradiated with a laser beam to solidify the thermosetting material.

好ましくは、分散液は、熱溶解性材料を熱的に溶解させた液体である。金属ナノ粒子集積構造体を固定するステップにおいて、分散液にレーザ光を照射して金属ナノ粒子集積構造体を集積させて、熱溶解性材料を冷却または凝固する。   Preferably, the dispersion is a liquid in which a heat-soluble material is thermally dissolved. In the step of fixing the metal nanoparticle assembly structure, the dispersion liquid is irradiated with laser light to accumulate the metal nanoparticle assembly structure, and the thermally soluble material is cooled or solidified.

好ましくは、光熱変換素子の製造方法は、金属ナノ粒子集積構造体を含む熱凝固性材料にレーザ光を照射して、熱凝固性材料の形状を加工するステップをさらに備える。   Preferably, the method for manufacturing a photothermal conversion element further includes a step of irradiating the heat solidifiable material including the metal nanoparticle integrated structure with laser light to process the shape of the heat solidifiable material.

好ましくは、光熱変換素子の製造方法は、金属ナノ粒子固定化ビーズを含む熱溶解性材料にレーザ光を照射して、熱溶解性材料の形状を加工するステップをさらに備える。   Preferably, the method for manufacturing a photothermal conversion element further includes a step of irradiating the heat-soluble material including the metal nanoparticle-immobilized beads with laser light to process the shape of the heat-soluble material.

好ましくは、光熱変換素子の製造方法は、複数の金属ナノ粒子集積構造体が第1の基板および第2の基板によって挟まれるように、第2の基板を第1の基板に重ねるステップをさらに備える。第1および第2の基板のうち少なくとも一方は、複数の金属ナノ粒子の表面に局在表面プラズモン共鳴を生じさせる光に対して光透過性を有する。   Preferably, the manufacturing method of the photothermal conversion element further includes a step of superimposing the second substrate on the first substrate so that the plurality of metal nanoparticle integrated structures are sandwiched between the first substrate and the second substrate. . At least one of the first and second substrates is light transmissive to light that causes localized surface plasmon resonance on the surfaces of the plurality of metal nanoparticles.

好ましくは、光熱変換素子の製造方法は、第2の基板を第1の基板に重ねるステップに先立って、第2の基板の固定面に金属ナノ粒子集積構造体を固定するステップをさらに備える。第2の基板を第1の基板に重ねるステップにおいて、第1の基板と第2の基板とで固定面同士を対向させる。   Preferably, the manufacturing method of the photothermal conversion element further includes a step of fixing the metal nanoparticle integrated structure to the fixing surface of the second substrate prior to the step of superimposing the second substrate on the first substrate. In the step of superimposing the second substrate on the first substrate, the fixed surfaces of the first substrate and the second substrate are opposed to each other.

本発明のさらに他の局面に従う光熱発電装置は、光熱変換素子と、光熱変換素子に熱的に接続された熱電変換部とを備える。光熱変換素子は、複数の金属ナノ粒子が集積されることによって各々が形成された、複数の金属ナノ粒子集積構造体と、複数の金属ナノ粒子集積構造体が固定された固定面を有する第1の基板と、第1の基板とともに複数の金属ナノ粒子集積構造体を挟むように配置された、第2の基板とを含む。第1および第2の基板のうちの一方の基板は、複数の金属ナノ粒子の表面に局在表面プラズモン共鳴を生じさせる光に対して光透過性を有し、かつ光を受けるように配置される。第1および第2の基板のうちの他方の基板は、熱電変換部に熱的に接続される。   A photothermal power generation device according to still another aspect of the present invention includes a photothermal conversion element and a thermoelectric conversion unit thermally connected to the photothermal conversion element. The photothermal conversion element includes a plurality of metal nanoparticle integrated structures each formed by integrating a plurality of metal nanoparticles, and a first surface having a fixed surface to which the plurality of metal nanoparticle integrated structures are fixed. And a second substrate disposed so as to sandwich the plurality of metal nanoparticle integrated structures together with the first substrate. One of the first and second substrates is light transmissive to light that causes localized surface plasmon resonance on the surfaces of the plurality of metal nanoparticles, and is arranged to receive light. The The other of the first and second substrates is thermally connected to the thermoelectric converter.

好ましくは、一方の基板は、第2の基板である。他方の基板は、第1の基板である。第1および第2の基板の各々は、その一方の表面に透明電極が形成された樹脂フィルムである。第1の基板の固定面は、透明電極が形成された樹脂フィルムの表面である。固定面と反対側の第1の基板の表面が熱電変換部に熱的に接続される。透明電極が形成された表面が第1の基板の固定面に対向し、透明電極が形成された表面と反対側の表面が光を受けるように、第2の基板が配置される。   Preferably, one substrate is a second substrate. The other substrate is the first substrate. Each of the first and second substrates is a resin film having a transparent electrode formed on one surface thereof. The fixed surface of the first substrate is the surface of the resin film on which the transparent electrode is formed. The surface of the first substrate opposite to the fixed surface is thermally connected to the thermoelectric converter. The second substrate is arranged so that the surface on which the transparent electrode is formed faces the fixed surface of the first substrate, and the surface opposite to the surface on which the transparent electrode is formed receives light.

好ましくは、一方の基板は、第1の基板である。他方の基板は、第2の基板である。第1および第2の基板の各々は、その一方の表面に透明電極が形成された樹脂フィルムである。第1の基板の固定面は、透明電極が形成された樹脂フィルムの表面である。固定面と反対側の第1の基板の表面が光を受ける。透明電極が形成された表面が、熱電変換部に熱的かつ電気的に接続され、透明電極が形成された表面と反対側の表面が第1の基板の固定面に対向するように、第2の基板が配置される。   Preferably, one substrate is the first substrate. The other substrate is a second substrate. Each of the first and second substrates is a resin film having a transparent electrode formed on one surface thereof. The fixed surface of the first substrate is the surface of the resin film on which the transparent electrode is formed. The surface of the first substrate opposite to the fixed surface receives light. The second surface is formed such that the surface on which the transparent electrode is formed is thermally and electrically connected to the thermoelectric conversion unit, and the surface opposite to the surface on which the transparent electrode is formed faces the fixed surface of the first substrate. Substrate is arranged.

好ましくは、第1の基板と第2の基板との間に、複数の金属ナノ粒子集積構造体の複数の層が形成されている。   Preferably, a plurality of layers of a plurality of metal nanoparticle integrated structures are formed between the first substrate and the second substrate.

好ましくは、光熱変換素子は、色素増感型光電変換素子を含む。第1および第2の基板の各々は、その一方の表面に透明電極が形成された樹脂フィルムである。第1および第2の基板は、色素増感型光電変換素子として機能する。   Preferably, the photothermal conversion element includes a dye-sensitized photoelectric conversion element. Each of the first and second substrates is a resin film having a transparent electrode formed on one surface thereof. The first and second substrates function as a dye-sensitized photoelectric conversion element.

好ましくは、光熱変換素子に用いる複数の金属ナノ粒子集積構造体の各々は、複数の金属ナノ粒子が固定された表面を有する基材粒子(ビーズ)を含む。好ましくは、基材粒子(ビーズ)は、酸化チタン粒子である。   Preferably, each of the plurality of metal nanoparticle integrated structures used for the photothermal conversion element includes base particles (beads) having a surface on which the plurality of metal nanoparticles are fixed. Preferably, the substrate particles (beads) are titanium oxide particles.

本発明のさらに他の局面に従う被検出物質の検出方法は、上記の光熱変換素子の製造方法を利用した、被検出物質の検出方法である。分散液は、被検出物質として熱凝固性材料、または熱溶解性材料を含む。被検出物質の検出方法は、分散液にレーザ光を照射して分散液を凝固または溶解させることによって被検出物質を検出する。   A method for detecting a substance to be detected according to still another aspect of the present invention is a method for detecting a substance to be detected using the above-described method for producing a photothermal conversion element. The dispersion includes a thermocoagulable material or a heat-soluble material as a substance to be detected. In the detection method of the substance to be detected, the substance to be detected is detected by irradiating the dispersion liquid with laser light to solidify or dissolve the dispersion liquid.

本発明によれば、高い光熱変換効率を有する光熱変換素子を提供できる。
本発明によれば、簡易な処理によって光熱変換素子を製造することができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the photothermal conversion element which has high photothermal conversion efficiency can be provided.
According to the present invention, a photothermal conversion element can be manufactured by a simple process.

本発明によれば、光熱発電装置の効率を高めることができる。   According to the present invention, the efficiency of the photothermal power generation device can be increased.

本発明の実施の形態に係る光熱変換素子の概略的な構造を示した図である。It is the figure which showed the schematic structure of the photothermal conversion element which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に用いられる金属ナノ粒子集積構造体の模式的構造を示した図である。It is the figure which showed the typical structure of the metal nanoparticle integrated structure used for embodiment of this invention. 金属ナノ粒子集積構造体の一例の走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。It is a scanning electron microscope (SEM) photograph of an example of a metal nanoparticle integrated structure. 本発明の実施の形態に係る光熱変換素子の製造方法を概略的に説明するフローチャートである。It is a flowchart which illustrates roughly the manufacturing method of the photothermal conversion element which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る光熱変換素子の製造方法を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the manufacturing method of the photothermal conversion element which concerns on embodiment of this invention. テープによって端部がマスキングされた第1の基板の表面を示した図である。It is the figure which showed the surface of the 1st board | substrate by which the edge part was masked with the tape. ITO−PENフィルムが疎水性基板であることを示した図である。It is the figure which showed that the ITO-PEN film is a hydrophobic substrate. 本発明の実施の形態に係る製造方法に従って形成された、銀ナノ粒子固定化ビーズを含む光熱変換素子の表面のSEM写真(倍率:8千倍)である。It is a SEM photograph (magnification: 8000 times) of the surface of the photothermal conversion element containing the silver nanoparticle fixed bead formed according to the manufacturing method concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係る製造方法に従って形成された、金ナノ粒子固定化ビーズを含む光熱変換素子の表面のSEM写真(倍率:6千倍)である。It is a SEM photograph (magnification: 6000 times) of the surface of the photothermal conversion element containing the gold nanoparticle fixed bead formed according to the manufacturing method concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係る銀ナノ粒子固定化ビーズを含む光熱変換素子による、光発熱効果を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the light heating effect by the photothermal conversion element containing the silver nanoparticle fixed bead which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る金ナノ粒子固定化ビーズを含む光熱変換素子による、光発熱効果を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the light-heating effect by the photothermal conversion element containing the gold nanoparticle fixed bead which concerns on embodiment of this invention. 測定台への熱放散を抑制するように構成された測定系を用いて、本発明の実施の形態に係る光熱変換素子の温度上昇を測定した結果を示した図である。It is the figure which showed the result of having measured the temperature rise of the photothermal conversion element which concerns on embodiment of this invention using the measurement system comprised so that the heat dissipation to a measurement stand might be suppressed. 太陽光のスペクトルを示した図である。It is the figure which showed the spectrum of sunlight. ITO−PENフィルムの透過スペクトルを示した図である。It is the figure which showed the transmission spectrum of the ITO-PEN film. 金ナノ粒子固定化ビーズおよび銀ナノ粒子固定化ビーズの各々について、吸収スペクトルの理論値を示した図である。It is the figure which showed the theoretical value of the absorption spectrum about each of the gold nanoparticle fixed bead and the silver nanoparticle fixed bead. 金ナノ粒子固定化ビーズおよび銀ナノ粒子固定化ビーズの各々について、単位時間当たりの熱量の理論値を示した図である。It is the figure which showed the theoretical value of the calorie | heat amount per unit time about each of a gold nanoparticle fixed bead and a silver nanoparticle fixed bead. 放熱量が完全にゼロであると仮定した理想的な場合に期待される、温度変化の時間依存性の数値計算結果を示したグラフ図である。It is the graph which showed the numerical calculation result of the time dependence of the temperature change expected in the ideal case assumed that the amount of heat radiation is completely zero. 本発明の実施の形態に係る光熱発電装置の模式的な構成図である。It is a typical lineblock diagram of a photothermal power generator concerning an embodiment of the invention. 本発明の第1の実施の形態に係る光熱発電装置101の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the photothermal electric power generation apparatus 101 which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図19に示した光熱発電装置101による出力の時間変化を実験した結果を示した図である。It is the figure which showed the result of having experimented with the time change of the output by the photothermal electric power generation apparatus 101 shown in FIG. 本発明の第2の実施の形態に係る光熱発電装置102の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the photothermal power generation apparatus 102 which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係る光熱発電装置103の構成を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the structure of the photothermal electric power generation apparatus 103 which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 図22に示された太陽電池/光熱変換素子1Cの構造を示した図である。It is the figure which showed the structure of 1 C of solar cells / photothermal conversion elements shown by FIG. 銀ナノ粒子固定化ビーズの三次元モデルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the three-dimensional model of a silver nanoparticle fixed bead. 図24に示した銀ナノ粒子固定化ビーズの計算モデルを示した図である。It is the figure which showed the calculation model of the silver nanoparticle fixed bead shown in FIG. 銀ナノ粒子固定化ビーズの消衰スペクトルの計算結果を示した図である。It is the figure which showed the calculation result of the extinction spectrum of a silver nanoparticle fixed bead. クラスターの個数Nに応じた電場強度分布を示した図である。It is the figure which showed electric field strength distribution according to the number N of clusters. 本発明の実施の形態に係る光熱変換素子の他の構造を示した図である。It is the figure which showed the other structure of the photothermal conversion element which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る光熱変換素子のさらに他の構造を示した図である。It is the figure which showed further another structure of the photothermal conversion element which concerns on embodiment of this invention. 図29に示した光熱変換素子1Dの製造方法を概略的に説明するフローチャートである。30 is a flowchart schematically illustrating a method for manufacturing the photothermal conversion element 1D illustrated in FIG. 29. 図29に示す光熱変換素子1Dによる効果を模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates typically the effect by photothermal conversion element 1D shown in FIG. 本発明の実施の形態に係る光熱変換素子の透明基板として適用可能なPENフィルムの透過スペクトルの一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the transmission spectrum of the PEN film applicable as a transparent substrate of the photothermal conversion element which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る光熱変換素子による光発熱効果の実験結果を示した図である。It is the figure which showed the experimental result of the light heating effect by the photothermal conversion element which concerns on embodiment of this invention. 図22および図23に示された構成における太陽電池部位(光電変換素子)の特性を表形式でまとめて示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the solar cell site | part (photoelectric conversion element) in the structure shown by FIG. 22 and FIG. 23 collectively in a table | surface form. 光トラップによる金属ナノ粒子固定化ビーズの集積化の概念図である。It is a conceptual diagram of integration | stacking of the metal nanoparticle fixed bead by an optical trap. 水中に銀ナノ粒子固定化ビーズを分散したサンプルを対象とした場合のレーザ光照射開始から57秒目までの様子を系統的に示した図である。It is the figure which showed the mode from the laser beam irradiation start to the 57th time at the time of making into the object the sample which disperse | distributed the silver nanoparticle fixed bead in water. 光トラップによって集積化される前の、水中に分散した銀ナノ粒子固定化ビーズを示した第1の写真の拡大図である(レーザ光照射開始から24秒後)。It is the enlarged view of the 1st photograph which showed the silver nanoparticle fixed bead disperse | distributed in water before integrating | stacking by an optical trap (24 seconds after a laser beam irradiation start). 光トラップによって集積化された銀ナノ粒子固定化ビーズを示した第2の写真の拡大図である(レーザ光照射開始から39秒後)。It is an enlarged view of the 2nd photograph which showed the silver nanoparticle fixed bead integrated by the optical trap (39 seconds after a laser beam irradiation start). レーザ光のパワーを変えた場合における、光トラップによる金属ナノ粒子固定化ビーズの集積度の違いを説明するための顕微鏡写真である。It is a microscope picture for demonstrating the difference in the integration degree of the metal nanoparticle fixed bead by an optical trap at the time of changing the power of a laser beam. 光ピンセットを用いて銀ナノ粒子固定化ビーズを集積することによる効果を説明するための図である。(a)は、銀ナノ粒子固定化ビーズを分散させた溶液に0.6Wのレーザ光を照射しながら乾燥させたサンプルを示した写真であり、(b)は、(a)に示した位置a、位置bでのラマン散乱スペクトル、および「平均を取る領域」と示された長方形の領域でのラマン散乱スペクトルの平均値を示した図である。It is a figure for demonstrating the effect by integrating | stacking a silver nanoparticle fixed bead using an optical tweezers. (a) is a photograph showing a sample dried while irradiating a solution in which silver nanoparticle fixed beads are dispersed with 0.6 W laser light, and (b) is a position shown in (a). It is the figure which showed the average value of the Raman scattering spectrum in a and the Raman scattering spectrum in the position b, and the rectangular area | region shown as the area | region which takes an average. (a)は、銀ナノ粒子固定化ビーズを分散させた溶液を自然乾燥させたサンプルを示した写真であり、(b)は、(a)に示した枠線内でのラマン散乱スペクトルを示した図である。(A) is the photograph which showed the sample which air-dried the solution which disperse | distributed the silver nanoparticle fixed bead, (b) shows the Raman scattering spectrum in the frame shown in (a). It is a figure. 本発明の実施の形態に係る金属ナノ粒子固定化ビーズによる発熱効果を説明した図である。It is a figure explaining the heat_generation | fever effect by the metal nanoparticle fixed bead which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る金属ナノ粒子固定化ビーズを含む熱凝固性材料のレーザ光による加工例を示した図である。It is the figure which showed the example of a process by the laser beam of the thermocoagulable material containing the metal nanoparticle fixed bead which concerns on embodiment of this invention.

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

本発明およびその実施の形態において、「金属ナノ粒子集積構造体」とは、複数の金属ナノ粒子が集積することによって形成された構造体である。「金属ナノ粒子」とは、ナノメートルのオーダーのサイズを有する金属粒子である。「ナノメートルのオーダー」とは1から数百ナノメートルの範囲を含み、典型的には1〜100nmの範囲であり、好ましくは、1〜50nmの範囲である。   In the present invention and its embodiments, the “metal nanoparticle assembly structure” is a structure formed by integrating a plurality of metal nanoparticles. “Metal nanoparticles” are metal particles having a size on the order of nanometers. “Nanometer order” includes the range of 1 to several hundred nanometers, typically in the range of 1 to 100 nm, and preferably in the range of 1 to 50 nm.

本発明およびその実施の形態において、「光透過性を有する」との用語は、物質を通過する光の強度がゼロより大きいという性質を意味する。光が物質を通過する場合、残りの光のエネルギーはその物質によって吸収、散乱あるいは反射されてもよい。また、その光の波長領域は、紫外領域、可視領域、および近赤外領域のいずれかの領域、これら3つの領域のうちの2つの領域にまたがる領域、3つの領域のすべての領域にまたがる領域のいずれでもよい。   In the present invention and its embodiments, the term “having light transparency” means the property that the intensity of light passing through a substance is greater than zero. When light passes through a material, the remaining light energy may be absorbed, scattered or reflected by the material. In addition, the wavelength region of the light is one of an ultraviolet region, a visible region, and a near infrared region, a region that spans two of these three regions, and a region that spans all three regions. Either of these may be used.

光透過性は、たとえば透過率の範囲によって定義することができる。この場合、透過率の範囲の下限は0より大きければよく、特に限定されない。同じく、透過率の範囲の上限は最大で100(%)である。ただし透過率の範囲の上限は、100(%)より小さくてもよい。   The light transmittance can be defined by the range of transmittance, for example. In this case, the lower limit of the transmittance range is not particularly limited as long as it is larger than 0. Similarly, the upper limit of the transmittance range is 100 (%) at the maximum. However, the upper limit of the transmittance range may be smaller than 100 (%).

本発明およびその実施の形態において、「疎水性」との用語は、水との親和性が小さいという性質を意味する。「疎水性」とは、たとえば、たとえば材料の表面の水、もしくは水溶液、もしくは水分散液が滴状となる性質(撥水性)を含む。本発明およびその実施の形態において、「撥水性」は、対水接触角が0°より大きいことを意味する。より好ましくは、本発明およびその実施の形態では、対水接触角は40°以上である。   In the present invention and its embodiments, the term “hydrophobic” means a property of low affinity with water. “Hydrophobic” includes, for example, the property that the surface of the material is water or an aqueous solution, or an aqueous dispersion becomes droplets (water repellency). In the present invention and its embodiments, “water repellency” means that the water contact angle is greater than 0 °. More preferably, in the present invention and its embodiment, the contact angle with water is 40 ° or more.

[光熱変換素子]
図1は、本発明の実施の形態に係る光熱変換素子の概略的な構造を示した図である。図1を参照して、光熱変換素子1は、金属ナノ粒子集積構造体10と、基板2,3とを備える。
[Photothermal conversion element]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic structure of a photothermal conversion element according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the photothermal conversion element 1 includes a metal nanoparticle integrated structure 10 and substrates 2 and 3.

金属ナノ粒子集積構造体10は、多数の金属ナノ粒子12が集積化することで形成された構造体である。この実施の形態では、複数の金属ナノ粒子集積構造体10は、基板2の表面に固定されている。基板3は、基板2とともに複数の金属ナノ粒子集積構造体10を挟むように配置される。つまり金属ナノ粒子集積構造体10は、基板2,3の間に配置される。   The metal nanoparticle integrated structure 10 is a structure formed by integrating a large number of metal nanoparticles 12. In this embodiment, the plurality of metal nanoparticle assembly structures 10 are fixed to the surface of the substrate 2. The substrate 3 is disposed so as to sandwich the plurality of metal nanoparticle assembly structures 10 together with the substrate 2. That is, the metal nanoparticle assembly structure 10 is disposed between the substrates 2 and 3.

基板2,3は、光透過性を有する基板である。この実施の形態では、基板2,3の両方が光透過性を有する。したがって基板2,3のいずれの側から光を照射しても、その光を金属ナノ粒子集積構造体10へと導入することができる。   The substrates 2 and 3 are substrates having optical transparency. In this embodiment, both the substrates 2 and 3 are light transmissive. Therefore, even if light is irradiated from either side of the substrates 2 and 3, the light can be introduced into the metal nanoparticle integrated structure 10.

ただし、基板2,3の一方のみ光透過性を有していてもよい。この場合には、その一方の基板を通して光が金属ナノ粒子集積構造体10に照射される。他方の基板は、その一方の基板を通った光を反射あるいは吸収してもよい。たとえば、基板3が光透過性を有していれば、基板2が光透過性を有していなくてもよい。   However, only one of the substrates 2 and 3 may have optical transparency. In this case, the metal nanoparticle integrated structure 10 is irradiated with light through the one substrate. The other substrate may reflect or absorb light that has passed through the one substrate. For example, if the board | substrate 3 has a light transmittance, the board | substrate 2 does not need to have a light transmittance.

金属ナノ粒子12の表面の自由電子は、基板2,3の少なくとも一方を透過した光によって振動する。これにより分極が起こる。その結果、金属ナノ粒子集積構造体10に局在表面プラズモン共鳴が生じる。局在表面プラズモン共鳴によって、金属ナノ粒子集積構造体10は、熱を発生させる。局在表面プラズモン共鳴によって、光のエネルギーが非常に狭い領域に閉じ込められる。さらに、多数の金属ナノ粒子集積構造体10が基板2,3の間に配置されるので、本発明の実施の形態に係る光熱変換素子1は、より多くの光エネルギーを閉じ込めることができる。これにより、本発明の実施の形態に係る光熱変換素子1は、より多くの熱を発生させることができる。   Free electrons on the surface of the metal nanoparticles 12 are vibrated by light transmitted through at least one of the substrates 2 and 3. This causes polarization. As a result, localized surface plasmon resonance occurs in the metal nanoparticle integrated structure 10. The metal nanoparticle assembly structure 10 generates heat by the localized surface plasmon resonance. Due to localized surface plasmon resonance, the energy of light is confined in a very narrow region. Furthermore, since many metal nanoparticle integrated structures 10 are arrange | positioned between the board | substrates 2 and 3, the photothermal conversion element 1 which concerns on embodiment of this invention can confine more optical energy. Thereby, the photothermal conversion element 1 which concerns on embodiment of this invention can generate more heat.

図1では、複数の金属ナノ粒子集積構造体10が基板2の表面に規則的に配列されるように示される。しかしながら、複数の金属ナノ粒子集積構造体10が規則的に配列していることは本発明にとって必須ではない。後に詳細に説明するように、この実施の形態では、基板2の表面に、多数の金属ナノ粒子集積構造体10が密集した領域が形成される。この実施の形態では、「金属ナノ粒子集積構造体10が密集した領域」とは、複数の金属ナノ粒子集積構造体のうちの少なくとも2個以上がビーズの直径より近い距離に存在する領域と定義することができる。多数の金属ナノ粒子集積構造体10が密集することにより、それらの金属ナノ粒子集積構造体10によって閉じ込められた光エネルギーの密度を高めることができる。この結果、光熱変換効率を高めることができる。   In FIG. 1, a plurality of metal nanoparticle assembly structures 10 are shown to be regularly arranged on the surface of the substrate 2. However, it is not essential for the present invention that the plurality of metal nanoparticle assembly structures 10 are regularly arranged. As will be described in detail later, in this embodiment, a region where a large number of metal nanoparticle assembly structures 10 are densely formed is formed on the surface of the substrate 2. In this embodiment, the “region where the metal nanoparticle assembly structure 10 is dense” is defined as a region where at least two of the plurality of metal nanoparticle assembly structures exist at a distance closer than the diameter of the beads. can do. When many metal nanoparticle integrated structures 10 are densely packed, the density of light energy confined by these metal nanoparticle integrated structures 10 can be increased. As a result, the photothermal conversion efficiency can be increased.

基板2の固定面、すなわち金属ナノ粒子集積構造体10が固定される表面は、疎水性を有する。後に詳細に説明する製造方法によって、疎水性を有する表面に金属ナノ粒子集積構造体10を密集させることができる。   The fixing surface of the substrate 2, that is, the surface on which the metal nanoparticle assembly structure 10 is fixed has hydrophobicity. By the manufacturing method described in detail later, the metal nanoparticle assembly structure 10 can be densely packed on the hydrophobic surface.

この実施の形態では、基板2,3は、その表面に透明電極が形成された樹脂フィルムである。透明電極を利用することにより、光熱変換素子1と他の装置との間の電気的な接続を容易に実現できる。これにより、本発明の実施の形態に係る光熱変換素子1の有用性が高められる。さらに、透明電極が形成された面は疎水性を有するので、金属ナノ粒子集積構造体10を固定するための固定面として用いることができる。   In this embodiment, the substrates 2 and 3 are resin films having transparent electrodes formed on the surfaces thereof. By using the transparent electrode, electrical connection between the photothermal conversion element 1 and another device can be easily realized. Thereby, the usefulness of the photothermal conversion element 1 which concerns on embodiment of this invention is improved. Furthermore, since the surface on which the transparent electrode is formed has hydrophobicity, it can be used as a fixing surface for fixing the metal nanoparticle assembly structure 10.

また、基板2,3に樹脂フィルムを用いることで、基板2,3は柔軟性を有する。したがって、光熱変換素子1の設置場所の自由度を高めることができる。たとえば光熱変換素子1を平面上に設置可能なだけでなく、曲面上にも設置することも可能である。さらに基板としての樹脂フィルムをその設置面に貼りつけることにより、光熱変換素子1を容易に固定できる。   Moreover, the board | substrates 2 and 3 have a softness | flexibility by using a resin film for the board | substrates 2 and 3. FIG. Therefore, the freedom degree of the installation place of the photothermal conversion element 1 can be raised. For example, the photothermal conversion element 1 can be installed not only on a flat surface but also on a curved surface. Furthermore, the photothermal conversion element 1 can be easily fixed by sticking a resin film as a substrate on the installation surface.

1つの実施の形態では、基板2,3としてITO−PEN(ポリエチレンナフタレート)フィルムが用いられる。ITO−PENフィルムは、PENフィルム、およびそのPENフィルムの表面に透明電極として形成されたITO(酸化インジウムスズ)を有する。ITO−PENは、フラットパネルディスプレイ、電子デバイス、太陽電池、タッチパネルおよび光学素子など広い用途に用いられるので、容易に入手することができる。したがって、光熱変換素子1の製造コストを下げることができる。   In one embodiment, an ITO-PEN (polyethylene naphthalate) film is used as the substrates 2 and 3. The ITO-PEN film has PEN film and ITO (indium tin oxide) formed as a transparent electrode on the surface of the PEN film. ITO-PEN can be easily obtained because it is used for a wide range of applications such as flat panel displays, electronic devices, solar cells, touch panels, and optical elements. Therefore, the manufacturing cost of the photothermal conversion element 1 can be reduced.

なお、基板2,3の種類はITO−PENフィルムに限定されるものではない。その表面に透明電極が形成された樹脂フィルムであれば基板2,3に用いることができる。基板2,3として、たとえばITO−PET(ポリエチレンテレフタラート)フィルムを用いることができる。   In addition, the kind of board | substrates 2 and 3 is not limited to an ITO-PEN film. Any resin film having a transparent electrode formed on its surface can be used for the substrates 2 and 3. As the substrates 2 and 3, for example, an ITO-PET (polyethylene terephthalate) film can be used.

なお、導電性は基板2,3にとって必須の性質ではない。光熱変換素子1を他の装置に電気的に接続する必要がなければ、基板2,3は導電性を有していなくてもよい。この場合には、疎水性かつ光透過性を有しているものの、導電性を有していない樹脂フィルムを基板2,3に用いることができる。たとえばPETフィルムを基板2,3に用いることができる。   Conductivity is not an essential property for the substrates 2 and 3. If it is not necessary to electrically connect the photothermal conversion element 1 to another device, the substrates 2 and 3 may not have conductivity. In this case, a resin film that is hydrophobic and light transmissive but not conductive can be used for the substrates 2 and 3. For example, a PET film can be used for the substrates 2 and 3.

図2は、本発明の実施の形態に用いられる金属ナノ粒子集積構造体の模式的構造を示した図である。図3は、金属ナノ粒子集積構造体の一例の走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。この例では、粒子径7.4nmの銀ナノ粒子を固定した粒子径400nmのビーズを観測した。   FIG. 2 is a diagram showing a schematic structure of a metal nanoparticle integrated structure used in the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of an example of a metal nanoparticle integrated structure. In this example, beads having a particle diameter of 400 nm on which silver nanoparticles having a particle diameter of 7.4 nm were fixed were observed.

図2および図3を参照して、金属ナノ粒子集積構造体10は、ビーズ11および金属ナノ粒子12を有する。金属ナノ粒子12はビーズ11の表面を覆い、かつビーズ11の表面に固定化される。これにより、金属ナノ粒子12の集積構造体が形成される。より詳細に説明すると、金属ナノ粒子集積構造体10は、複数の金属ナノ粒子12が相互作用部位を介してビーズ11の表面に固定され、互いに隙間を設けて、金属ナノ粒子12の直径以下の間隔で配置された構造体である。相互作用部位とは、たとえば化学結合、ファンデルワールス力、静電的相互作用、疎水性相互作用、および吸着力を発生する部位である。   2 and 3, the metal nanoparticle assembly structure 10 includes beads 11 and metal nanoparticles 12. The metal nanoparticles 12 cover the surface of the bead 11 and are immobilized on the surface of the bead 11. Thereby, an integrated structure of the metal nanoparticles 12 is formed. More specifically, in the metal nanoparticle assembly structure 10, a plurality of metal nanoparticles 12 are fixed to the surface of the beads 11 through the interaction sites, and a gap is provided between the metal nanoparticles 12 and the diameter of the metal nanoparticles 12 or less. Structures arranged at intervals. The interaction site is, for example, a site that generates a chemical bond, van der Waals force, electrostatic interaction, hydrophobic interaction, and adsorption force.

ビーズの平均粒径は、数十ナノメートルからマイクロオーダーであり、たとえば0.03〜100μm、より好ましくは、0.1〜10μmである。   The average particle diameter of the beads is on the order of several tens of nanometers to micrometer, for example, 0.03 to 100 μm, and more preferably 0.1 to 10 μm.

ビーズ11は、たとえば樹脂粒子である。所望の粒径を有する粒子を形成可能であれば、ビーズ11の材料は特に限定されない。ビーズ11に使用される材料は、たとえばアクリル、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなどの樹脂であるがこれらに限定されない。また、ビーズ11の形状は略球形である。ただし金属ナノ粒子12を高密度に集積化することが可能であれば、ビーズ11は非球形であってもよい。   The beads 11 are, for example, resin particles. If the particle | grains which have a desired particle size can be formed, the material of the bead 11 will not be specifically limited. The material used for the beads 11 is, for example, a resin such as acrylic, polyolefin, polyethylene, polypropylene, polystyrene, but is not limited thereto. Moreover, the shape of the bead 11 is substantially spherical. However, the beads 11 may be non-spherical as long as the metal nanoparticles 12 can be integrated with high density.

金属ナノ粒子12は、紫外〜近赤外域の光によって、局在表面プラズモン共鳴を起こしうる金属ナノ粒子である。この実施の形態では、そのような金属ナノ粒子として金ナノ粒子あるいは銀ナノ粒子を採用することができる。金ナノ粒子あるいは銀ナノ粒子は、可視領域から近赤外域の光によって局在表面プラズモン共鳴を起こすことが知られている。したがって、金ナノ粒子あるいは銀ナノ粒子を金属ナノ粒子12に用いることができる。   The metal nanoparticles 12 are metal nanoparticles that can cause localized surface plasmon resonance by light in the ultraviolet to near infrared region. In this embodiment, gold nanoparticles or silver nanoparticles can be employed as such metal nanoparticles. It is known that gold nanoparticles or silver nanoparticles cause localized surface plasmon resonance by light from the visible region to the near infrared region. Therefore, gold nanoparticles or silver nanoparticles can be used for the metal nanoparticles 12.

金属ナノ粒子の平均粒径は、サブナノオーダー〜ナノオーダー(約2nm〜1000nm)であり、たとえば2〜500nm、好ましくは、2〜100nm、より好ましくは、5〜50nmでありうる。   The average particle diameter of the metal nanoparticles is sub-nano order to nano order (about 2 nm to 1000 nm), and may be, for example, 2 to 500 nm, preferably 2 to 100 nm, and more preferably 5 to 50 nm.

[光熱変換素子の製造方法]
図4は、本発明の実施の形態に係る光熱変換素子の製造方法を概略的に説明するフローチャートである。図5は、本発明の実施の形態に係る光熱変換素子の製造方法を模式的に示した図である。図4および図5を参照して、ステップS1において、一枚目の基板(基板2)を洗浄する。ステップS2において、基板2の表面の端部をマスキングテープ4,5によってマスキングする。ステップS3において、金属ナノ粒子固定化ビーズ分散液を希釈して、分散液の濃度を調整する。ステップS2,S3の処理は必須ではない。
[Production Method of Photothermal Conversion Element]
FIG. 4 is a flowchart schematically illustrating a method for manufacturing a photothermal conversion element according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram schematically showing a method for manufacturing a photothermal conversion element according to an embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 4 and 5, in step S1, the first substrate (substrate 2) is cleaned. In step S2, the edge of the surface of the substrate 2 is masked with masking tapes 4 and 5. In step S3, the metal nanoparticle fixed bead dispersion is diluted to adjust the concentration of the dispersion. Steps S2 and S3 are not essential.

ステップS4において、基板2の表面に、金属ナノ粒子固定化ビーズの希釈分散液6を塗布する。ステップS5において、基板2を静置して乾燥させる。これにより金属ナノ粒子固定化ビーズが基板2の表面に固定される。図5に示された領域6aは、金属ナノ粒子固定化ビーズが固定されている領域を模式的に示している。ステップS6において、二枚目の基板(基板3)を一枚目の基板(基板2)に貼り合わせる。これにより、本発明の実施の形態に係る光熱変換素子1が完成する。   In step S <b> 4, a diluted dispersion 6 of metal nanoparticle fixed beads is applied to the surface of the substrate 2. In step S5, the substrate 2 is left to dry. Thereby, the metal nanoparticle fixed bead is fixed to the surface of the substrate 2. A region 6a shown in FIG. 5 schematically shows a region where the metal nanoparticle-immobilized beads are fixed. In step S6, the second substrate (substrate 3) is bonded to the first substrate (substrate 2). Thereby, the photothermal conversion element 1 which concerns on embodiment of this invention is completed.

次に、上記の製造方法の具体的な実施例を説明する。
まず、基板2,3として、4cm×4cmのサイズを有するITO−PENフィルムを準備した。基板2として用いるITO−PENフィルムをアルコール洗浄し、その後、窒素でアルコールを除去した(ステップS1)。
Next, specific examples of the above manufacturing method will be described.
First, an ITO-PEN film having a size of 4 cm × 4 cm was prepared as the substrates 2 and 3. The ITO-PEN film used as the substrate 2 was washed with alcohol, and then the alcohol was removed with nitrogen (step S1).

図6は、テープによって端部がマスキングされた第1の基板の表面を示した図である。図6を参照して、基板2の2箇所の端部にマスキングテープ4,5を貼り付けることより、塗布面7を形成した(ステップS2)。マスキングテープ4,5には両面テープを用いた。基板2の表面のうち、マスキングテープ4,5によりマスクされていない部分が塗布面7である。塗布面7は、複数の金属ナノ粒子集積構造体10が固定される固定面に相当する。   FIG. 6 is a view showing the surface of the first substrate whose end is masked by the tape. With reference to FIG. 6, the coating surface 7 was formed by affixing the masking tapes 4 and 5 to the edge part of two places of the board | substrate 2 (step S2). Double-sided tape was used for the masking tapes 4 and 5. A portion of the surface of the substrate 2 that is not masked by the masking tapes 4 and 5 is the coating surface 7. The application surface 7 corresponds to a fixed surface to which the plurality of metal nanoparticle assembly structures 10 are fixed.

金ナノ粒子固定化ビーズを含む光熱変換素子と、銀ナノ粒子固定化ビーズを含む光熱変換素子とを評価用サンプルとして作成した。たとえば、特開2003−213442号公報、および特開2008−101260号公報などに開示された公知の方法により製造された金ナノ粒子固定化ビーズの分散液および銀ナノ粒子固定化ビーズの分散液を準備した。これらの分散液の詳細を以下に説明する。   A photothermal conversion element containing gold nanoparticle-immobilized beads and a photothermal conversion element containing silver nanoparticle-immobilized beads were prepared as evaluation samples. For example, a dispersion of gold nanoparticle-immobilized beads and a dispersion of silver nanoparticle-immobilized beads produced by a known method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-213442 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-101260 are used. Got ready. Details of these dispersions will be described below.

金ナノ粒子固定化ビーズおよび銀ナノ粒子固定化ビーズともに、ビーズ(基材粒子)の素材は、アクリル樹脂(比重1.19)であり、ビーズの粒子径は0.40μmであった。   In both the gold nanoparticle-immobilized beads and silver nanoparticle-immobilized beads, the material of the beads (base particles) was an acrylic resin (specific gravity 1.19), and the bead particle size was 0.40 μm.

金ナノ粒子固定化ビーズの場合、ビーズに固定化する前の金ナノの粒子径は32nmであった。試薬使用量から見積もられた金属成分の割合は、79.9wt%であった。分散液における金ナノ粒子固定化ビーズの含有量は、49.76mg/mL(2.49×1011個/mL)と見積もられた。ビーズ1個当たりの金ナノ粒子の個数は586個と見積もられた。 In the case of gold nanoparticle-immobilized beads, the particle size of the gold nano before immobilization on the beads was 32 nm. The ratio of the metal component estimated from the reagent usage amount was 79.9 wt%. The content of gold nanoparticle-immobilized beads in the dispersion was estimated to be 49.76 mg / mL (2.49 × 10 11 particles / mL). The number of gold nanoparticles per bead was estimated to be 586.

銀ナノ粒子固定化ビーズの場合、銀ナノ粒子の平均直径は2.5nmであった。ビーズに固定化する前の銀ナノの粒子径は2〜20nmであった。試薬使用量から見積もられた金属成分の割合は、30.7wt%であった。分散液における銀ナノ粒子固定化ビーズの含有量は、14.4mg/mL(2.49×1011個/mL)と見積もられた。ビーズ1個当たりの銀ナノ粒子の個数は207,478個と見積もられた。 In the case of silver nanoparticle-immobilized beads, the average diameter of silver nanoparticles was 2.5 nm. The particle diameter of silver nano before immobilizing on beads was 2 to 20 nm. The ratio of the metal component estimated from the amount of reagent used was 30.7 wt%. The content of the silver nanoparticle-immobilized beads in the dispersion was estimated to be 14.4 mg / mL (2.49 × 10 11 particles / mL). The number of silver nanoparticles per bead was estimated to be 207,478.

なお、金ナノ粒子固定化ビーズあるいは銀ナノ粒子固定化ビーズを製造するための方法は、種々の公知の方法を用いることができる。たとえば特開2003−213442号公報および特開2008−101260号公報に開示された方法を適用することができる。   Various known methods can be used as a method for producing gold nanoparticle-immobilized beads or silver nanoparticle-immobilized beads. For example, the methods disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2003-213442 and 2008-101260 can be applied.

たとえば金ナノ粒子をビーズの表面に固定化する場合には、ビーズを金ナノ粒子分散液に混合し、その金ナノ粒子分散液を攪拌または静置してもよい。金ナノ粒子分散液は、任意選択的に有機バインダを含んでいてもよい。固定反応温度は、反応期間中に分散液が完全に凍結または蒸発しない温度であれば任意の温度でありうる。好ましくは、固定反応温度は、室温付近(たとえば10〜35℃)である。   For example, when gold nanoparticles are immobilized on the surface of the beads, the beads may be mixed with a gold nanoparticle dispersion, and the gold nanoparticle dispersion may be stirred or allowed to stand. The gold nanoparticle dispersion may optionally contain an organic binder. The fixed reaction temperature can be any temperature as long as the dispersion does not completely freeze or evaporate during the reaction period. Preferably, the fixed reaction temperature is around room temperature (for example, 10 to 35 ° C.).

金ナノ粒子分散液は、市販品を用いてもよく、金イオン(金錯体イオン)含有溶液および還元剤を用いて溶液内還元反応によって製造してもよい。たとえば、塩化金酸溶液にクエン酸を加えてもよい。   As the gold nanoparticle dispersion liquid, a commercially available product may be used, or it may be produced by an in-solution reduction reaction using a gold ion (gold complex ion) -containing solution and a reducing agent. For example, citric acid may be added to the chloroauric acid solution.

金ナノ粒子は、たとえば以下の方法によってビーズに固定化される。まず、金ナノ粒子分散液およびビーズをバインダ液中に投入する。バインダ液は、たとえばアルキルチオールの水またはエタノール溶液である。この溶液を室温中で攪拌する。溶液の色は当初は赤色であるが、攪拌するにつれて透明(無色)に変化する。溶液が透明になった後も、所定の時間、攪拌を続ける。これにより、金ナノ粒子固定化ビーズが生成される。この方法によって作成された金ナノ粒子固定化ビーズにおいて、金と相互作用し得る相互作用部位(基)は、チオール基である。なお相互作用部位は、ビーズの表面に予め形成させてもよく、金コロイドの表面に予め形成させてもよい。   Gold nanoparticles are immobilized on beads by the following method, for example. First, a gold nanoparticle dispersion liquid and beads are put into a binder liquid. The binder liquid is, for example, an alkylthiol water or ethanol solution. The solution is stirred at room temperature. The color of the solution is initially red, but changes to clear (colorless) as it is stirred. Stirring is continued for a predetermined time after the solution becomes clear. Thereby, gold nanoparticle fixed beads are generated. In the gold nanoparticle-immobilized beads prepared by this method, an interaction site (group) that can interact with gold is a thiol group. The interaction site may be formed in advance on the surface of the bead, or may be formed in advance on the surface of the gold colloid.

金ナノ粒子固定化ビーズを含む光熱変換素子の試料の作成について説明する。上記の金ナノ粒子固定化ビーズ分散液に水を加えて、10倍に希釈した分散液を準備した(ステップS3)。   Preparation of a sample of a photothermal conversion element including gold nanoparticle-immobilized beads will be described. Water was added to the gold nanoparticle fixed bead dispersion described above to prepare a dispersion diluted 10 times (step S3).

上記の手順によって希釈した2mLの分散液6を基板2に滴下し、基板2に希釈分散液6を塗布した(ステップS4)。   2 mL of the dispersion 6 diluted by the above procedure was dropped onto the substrate 2 and the diluted dispersion 6 was applied to the substrate 2 (step S4).

続いて、基板2をドラフトチャンバー内に静置し、25℃の温度で24時間乾燥させた(ステップS5)。なお、分散液をホットプレートやヒーター等で温めながら乾燥させても良い。   Subsequently, the substrate 2 was allowed to stand in a draft chamber and dried at a temperature of 25 ° C. for 24 hours (step S5). The dispersion may be dried while being warmed by a hot plate or a heater.

続いて、マスキングテープ4,5として用いた両面テープにより、基板2と基板3とを貼り合わせた(ステップS6)。   Then, the board | substrate 2 and the board | substrate 3 were bonded together with the double-sided tape used as the masking tapes 4 and 5 (step S6).

同様の手順により、ステップS3において、100倍に希釈した分散液および400倍に希釈した分散液を準備し、ステップS4〜S6の処理により、金ナノ粒子固定化ビーズの濃度が異なるサンプルを作成した。なお、100倍希釈分散液および400倍希釈分散液のいずれの場合も、基板への分散液の滴下量は2mLであった。   According to the same procedure, in step S3, a dispersion diluted 100 times and a dispersion diluted 400 times were prepared, and samples having different concentrations of gold nanoparticle-immobilized beads were prepared by the processing in steps S4 to S6. . In both cases of the 100-fold diluted dispersion and the 400-fold diluted dispersion, the dropping amount of the dispersion onto the substrate was 2 mL.

銀ナノ粒子固定化ビーズを含む光熱変換素子のサンプルの作成手順は、上記の手順と同様である。銀ナノ粒子固定化ビーズの分散液を10倍に希釈した(ステップS3)。基板2に希釈分散液を2mL滴下して、基板2に希釈分散液6を塗布した(ステップS4)。ステップS5,S6の処理により、サンプルを作成した。同様の手順により、ステップS3において、100倍に希釈した分散液および400倍に希釈した分散液を準備し、ステップS4〜S6の処理により、銀ナノ粒子固定化ビーズの濃度が異なるサンプルを作成した。なお、100倍希釈分散液および400倍希釈分散液のいずれの場合も、基板への分散液の滴下量は2mLであった。   The procedure for preparing the sample of the photothermal conversion element containing the silver nanoparticle-immobilized beads is the same as the above procedure. The dispersion of silver nanoparticle-immobilized beads was diluted 10 times (step S3). 2 mL of the diluted dispersion was dropped onto the substrate 2 and the diluted dispersion 6 was applied to the substrate 2 (step S4). A sample was prepared by the processes of steps S5 and S6. According to the same procedure, in step S3, a dispersion diluted 100 times and a dispersion diluted 400 times were prepared, and samples having different concentrations of silver nanoparticle-immobilized beads were prepared by the processing in steps S4 to S6. . In both cases of the 100-fold diluted dispersion and the 400-fold diluted dispersion, the dropping amount of the dispersion onto the substrate was 2 mL.

図7は、ITO−PENフィルムが疎水性基板であることを示した図である。図7に示されるように、ITO−PENフィルム(基板2)の表面では水滴6bが盛り上がった状態となる。したがってITO−PENフィルムが撥水性を有することが分かる。   FIG. 7 is a diagram showing that the ITO-PEN film is a hydrophobic substrate. As shown in FIG. 7, the water droplet 6b is raised on the surface of the ITO-PEN film (substrate 2). Therefore, it can be seen that the ITO-PEN film has water repellency.

図8は、本発明の実施の形態に係る製造方法に従って形成された、銀ナノ粒子固定化ビーズを含む光熱変換素子の表面のSEM写真(倍率:8千倍)である。図9は、本発明の実施の形態に係る製造方法に従って形成された、金ナノ粒子固定化ビーズを含む光熱変換素子の表面のSEM写真(倍率:6千倍)である。図8、図9に示した光熱変換素子は、ともに、2mLの10倍希釈分散液を基板に塗布することで形成された。疎水性基板の上に塗布された分散液は水滴となる(図7参照)。これにより、図8および図9に示されるように、金属ナノ粒子固定化ビーズを基板表面に高密度に集積することを容易に実現できる。図8および図9は、図5に示した領域6aの一部を拡大して示したものである。   FIG. 8 is an SEM photograph (magnification: 8000 times) of the surface of the photothermal conversion element including silver nanoparticle-immobilized beads formed according to the manufacturing method according to the embodiment of the present invention. FIG. 9 is an SEM photograph (magnification: 6000 times) of the surface of the photothermal conversion element including gold nanoparticle-immobilized beads formed according to the manufacturing method according to the embodiment of the present invention. Both the photothermal conversion elements shown in FIGS. 8 and 9 were formed by applying 2 mL of a 10-fold diluted dispersion to a substrate. The dispersion applied on the hydrophobic substrate becomes water droplets (see FIG. 7). As a result, as shown in FIGS. 8 and 9, it is possible to easily achieve the high density integration of the metal nanoparticle-immobilized beads on the substrate surface. 8 and 9 are enlarged views of a part of the region 6a shown in FIG.

[光熱変換素子の特性]
本発明の実施の形態に係る光熱変換素子による光発熱効果を評価するため、光熱変換素子にソーラーシミュレータの光を照射して、光熱変換素子の温度を測定した。
[Characteristics of photothermal conversion element]
In order to evaluate the light heat generation effect of the photothermal conversion element according to the embodiment of the present invention, the photothermal conversion element was irradiated with light from a solar simulator, and the temperature of the photothermal conversion element was measured.

図10は、本発明の実施の形態に係る銀ナノ粒子固定化ビーズを含む光熱変換素子による、光発熱効果を説明するためのグラフである。図10を参照して、グラフの横軸は、ソーラーシミュレータの照射開始からの経過時間、すなわちソーラーシミュレータの光の照射時間を示す。グラフの縦軸は光熱変換素子の温度を示す。   FIG. 10 is a graph for explaining the light heating effect by the photothermal conversion element including the silver nanoparticle fixed beads according to the embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10, the horizontal axis of the graph indicates the elapsed time from the start of irradiation of the solar simulator, that is, the irradiation time of light of the solar simulator. The vertical axis of the graph represents the temperature of the photothermal conversion element.

図10のグラフ中の「2.49×1010個/mL」との記載は、2mLの10倍希釈分散液を基板に塗布して作成した第1のサンプルを示す。「2.49×109個/mL」との記載は、2mLの100倍希釈分散液を基板に塗布して作成した第2のサンプルを示す。「0.62×109個/mL」との記載は、2mLの400倍希釈分散液を基板に塗布して作成した第3のサンプルを示す。これら3種類のサンプルは、上記の製造方法により作成された。「金属ナノ粒子なし」との記載は、希釈分散液が基板に塗布されていない比較サンプルを示す。 The description “2.49 × 10 10 pieces / mL” in the graph of FIG. 10 indicates a first sample prepared by applying 2 mL of a 10-fold diluted dispersion to a substrate. The description “2.49 × 10 9 pieces / mL” indicates a second sample prepared by applying 2 mL of a 100-fold diluted dispersion to a substrate. The description “0.62 × 10 9 pieces / mL” indicates a third sample prepared by applying 2 mL of a 400-fold diluted dispersion to a substrate. These three types of samples were prepared by the above manufacturing method. The description “without metal nanoparticles” refers to a comparative sample in which the diluted dispersion is not applied to the substrate.

ソーラーシミュレータの光を100秒間照射した場合、第1のサンプルの温度が40℃以上に達した。このときの第1のサンプルと比較サンプルとの間の温度差は、約9.0℃であった。   When the solar simulator light was irradiated for 100 seconds, the temperature of the first sample reached 40 ° C. or higher. At this time, the temperature difference between the first sample and the comparative sample was about 9.0 ° C.

図11は、本発明の実施の形態に係る金ナノ粒子固定化ビーズを含む光熱変換素子による、光発熱効果を説明するためのグラフである。図11を参照して、グラフの横軸は、ソーラーシミュレータの照射開始からの経過時間を示し、グラフの縦軸は光熱変換素子の温度を示す。   FIG. 11 is a graph for explaining the light heating effect by the photothermal conversion element including the gold nanoparticle-immobilized beads according to the embodiment of the present invention. Referring to FIG. 11, the horizontal axis of the graph indicates the elapsed time from the start of irradiation of the solar simulator, and the vertical axis of the graph indicates the temperature of the photothermal conversion element.

図10に示されたグラフと同じく、図11のグラフ中の「2.49×1010個/mL」との記載は、2mLの10倍希釈分散液を基板に塗布して作成した第1のサンプルを示す。「2.49×109個/mL」との記載は、2mLの100倍希釈分散液を基板に塗布して作成した第2のサンプルを示す。「0.62×109個/mL」との記載は、2mLの400倍希釈分散液を基板に塗布して作成した第3のサンプルを示す。これら3種類のサンプルは、上記の製造方法により作成された。「金属ナノ粒子なし」との記載は、希釈分散液を基板に塗布されていない比較サンプルを示す。 Similarly to the graph shown in FIG. 10, the description “2.49 × 10 10 pieces / mL” in the graph of FIG. 11 is the first one prepared by applying 2 mL of 10-fold diluted dispersion to the substrate. Samples are shown. The description “2.49 × 10 9 pieces / mL” indicates a second sample prepared by applying 2 mL of a 100-fold diluted dispersion to a substrate. The description “0.62 × 10 9 pieces / mL” indicates a third sample prepared by applying 2 mL of a 400-fold diluted dispersion to a substrate. These three types of samples were prepared by the above manufacturing method. The description “without metal nanoparticles” indicates a comparative sample in which the diluted dispersion is not applied to the substrate.

ソーラーシミュレータの光を100秒間照射した場合、第1のサンプルの温度が50℃以上に達した。このときの第1のサンプルと比較サンプルとの間の温度差は、約18.5℃であった。   When the solar simulator light was irradiated for 100 seconds, the temperature of the first sample reached 50 ° C. or higher. The temperature difference between the first sample and the comparative sample at this time was about 18.5 ° C.

さらに、図10,図11から、光熱変換素子中の金属ナノ粒子集積構造体10の濃度を変化させることにより、同一の照射条件の下で光熱変換素子の温度を変えることができることが分かる。このことは、金属ナノ粒子固定化ビーズの濃度を制御することによる温度制御の可能性を示している。   10 and 11 that the temperature of the photothermal conversion element can be changed under the same irradiation conditions by changing the concentration of the metal nanoparticle integrated structure 10 in the photothermal conversion element. This indicates the possibility of temperature control by controlling the concentration of the metal nanoparticle-immobilized beads.

図10および図11は、本発明の実施の形態に係る光熱変換素子を、測定台に直接置いた場合における、その光熱変換素子の温度上昇の測定結果を示している。図12は、測定台への熱放散を抑制するように構成された測定系を用いて、本発明の実施の形態に係る光熱変換素子の温度上昇を測定した結果を示した図である。具体的には、ITO−PENフィルムで形成した透明な枠を測定台に載せ、その透明な枠に本発明の実施の形態に係る光熱変換素子を載せて測定系を構成した。測定台と光熱変換素子との間の距離は約1.3cmであった。   10 and 11 show the measurement results of the temperature rise of the light-to-heat conversion element when the light-to-heat conversion element according to the embodiment of the present invention is placed directly on the measurement table. FIG. 12 is a diagram showing a result of measuring a temperature rise of the photothermal conversion element according to the embodiment of the present invention using a measurement system configured to suppress heat dissipation to the measurement table. Specifically, a transparent frame formed of an ITO-PEN film was placed on a measurement table, and the photothermal conversion element according to the embodiment of the present invention was placed on the transparent frame to constitute a measurement system. The distance between the measurement table and the photothermal conversion element was about 1.3 cm.

図12を参照して、金ナノ粒子固定化ビーズ(Au NP fixed bead)の場合、100秒間のソーラーシミュレータの光の照射によって、光熱変換素子の温度は約59℃に達した。   Referring to FIG. 12, in the case of gold nanoparticle-immobilized beads (Au NP fixed beads), the temperature of the photothermal conversion element reached about 59 ° C. by irradiation with light from a solar simulator for 100 seconds.

図12のグラフ中の破線は室温を示す。金ナノ粒子固定化ビーズを用いた光熱変換素子の場合、室温に対する温度上昇値は約31.4℃であり、「金属ナノ粒子なし」のサンプルに対する相対的な温度上昇値は19.9℃であった。同じく、銀ナノ粒子固定化ビーズ(Ag NP fixed bead)を用いた光熱変換素子の場合、室温に対する温度上昇値は約23.1℃であり、「金属ナノ粒子なし」のサンプルに対する相対的な温度上昇値は10.6℃であった。なお、これらの場合において、ソーラーシミュレータの光の照射時間は100秒であった。   The broken line in the graph of FIG. 12 shows room temperature. In the case of the photothermal conversion element using the gold nanoparticle-immobilized beads, the temperature increase value with respect to room temperature is about 31.4 ° C., and the relative temperature increase value for the sample without “metal nanoparticles” is 19.9 ° C. there were. Similarly, in the case of a photothermal conversion element using silver nanoparticle-immobilized beads (Ag NP fixed bead), the temperature rise value with respect to room temperature is about 23.1 ° C., which is a relative temperature with respect to the sample “without metal nanoparticles”. The increase value was 10.6 ° C. In these cases, the solar simulator was irradiated with light for 100 seconds.

次に、本発明の実施の形態に係る光熱変換素子による光発熱効果を理論的に検証した結果を示す。図13は、太陽光のスペクトルを示した図である。図14は、ITO−PENフィルムの透過スペクトルを示した図である。図15は、金ナノ粒子固定化ビーズおよび銀ナノ粒子固定化ビーズの各々について、吸収スペクトルの理論値を示した図である。図15に示された曲線A1,A2は、それぞれ、1個の金(Au)ナノ粒子固定化ビーズの吸収スペクトルの理論値および1個の銀(Ag)ナノ粒子固定化ビーズの吸収スペクトルの理論値を示す。   Next, the result of theoretical verification of the light heating effect by the light-to-heat conversion element according to the embodiment of the present invention will be shown. FIG. 13 is a diagram showing a spectrum of sunlight. FIG. 14 is a diagram showing a transmission spectrum of the ITO-PEN film. FIG. 15 is a diagram showing theoretical values of absorption spectra for each of gold nanoparticle-immobilized beads and silver nanoparticle-immobilized beads. Curves A1 and A2 shown in FIG. 15 indicate the theoretical value of the absorption spectrum of one gold (Au) nanoparticle-immobilized bead and the theory of the absorption spectrum of one silver (Ag) nanoparticle-immobilized bead, respectively. Indicates the value.

図16は、金ナノ粒子固定化ビーズおよび銀ナノ粒子固定化ビーズの各々について、Maxwell方程式を離散化積分法(クラスターDDA(離散双極子近似)法)で解いて計算した、図15の理論値と図13および図14の重なり積分で求めた、単位時間当たりの熱量の理論値を示した図である。図16を参照して、グラフの縦軸は、金属ナノ粒子固定化ビーズの単位時間当たりの熱量と、基板に固定された金属ナノ粒子固定化ビーズの個数との積を示す。   FIG. 16 is a theoretical value of FIG. 15 calculated by solving the Maxwell equation by a discrete integration method (cluster DDA (discrete dipole approximation) method) for each of gold nanoparticle-immobilized beads and silver nanoparticle-immobilized beads. It is the figure which showed the theoretical value of the calorie | heat amount per unit time calculated | required by the overlap integral of FIG. 13 and FIG. Referring to FIG. 16, the vertical axis of the graph represents the product of the amount of heat per unit time of the metal nanoparticle-immobilized beads and the number of metal nanoparticle-immobilized beads immobilized on the substrate.

銀ナノ粒子固定化ビーズを含む光熱変換素子および金ナノ粒子固定化ビーズを含む光熱変換素子ともに、第1のサンプルの金属ナノ粒子固定化ビーズの個数を見積もった。第1のサンプルにおける金属ナノ粒子固定化ビーズの個数は、2.49×1010(個/mL)×2(mL)=4.98×1010(個)である。したがって、基板に固定された金属ナノ粒子固定化ビーズの個数を5.0×1010として単位時間当たりの熱量を算出した。 For both the photothermal conversion element including the silver nanoparticle-immobilized beads and the photothermal conversion element including the gold nanoparticle-immobilized beads, the number of metal nanoparticle-immobilized beads of the first sample was estimated. The number of metal nanoparticle-immobilized beads in the first sample is 2.49 × 10 10 (pieces / mL) × 2 (mL) = 4.98 × 10 10 (pieces). Therefore, the amount of heat per unit time was calculated by setting the number of metal nanoparticle-immobilized beads fixed to the substrate to 5.0 × 10 10 .

曲線B1は、図15の曲線A1と、図13の太陽光スペクトルと、図14のITO−PENフィルムの透過スペクトルとから計算された金ナノ粒子固定化ビーズの単位時間当たりの熱量の理論値を示す。曲線B2は、図15の曲線A2と、図13の太陽光スペクトルと、図14のITO−PENフィルムの透過スペクトルとから計算された、銀ナノ粒子固定化ビーズの単位時間当たりの熱量の理論値を示す。   Curve B1 represents the theoretical value of heat per unit time of the gold nanoparticle-immobilized beads calculated from the curve A1 of FIG. 15, the sunlight spectrum of FIG. 13, and the transmission spectrum of the ITO-PEN film of FIG. Show. Curve B2 is the theoretical value of the heat per unit time of the silver nanoparticle-immobilized beads calculated from the curve A2 in FIG. 15, the sunlight spectrum in FIG. 13, and the transmission spectrum of the ITO-PEN film in FIG. Indicates.

一方、図10および図11に示されるように、金ナノ粒子固定化ビーズの実際の温度上昇幅は、18.9℃であり、銀ナノ粒子固定化ビーズの実際の温度上昇幅は、9.0℃である。理論上の温度上昇幅に対して実際の温度上昇幅が低い理由は、光熱変換素子1によって発生した熱が光熱変換素子1の周囲に放出されるためと考えられる。したがって、光熱変換素子1の放熱を抑制することにより、光熱変換素子1の温度上昇幅をより大きくすることが可能である。   On the other hand, as shown in FIGS. 10 and 11, the actual temperature increase width of the gold nanoparticle-immobilized beads is 18.9 ° C., and the actual temperature increase width of the silver nanoparticle-immobilized beads is 9. 0 ° C. The reason why the actual temperature rise width is lower than the theoretical temperature rise width is considered to be that the heat generated by the photothermal conversion element 1 is released around the photothermal conversion element 1. Therefore, by suppressing the heat radiation of the photothermal conversion element 1, it is possible to further increase the temperature rise width of the photothermal conversion element 1.

さらに、金ナノ粒子固定化ビーズの温度上昇幅と銀ナノ粒子固定化ビーズの温度上昇幅との比を評価した。理論値による温度上昇幅の比は、50.9℃/25.8℃=約1.97である。実験値による温度上昇幅の比は、18.5℃/9.0℃=約2.06である。温度上昇幅の理論値の比と、温度上昇幅の実験値の比とはよく一致している。このことから、理論による考察の妥当性が示される。   Furthermore, the ratio between the temperature increase width of the gold nanoparticle-immobilized beads and the temperature increase width of the silver nanoparticle-immobilized beads was evaluated. The ratio of the temperature rise width according to the theoretical value is 50.9 ° C./25.8° C. = 1.97. The ratio of the temperature rise width according to the experimental value is 18.5 ° C./9.0° C. = about 2.06. The ratio of the theoretical value of the temperature rise width agrees well with the ratio of the experimental value of the temperature rise width. This shows the validity of the theoretical considerations.

図17は、放熱量が完全にゼロであると仮定した理想的な場合に期待される、温度変化の時間依存性の数値計算結果を示したグラフ図である。図17を参照して、グラフの横軸は、光の照射時間を示し、グラフの縦軸は温度変化の値を示す。金ナノ粒子固定化ビーズを用いた光熱変換素子、および銀ナノ粒子固定化ビーズを用いた光熱変換素子のいずれにおいても、温度変化の値は光の照射時間に比例して増大する。   FIG. 17 is a graph showing the numerical calculation result of the time dependence of the temperature change, which is expected in an ideal case assuming that the heat radiation amount is completely zero. Referring to FIG. 17, the horizontal axis of the graph indicates the irradiation time of light, and the vertical axis of the graph indicates the value of temperature change. In both the photothermal conversion element using gold nanoparticle-immobilized beads and the photothermal conversion element using silver nanoparticle-immobilized beads, the temperature change value increases in proportion to the light irradiation time.

曲線B1で表される単位時間当たりの熱量の理論値を積分することにより、100秒間の太陽光の照射による、金ナノ粒子固定化ビーズ(個数:5×1010)の温度上昇幅を算出した。金ナノ粒子固定化ビーズの温度上昇幅は50.9℃と算出された。同じく、曲線B2で表される単位時間当たりの熱量の理論値を積分することにより、100秒間の太陽光の照射による、銀ナノ粒子固定化ビーズ(個数:5×1010)の温度上昇幅を算出した。銀ナノ粒子固定化ビーズの温度上昇幅は25.8℃と算出された。 By integrating the theoretical value of the amount of heat per unit time represented by the curve B1, the temperature rise width of the gold nanoparticle-immobilized beads (number: 5 × 10 10 ) by irradiation with sunlight for 100 seconds was calculated. . The temperature increase width of the gold nanoparticle-immobilized beads was calculated to be 50.9 ° C. Similarly, by integrating the theoretical value of the amount of heat per unit time represented by curve B2, the temperature rise width of the silver nanoparticle-immobilized beads (number: 5 × 10 10 ) due to sunlight irradiation for 100 seconds can be obtained. Calculated. The temperature increase width of the silver nanoparticle-immobilized beads was calculated to be 25.8 ° C.

[光熱発電装置]
図18は、本発明の実施の形態に係る光熱発電装置の模式的な構成図である。図18を参照して、光熱発電装置100は、光熱変換素子1と、熱電変換部20とを備える。熱電変換部20は、高温部21と、低温部22,23と、P型熱電半導体24と、N型熱電半導体25とを有する。
[Photothermal power generator]
FIG. 18 is a schematic configuration diagram of the photothermal power generation device according to the embodiment of the present invention. Referring to FIG. 18, the photothermal power generation device 100 includes a photothermal conversion element 1 and a thermoelectric conversion unit 20. The thermoelectric conversion unit 20 includes a high temperature part 21, low temperature parts 22 and 23, a P-type thermoelectric semiconductor 24, and an N-type thermoelectric semiconductor 25.

高温部21と光熱変換素子1とは熱的に接続されている。P型熱電半導体24は、高温部21と低温部22とに熱的に接続されている。N型熱電半導体25は、高温部21と低温部23とに熱的に接続されている。   The high temperature part 21 and the photothermal conversion element 1 are thermally connected. The P-type thermoelectric semiconductor 24 is thermally connected to the high temperature part 21 and the low temperature part 22. The N-type thermoelectric semiconductor 25 is thermally connected to the high temperature part 21 and the low temperature part 23.

光源40は、たとえば太陽である。光熱変換素子1は光源からの光41(太陽光)を受けて熱を発生させる。したがって高温部21の温度が上昇する。一方、低温部22,23は、たとえば図示しないヒートシンクなどによって冷却される。これによりP型熱電半導体24およびN型熱電半導体25の各々の両端の間には温度差が発生する。この実施の形態では、光源40は太陽である。ただし光源40は太陽に限定されるものではない。   The light source 40 is, for example, the sun. The photothermal conversion element 1 receives light 41 (sunlight) from the light source and generates heat. Therefore, the temperature of the high temperature part 21 rises. On the other hand, the low temperature parts 22 and 23 are cooled by, for example, a heat sink (not shown). As a result, a temperature difference is generated between both ends of the P-type thermoelectric semiconductor 24 and the N-type thermoelectric semiconductor 25. In this embodiment, the light source 40 is the sun. However, the light source 40 is not limited to the sun.

P型熱電半導体24の内部では、正孔24hが拡散して低温部22の側に集まる。このためP型熱電半導体24では、低温部22の側の電位が高くなる。一方、N型熱電半導体25の内部では、電子25eが低温部23の側へ拡散する。このためN型熱電半導体25では、低温部23の側の電位が低くなる。したがって低温部22,23の間には電位差が生じる。低温部22,23に負荷50を接続することにより、電流が低温部22から負荷50へと流れる。すなわち光熱発電装置100から負荷50に電気エネルギーが供給される。   Inside the P-type thermoelectric semiconductor 24, the holes 24h are diffused and gathered on the low temperature portion 22 side. For this reason, in the P-type thermoelectric semiconductor 24, the potential on the low temperature portion 22 side is increased. On the other hand, inside the N-type thermoelectric semiconductor 25, the electrons 25e diffuse to the low temperature portion 23 side. Therefore, in the N-type thermoelectric semiconductor 25, the potential on the low temperature portion 23 side is lowered. Therefore, a potential difference is generated between the low temperature portions 22 and 23. By connecting the load 50 to the low temperature sections 22 and 23, current flows from the low temperature section 22 to the load 50. That is, electric energy is supplied from the photothermal power generation device 100 to the load 50.

このように光熱発電装置100は、光のエネルギーを熱エネルギーに変換し、さらに、その熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。次に、本発明の実施の形態に係る光熱発電装置100の具体的な形態を説明する。   Thus, the photothermal power generation device 100 converts light energy into heat energy, and further converts the heat energy into electrical energy. Next, a specific form of the photothermal power generation apparatus 100 according to the embodiment of the present invention will be described.

(実施の形態1)
図19は、本発明の第1の実施の形態に係る光熱発電装置101の構成を示した図である。図19を参照して、光熱発電装置101は、光熱変換素子1と、熱電変換部20とを備える。
(Embodiment 1)
FIG. 19 is a diagram showing a configuration of the photothermal power generation device 101 according to the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 19, the photothermal power generation device 101 includes a photothermal conversion element 1 and a thermoelectric conversion unit 20.

光熱変換素子1は、金属ナノ粒子集積構造体10と、基板2,3とを備える。基板2,3は、たとえばITO−PENフィルムである。基板2は、PENフィルム2aとITO膜2bとを備える。基板3は、PENフィルム3aとITO膜3bとを備える。金属ナノ粒子集積構造体10は、ITO膜2bの表面に固定される。すなわちITO膜2bが形成された基板2の表面が、金属ナノ粒子集積構造体10を固定する固定面となる。ITO膜3bがITO膜2bと対向するように基板3が配置される。   The photothermal conversion element 1 includes a metal nanoparticle integrated structure 10 and substrates 2 and 3. The substrates 2 and 3 are, for example, ITO-PEN films. The substrate 2 includes a PEN film 2a and an ITO film 2b. The substrate 3 includes a PEN film 3a and an ITO film 3b. The metal nanoparticle integrated structure 10 is fixed to the surface of the ITO film 2b. That is, the surface of the substrate 2 on which the ITO film 2 b is formed becomes a fixing surface for fixing the metal nanoparticle assembly structure 10. The substrate 3 is arranged so that the ITO film 3b faces the ITO film 2b.

熱電変換部20は、高温部21a,21bと、低温部22a,22b,22cと、P型熱電半導体24a,24bと、N型熱電半導体25a,25bと、ヒートシンク27とを有する。   The thermoelectric conversion unit 20 includes high-temperature parts 21a and 21b, low-temperature parts 22a, 22b, and 22c, P-type thermoelectric semiconductors 24a and 24b, N-type thermoelectric semiconductors 25a and 25b, and a heat sink 27.

高温部21aは、電極31aと導電性ペースト32aとにより構成される。高温部21bは、電極31bと導電性ペースト32bとにより構成される。   The high temperature part 21a is composed of an electrode 31a and a conductive paste 32a. The high temperature part 21b is composed of an electrode 31b and a conductive paste 32b.

P型熱電半導体24aおよびN型熱電半導体25aは、導電性ペースト32aを介して、電極31aと熱的かつ電気的に接続される。P型熱電半導体24bおよびN型熱電半導体25bは、導電性ペースト32bを介して、電極31bと熱的かつ電気的に接続される。   P-type thermoelectric semiconductor 24a and N-type thermoelectric semiconductor 25a are thermally and electrically connected to electrode 31a via conductive paste 32a. The P-type thermoelectric semiconductor 24b and the N-type thermoelectric semiconductor 25b are thermally and electrically connected to the electrode 31b via the conductive paste 32b.

低温部22aは、導電性ペースト33aと、電極34aと、導電性ペースト35aとにより構成される。P型熱電半導体24aは、導電性ペースト33aを介して電極34aと熱的かつ電気的に接続される。低温部22aは、導電性ペースト35aを介してヒートシンク27に熱的に接続される。ヒートシンク27は、たとえばアルミナ基板により構成される。したがって、低温部22aは、ヒートシンク27から電気的に絶縁される。   The low temperature part 22a is composed of a conductive paste 33a, an electrode 34a, and a conductive paste 35a. The P-type thermoelectric semiconductor 24a is thermally and electrically connected to the electrode 34a through the conductive paste 33a. The low temperature part 22a is thermally connected to the heat sink 27 via the conductive paste 35a. The heat sink 27 is made of an alumina substrate, for example. Therefore, the low temperature part 22 a is electrically insulated from the heat sink 27.

低温部22bは、導電性ペースト33bと、電極34bと、導電性ペースト35bとにより構成される。N型熱電半導体25bは、導電性ペースト33bを介して電極34bと熱的かつ電気的に接続される。低温部22bは、導電性ペースト35bを介してヒートシンク27に熱的に接続されるものの、ヒートシンク27から電気的に絶縁される。   The low temperature part 22b is composed of a conductive paste 33b, an electrode 34b, and a conductive paste 35b. The N-type thermoelectric semiconductor 25b is thermally and electrically connected to the electrode 34b through the conductive paste 33b. Although the low temperature part 22b is thermally connected to the heat sink 27 via the conductive paste 35b, it is electrically insulated from the heat sink 27.

低温部22cは、導電性ペースト33cと、電極34cと、導電性ペースト35cとにより構成される。N型熱電半導体25aおよびP型熱電半導体24bは、導電性ペースト33cを介して電極34cと熱的かつ電気的に接続される。低温部22bは、導電性ペースト35bを介してヒートシンク27に熱的に接続されるものの、ヒートシンク27から電気的に絶縁される。   The low temperature part 22c is composed of a conductive paste 33c, an electrode 34c, and a conductive paste 35c. N-type thermoelectric semiconductor 25a and P-type thermoelectric semiconductor 24b are thermally and electrically connected to electrode 34c through conductive paste 33c. Although the low temperature part 22b is thermally connected to the heat sink 27 via the conductive paste 35b, it is electrically insulated from the heat sink 27.

図19に示された構成によれば、ITO膜3bが形成された面と反対側の基板3の表面面に光41が入射する。ITO膜2bが形成された面(固定面)と反対側の基板2の表面が電極31a,31bと熱的に接続される。したがって高温部21a,21bは、光熱変換素子1と熱的に接続されるとともに、光熱変換素子1から電気的に絶縁される。基板3を通過した光が複数の金属ナノ粒子集積構造体10に照射される。これにより複数の金属ナノ粒子集積構造体10の局在表面プラズモン共鳴が生じて発熱が増強される。さらに光熱変換素子1によって発生した熱は電極31a,31bに直接的に伝達される。したがって、光熱変換素子1から熱電変換部20に多くの熱エネルギーを伝達することができる。   According to the configuration shown in FIG. 19, the light 41 is incident on the surface of the substrate 3 opposite to the surface on which the ITO film 3b is formed. The surface of the substrate 2 opposite to the surface (fixed surface) on which the ITO film 2b is formed is thermally connected to the electrodes 31a and 31b. Therefore, the high temperature portions 21 a and 21 b are thermally connected to the photothermal conversion element 1 and are electrically insulated from the photothermal conversion element 1. The light that has passed through the substrate 3 is irradiated to the plurality of metal nanoparticle integrated structures 10. As a result, localized surface plasmon resonance occurs in the plurality of metal nanoparticle integrated structures 10 to enhance heat generation. Furthermore, the heat generated by the photothermal conversion element 1 is directly transmitted to the electrodes 31a and 31b. Therefore, a large amount of heat energy can be transmitted from the photothermal conversion element 1 to the thermoelectric conversion unit 20.

さらに図19に示された構成では、P型熱電半導体24aおよびN型熱電半導体25aからなる熱電変換部と、P型熱電半導体24bおよびN型熱電半導体25bからなる熱電変換部とが電気的に直列接続される。これにより、熱電変換部20の出力電圧を高くすることができる。   Further, in the configuration shown in FIG. 19, a thermoelectric conversion unit composed of a P-type thermoelectric semiconductor 24a and an N-type thermoelectric semiconductor 25a and a thermoelectric conversion unit composed of a P-type thermoelectric semiconductor 24b and an N-type thermoelectric semiconductor 25b are electrically connected in series. Connected. Thereby, the output voltage of the thermoelectric conversion part 20 can be made high.

なお図19では、P型熱電半導体およびN型熱電半導体の組の数が2つの場合を示している。しかし、P型熱電半導体およびN型熱電半導体の組の個数は2に限定されるものではない。   FIG. 19 shows a case where the number of pairs of P-type thermoelectric semiconductors and N-type thermoelectric semiconductors is two. However, the number of pairs of P-type thermoelectric semiconductors and N-type thermoelectric semiconductors is not limited to two.

図20は、図19に示した光熱発電装置101による出力の時間変化を実験した結果を示した図である。図20を参照して、グラフの横軸は光の照射時間を示し、グラフの縦軸は、熱電変換モジュールから出力される電力を示す。この実験では、熱電変換モジュールに、セラミック基板、参照用基板(図中「REF」と示す)、金ナノ粒子固定化ビーズを用いた光熱変換素子、および銀ナノ粒子固定化ビーズを用いた光熱変換素子の各々を実装した。さらに図20では、参考として、光熱変換素子がない場合の熱電変換モジュールの出力も示されている。図20に示されるように、本発明の実施の形態に係る光熱変換素子を用いることにより、セラミック基板あるいは参照用基板を用いた場合に比較して熱電変換モジュールの出力が高くなる。このことは、本発明の実施の形態に係る光熱変換素子による発熱効果を利用した光熱発電の実現可能性を示している。   FIG. 20 is a diagram illustrating a result of an experiment on a temporal change in output by the photothermal power generation device 101 illustrated in FIG. Referring to FIG. 20, the horizontal axis of the graph indicates the irradiation time of light, and the vertical axis of the graph indicates the power output from the thermoelectric conversion module. In this experiment, the thermoelectric conversion module is a ceramic substrate, a reference substrate (shown as “REF” in the figure), a photothermal conversion element using gold nanoparticle-immobilized beads, and photothermal conversion using silver nanoparticle-immobilized beads. Each of the elements was mounted. Furthermore, in FIG. 20, the output of the thermoelectric conversion module when there is no photothermal conversion element is also shown for reference. As shown in FIG. 20, by using the photothermal conversion element according to the embodiment of the present invention, the output of the thermoelectric conversion module becomes higher than when a ceramic substrate or a reference substrate is used. This indicates the feasibility of photothermal power generation using the heat generation effect of the photothermal conversion element according to the embodiment of the present invention.

さらに、図19に示す熱電変換部20には、より高い変換効率を有する素子を用いることが好ましい。たとえば、熱電変換部20におけるP型熱電半導体24の材料として、Bi0.4Sb1.6Te3を用いることができる。Bi2Te3にSbをドープした材料は、室温付近から100℃前後までの温度範囲において高い熱電特性を示す。したがって、このようなP型熱電半導体24を含む熱電変換部20と、本実施の形態に係る光熱変換素子とを組み合わせて図19に示す光熱発電装置101を構成することで、光熱発電装置101の出力を高めることができる。 Furthermore, it is preferable to use an element having higher conversion efficiency for the thermoelectric conversion section 20 shown in FIG. For example, Bi 0.4 Sb 1.6 Te 3 can be used as the material of the P-type thermoelectric semiconductor 24 in the thermoelectric converter 20. A material in which Bi 2 Te 3 is doped with Sb exhibits high thermoelectric properties in a temperature range from around room temperature to around 100 ° C. Therefore, by combining the thermoelectric conversion unit 20 including such a P-type thermoelectric semiconductor 24 and the photothermal conversion element according to the present embodiment, the photothermal power generation apparatus 101 shown in FIG. The output can be increased.

(実施の形態2)
図21は、本発明の第2の実施の形態に係る光熱発電装置102の構成を示した図である。図21を参照して、光熱変換素子1A,1Bは、たとえば熱電変換部のサイズに合わせて光熱変換素子1を分割することに形成される。
(Embodiment 2)
FIG. 21 is a diagram showing a configuration of the photothermal power generation device 102 according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 21, photothermal conversion elements 1A and 1B are formed, for example, by dividing photothermal conversion element 1 in accordance with the size of the thermoelectric conversion portion.

ITO膜2bが形成された面と反対側の基板2の表面に光41が入射するように、光熱変換素子1A,1Bの各々が配置される。さらに、基板3のITO膜3bが外側に向けられるように、光熱変換素子1A,1Bの各々が形成されている。   Each of the photothermal conversion elements 1A and 1B is arranged so that the light 41 is incident on the surface of the substrate 2 opposite to the surface on which the ITO film 2b is formed. Further, each of the photothermal conversion elements 1A and 1B is formed so that the ITO film 3b of the substrate 3 faces outward.

第2の実施の形態に係る光熱発電装置102の構成では、第1の実施の形態に係る光熱発電装置101の構成から電極31a,31bが省略されている。光熱変換素子1Aでは、基板3のITO膜3bが、導電性ペースト32aを介してP型熱電半導体24aおよびN型熱電半導体25aに電気的かつ熱的に接続される。光熱変換素子1Bでは、基板3のITO膜3bが、導電性ペースト32bを介してP型熱電半導体24bおよびN型熱電半導体25bに電気的かつ熱的に接続される。   In the configuration of the photothermal power generation device 102 according to the second embodiment, the electrodes 31a and 31b are omitted from the configuration of the photothermal power generation device 101 according to the first embodiment. In the photothermal conversion element 1A, the ITO film 3b of the substrate 3 is electrically and thermally connected to the P-type thermoelectric semiconductor 24a and the N-type thermoelectric semiconductor 25a via the conductive paste 32a. In the photothermal conversion element 1B, the ITO film 3b of the substrate 3 is electrically and thermally connected to the P-type thermoelectric semiconductor 24b and the N-type thermoelectric semiconductor 25b via the conductive paste 32b.

基板3のITO膜3bによってN型熱電半導体25aとP型熱電半導体24bとが電気的に短絡しないように光熱変換素子1A,1Bの大きさが定められる。この実施の形態では、基板3のITO膜3bおよび導電性ペースト32a,32bによって高温部が実現される。光熱発電装置102の他の部分の構成は、図19に示された光熱発電装置101の対応する部分の構成と同様であるので、以後の説明は繰り返さない。   The sizes of the photothermal conversion elements 1A and 1B are determined so that the N-type thermoelectric semiconductor 25a and the P-type thermoelectric semiconductor 24b are not electrically short-circuited by the ITO film 3b of the substrate 3. In this embodiment, the high temperature portion is realized by the ITO film 3b of the substrate 3 and the conductive pastes 32a and 32b. Since the structure of the other part of the photothermal power generation apparatus 102 is the same as the structure of the corresponding part of the photothermal power generation apparatus 101 shown in FIG. 19, the following description will not be repeated.

第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態によって得られる効果を得ることができる。さらに、第2の実施の形態によれば、高温部の電極を省略することができる。したがって、光熱発電装置の構成をより簡素化することができる。   According to the second embodiment, the effect obtained by the first embodiment can be obtained. Furthermore, according to the second embodiment, the electrode in the high temperature part can be omitted. Therefore, the configuration of the photothermal power generation device can be further simplified.

(実施の形態3)
図22は、本発明の第3の実施の形態に係る光熱発電装置103の構成を模式的に示した図である。図22を参照して、光熱発電装置103は、太陽電池/光熱変換素子1Cと、熱電変換部20とを備える。
(Embodiment 3)
FIG. 22 is a diagram schematically showing the configuration of the photothermal power generation device 103 according to the third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 22, the photothermal power generation device 103 includes a solar cell / photothermal conversion element 1 </ b> C and a thermoelectric conversion unit 20.

太陽電池/光熱変換素子1Cは、太陽電池と本発明の実施の形態に係る光熱変換素子との両方を兼ね備えた素子である。この実施の形態では、色素増感太陽電池(色素増感光電変換素子)が採用される。図23は、図22に示された太陽電池/光熱変換素子1Cの構造を示した図である。   Solar cell / photothermal conversion element 1 </ b> C is an element having both a solar battery and the photothermal conversion element according to the embodiment of the present invention. In this embodiment, a dye-sensitized solar cell (a dye-sensitized photoelectric conversion element) is employed. FIG. 23 is a diagram showing the structure of the solar cell / photothermal conversion element 1C shown in FIG.

図23を参照して、太陽電池/光熱変換素子1Cは、基板2,3と、基板2の表面に固定された金属ナノ粒子集積構造体10と、増感色素62が付着した酸化チタン(TiO)61と、ヨウ素を含む電解質溶液63とを有する。多くの場合、基板2のITO膜2bの表面に酸化チタン61の膜が形成され、酸化チタン61に増感色素62が付着している。なお、図が煩雑になるのを避けるために、図23では酸化チタン61がITO膜2bから離れて記載されている。 Referring to FIG. 23, solar cell / photothermal conversion element 1C includes substrates 2 and 3, metal nanoparticle integrated structure 10 fixed on the surface of substrate 2, and titanium oxide (TiO 2) to which sensitizing dye 62 is attached. 2 ) 61 and an electrolyte solution 63 containing iodine. In many cases, a film of titanium oxide 61 is formed on the surface of the ITO film 2 b of the substrate 2, and the sensitizing dye 62 is attached to the titanium oxide 61. Note that, in order to avoid complication of the figure, in FIG. 23, the titanium oxide 61 is shown apart from the ITO film 2b.

基板3では、白金などからなる触媒層がITO膜3bの表面に形成されている。基板2,3の間に電解質溶液63が存在する。電解質溶液63は、代表的にはヨウ素系の電解液である。   In the substrate 3, a catalyst layer made of platinum or the like is formed on the surface of the ITO film 3b. An electrolyte solution 63 exists between the substrates 2 and 3. The electrolyte solution 63 is typically an iodine-based electrolyte.

色素増感太陽電池は、以下の原理により発電する。増感色素62は、光源40(たとえば太陽)からの光41を吸収することによって励起状態となり、電子を放出する。この電子が酸化チタン61を経由してITO膜2b(透明電極)に達して外部に流れる。電子は外部回路を経由してITO膜3b(透明電極)に達する。電解質溶液63中の三ヨウ化物イオン(I )が電子をITO膜3bから受け取ることにより、ヨウ化物イオン(I)へと変化する。ヨウ化物イオンは、増感色素62に電子を渡すことにより、三ヨウ化物イオンへと変化する。一方、電子を受け取った増感色素62は、元の状態に戻る。増感色素62に光が照射される間、上記の一連の動作が繰り返される。 The dye-sensitized solar cell generates power based on the following principle. The sensitizing dye 62 is excited by absorbing light 41 from the light source 40 (for example, the sun) and emits electrons. The electrons reach the ITO film 2b (transparent electrode) via the titanium oxide 61 and flow to the outside. The electrons reach the ITO film 3b (transparent electrode) via an external circuit. The triiodide ions (I 3 ) in the electrolyte solution 63 change to iodide ions (I ) by receiving electrons from the ITO film 3b. The iodide ion is changed to triiodide ion by passing electrons to the sensitizing dye 62. On the other hand, the sensitizing dye 62 that has received the electrons returns to the original state. While the sensitizing dye 62 is irradiated with light, the above series of operations is repeated.

図23に示された構成から、実施の形態3では、光熱変換素子は、色素増感太陽電池を含むといえる。基板2,3は色素増感太陽電池の電極として機能する。   From the configuration shown in FIG. 23, in Embodiment 3, it can be said that the photothermal conversion element includes a dye-sensitized solar cell. The substrates 2 and 3 function as electrodes of the dye-sensitized solar cell.

金属ナノ粒子集積構造体10の基材粒子には、酸化チタン粒子を適用することが好ましい。これにより、発熱効果を増強することができるだけでなく、金属ナノ粒子集積構造体10の内部および表面で光散乱を増強させることができる。光散乱が増強することによって、増感色素62の光吸収効率を向上させることができるので、色素増感太陽電池の発電効率を高めることができる。金属ナノ粒子集積構造体10による光散乱の増強の効果について以下に説明する。   It is preferable to apply titanium oxide particles to the base particles of the metal nanoparticle assembly structure 10. Thereby, not only the heat generation effect can be enhanced, but also light scattering can be enhanced inside and on the surface of the metal nanoparticle integrated structure 10. By enhancing the light scattering, the light absorption efficiency of the sensitizing dye 62 can be improved, so that the power generation efficiency of the dye-sensitized solar cell can be increased. The effect of enhancing light scattering by the metal nanoparticle integrated structure 10 will be described below.

図24は、銀ナノ粒子固定化ビーズの三次元モデルを説明するための図である。図24を参照して、Dbは銀ナノ粒子集積構造体の直径である。Dcは、クラスター12Aの直径である。apはクラスター12Aを構成する銀ナノ粒子(金属ナノ粒子12)の直径である。dpは、クラスター12Aの間隔である。 FIG. 24 is a diagram for explaining a three-dimensional model of beads immobilized with silver nanoparticles. Referring to FIG. 24, D b is the diameter of the silver nanoparticle assembly structure. D c is the diameter of the cluster 12A. ap is the diameter of the silver nanoparticles (metal nanoparticles 12) constituting the cluster 12A. d p is the interval of the cluster 12A.

図25は、図24に示した銀ナノ粒子固定化ビーズの計算モデルを示した図である。図25を参照して、計算モデルでは、銀ナノ粒子の集合体をクラスターとして取り扱う(クラスターDDA(離散双極子近似)法)。   FIG. 25 is a diagram showing a calculation model of the silver nanoparticle-immobilized beads shown in FIG. Referring to FIG. 25, in the calculation model, an aggregate of silver nanoparticles is handled as a cluster (cluster DDA (discrete dipole approximation) method).

(A)に示されたモデルでは、クラスターの個数Nは546個であり、dp=10nmである。(B)に示されたモデルでは、クラスターの個数Nは793個であり、dp=5nmである。(C)に示されたモデルでは、クラスターの個数Nは1024個であり、dp=2nmである。なお、図25(A)〜(C)に示されたモデルでは、Db=400nmであり、ap=Dc=20nmであり、1つのクラスターに1つの銀ナノ粒子を含む。 In the model shown in (A), the number N of clusters is 546, and d p = 10 nm. In the model shown in (B), the number N of clusters is 793, and d p = 5 nm. In the model shown in (C), the number N of clusters is 1024, and d p = 2 nm. In the models shown in FIGS. 25A to 25C, D b = 400 nm, a p = D c = 20 nm, and one cluster includes one silver nanoparticle.

図26は、銀ナノ粒子固定化ビーズの消衰スペクトルの計算結果を示した図である。図26を参照して、クラスターの個数N=546の場合(図25(A)に対応)、N=793の場合(図25(B)に対応)、N=1024の場合(図25(C)に対応)の3種類の消衰スペクトルが示される。さらに、図26では、N=1の場合のスペクトルを50倍した結果も示される。   FIG. 26 is a diagram showing the calculation result of the extinction spectrum of the silver nanoparticle-immobilized beads. Referring to FIG. 26, the number of clusters N = 546 (corresponding to FIG. 25A), N = 793 (corresponding to FIG. 25B), and N = 1024 (FIG. 25C 3) extinction spectra corresponding to) are shown. Further, FIG. 26 also shows the result of multiplying the spectrum when N = 1 by 50.

N=1の場合、消衰スペクトルのピーク波長は、ほぼ400nmである。クラスターの個数Nが増加するに従い、消衰スペクトルのピーク波長が長波長側にシフトするとともにスペクトルがブロードになる。   When N = 1, the peak wavelength of the extinction spectrum is approximately 400 nm. As the number N of clusters increases, the peak wavelength of the extinction spectrum shifts to the longer wavelength side and the spectrum becomes broader.

図27は、クラスターの個数Nに応じた電場強度分布を示した図である。図27を参照して、ビーズの中心を原点とした平面に対して垂直に進む波長λ=600nmの偏光を入射した場合の、2μm×2μmのサイズの領域での電場強度分布が示される。スポットの直径は1μmである。図27(A)〜(D)は、クラスターの個数N=0,N=546,N=793,N=1024の場合の電場強度の分布をそれぞれ示している。   FIG. 27 is a diagram showing an electric field intensity distribution according to the number N of clusters. Referring to FIG. 27, there is shown an electric field intensity distribution in a region having a size of 2 μm × 2 μm when polarized light having a wavelength λ = 600 nm traveling perpendicularly to a plane with the center of the bead as the origin is incident. The spot diameter is 1 μm. FIGS. 27A to 27D show electric field intensity distributions when the number of clusters N = 0, N = 546, N = 793, and N = 1024, respectively.

図27(A),(B),(C),(D)の各々には点線により円が示される。この円の内側がコアの内部に対応する。N=0の場合とは、入射電場のみの場合に対応する。N=0の場合におけるコアの内部の電場の積分強度を1とする。N=546の場合には、コアの内部の電場の積分強度がN=0の場合の3.59倍になる。N=793の場合には、コアの内部の電場の積分強度がN=0の場合の14.6倍になる。N=1024の場合には、コアの内部の電場の積分強度がN=0の場合の75.9倍になる。   In each of FIGS. 27A, 27B, 27C, and 27D, a circle is indicated by a dotted line. The inside of this circle corresponds to the inside of the core. The case of N = 0 corresponds to the case of only the incident electric field. The integrated intensity of the electric field inside the core when N = 0 is set to 1. In the case of N = 546, the integrated intensity of the electric field inside the core is 3.59 times that in the case of N = 0. In the case of N = 793, the integrated intensity of the electric field inside the core is 14.6 times that in the case of N = 0. When N = 1024, the integrated intensity of the electric field inside the core is 75.9 times that when N = 0.

なお、前記の説明では、金属ナノ粒子固定化ビーズ内外における電場増強効果を用いた色素増感太陽電池に関する構成について開示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。受光部が疎水性の表面を有する構成であれば、シリコン系、化合物系、有機系、量子ドット型など多様な太陽電池にも利用することができる。   In the above description, the configuration relating to the dye-sensitized solar cell using the electric field enhancement effect inside and outside the metal nanoparticle-immobilized beads is disclosed, but the present invention is not limited to this. If the light receiving portion has a hydrophobic surface, it can be used for various solar cells such as silicon-based, compound-based, organic-based, and quantum dot types.

図26および図27から、金属ナノ粒子の種類を適切に選択することにより、小面積でのプラズモニック超放射により、紫外領域、可視領域、赤外領域を全てカバーすることが可能になることが示される。   From FIG. 26 and FIG. 27, it is possible to cover all of the ultraviolet region, visible region, and infrared region by appropriately selecting the type of metal nanoparticles from plasmonic super-radiation in a small area. Indicated.

さらに、金属ナノ粒子集積構造体10において、図25〜27より、金属ナノ粒子12の平均粒子間距離はより短いほうが好ましい。すなわち、金属ナノ粒子集積構造体10において、金属ナノ粒子12が、より高密度に集積されることが好ましい。これにより、図22および図23に示された構成における太陽電池部位(光電変換素子)の発電効率を高めることができる。   Furthermore, in the metal nanoparticle assembly structure 10, the average interparticle distance of the metal nanoparticles 12 is preferably shorter than those in FIGS. That is, in the metal nanoparticle assembly structure 10, it is preferable that the metal nanoparticles 12 are accumulated at a higher density. Thereby, the power generation efficiency of the solar cell part (photoelectric conversion element) in the configuration shown in FIGS. 22 and 23 can be increased.

図34は、図22および図23に示された構成における太陽電池部位(光電変換素子)の特性を表形式でまとめて示す図である。なお、増感色素62として銀ナノ粒子(直径4.2nm)を用い、金属ナノ粒子集積構造体10に用いるビーズおよび61として酸化チタン(TiO)粒子(直径50nm)を用いた。図34を参照して、銀ナノ粒子の密度が2×1014個/mL(平均粒子間距離4.87nm)のサンプルでは、開放電圧は0.755(V)であり、短絡電流密度は16.0(μA/cm)であった。なお、このサンプルのTiO粒子を塗布した領域の面積は11.84cmであった。 FIG. 34 is a diagram collectively showing the characteristics of the solar cell part (photoelectric conversion element) in the configuration shown in FIGS. 22 and 23 in a table format. Silver nanoparticles (diameter 4.2 nm) were used as the sensitizing dye 62, and beads used for the metal nanoparticle integrated structure 10 and titanium oxide (TiO 2 ) particles (diameter 50 nm) were used as the sensitizing dye 62. Referring to FIG. 34, in the sample having a density of silver nanoparticles of 2 × 10 14 particles / mL (average interparticle distance: 4.87 nm), the open circuit voltage is 0.755 (V) and the short circuit current density is 16 0.0 (μA / cm 2 ). The area of a region coated with TiO 2 particles of this sample was 11.84cm 2.

銀ナノ粒子の密度が2×1013個/mL(平均粒子間距離15.4nm)のサンプルでは、開放電圧は0.698(V)であり、短絡電流密度は12.4(μA/cm)であった。なお、このサンプルのTiO粒子を塗布した領域の面積は11.84cmであった。 In the sample having a silver nanoparticle density of 2 × 10 13 particles / mL (average interparticle distance of 15.4 nm), the open circuit voltage is 0.698 (V) and the short circuit current density is 12.4 (μA / cm 2. )Met. The area of a region coated with TiO 2 particles of this sample was 11.84cm 2.

これらのサンプルとの比較のため有機色素(増感色素)が付着したTiO粒子を用いたサンプルの開放電圧および短絡電流密度を測定した。開放電圧は0.720Vであり、短絡電流密度は5.7(μA/cm)であった。なお、このサンプルのTiO粒子を塗布した領域の面積は15.70cmであった。 For comparison with these samples, the open-circuit voltage and short-circuit current density of the sample using TiO 2 particles to which an organic dye (sensitizing dye) was attached were measured. The open circuit voltage was 0.720 V, and the short circuit current density was 5.7 (μA / cm 2 ). The area of a region coated with TiO 2 particles of this sample was 15.70cm 2.

この実施の形態によれば、銀ナノ粒子を固定したTiO粒子を用いた光電変換素子は増感色素が付着したTiO粒子を用いた光電変換素子に比べて高効率の光発電を実現できる。また、銀ナノ粒子を固定したTiO粒子について、銀ナノ粒子の密度を高くする(平均粒子間距離を短くする)ことによって、光発電の効率を高めることができる。具体的には、同じ面積で開放電圧を高くすることができるとともに、短絡電流密度を高くできる。上記の実施形態では、銀ナノ粒子の平均粒子間距離を15.4nmから4.87nmと高密度にすることで約127%の電流密度の増大と108%の開放電圧の増大とを確認した。また、銀ナノ粒子が高密度の場合には、有機色素(増感色素)が付着したTiO粒子を用いた比較実験での結果に比べて、短絡電流、開放電圧ともに大きな値を示すことを確認した。 According to this embodiment, the photoelectric conversion element using TiO 2 particles to which silver nanoparticles are fixed can realize higher-efficiency photovoltaic power generation than the photoelectric conversion element using TiO 2 particles to which a sensitizing dye is attached. . Further, the TiO 2 particles with a fixed silver nanoparticles, a higher density of the silver nanoparticles (to shorten the average interparticle distance) by, it is possible to increase the efficiency of the photovoltaic. Specifically, the open circuit voltage can be increased in the same area, and the short circuit current density can be increased. In the above embodiment, the current density was increased by about 127% and the open circuit voltage was increased by 108% by increasing the average interparticle distance of the silver nanoparticles from 15.4 nm to 4.87 nm. In addition, when the silver nanoparticles are high density, both the short-circuit current and the open-circuit voltage are larger than the result of the comparative experiment using the TiO 2 particles to which the organic dye (sensitizing dye) is attached. confirmed.

[光熱変換素子の他の構成]
なお、本発明の実施の形態に係る光熱変換素子の構造は、図1に示されたように限定されるものではない。図28は、本発明の実施の形態に係る光熱変換素子の他の構造を示した図である。図28に示された光熱変換素子は、基板3を備えていない点において図1に示された構成と異なる。なお、この構成では、基板2に対して反対側から光を金属ナノ粒子集積構造体10に照射することができる。したがって基板2が光透過性を有することは必須ではない。
[Other configuration of photothermal conversion element]
The structure of the photothermal conversion element according to the embodiment of the present invention is not limited as shown in FIG. FIG. 28 is a diagram showing another structure of the photothermal conversion element according to the embodiment of the present invention. The photothermal conversion element shown in FIG. 28 is different from the structure shown in FIG. 1 in that the substrate 3 is not provided. In this configuration, the metal nanoparticle integrated structure 10 can be irradiated with light from the opposite side to the substrate 2. Therefore, it is not essential that the substrate 2 has light transmittance.

たとえば、金属ナノ粒子集積構造体10は、PDMS(ポリジメチルシロキサン)を用いて、基板2の表面に高密度に集積させることができる。PDMSを用いて金属ナノ粒子集積構造体10を固定するための方法として、たとえば以下の方法を用いることができる。まず、粘性の低い溶液(たとえば東レ・ダウコーニング株式会社製のSILPOT 184)に金属ナノ粒子集積構造体を分散し、その分散液を基板2に塗布する。次に、基板上の分散液に、その分散液を固化させるための液(たとえば東レ・ダウコーニング株式会社製のCATALYST SILPOT 184)を加えて、基板を加熱する。これによりPDMSを固化する。なお、PDMSを固化するための方法は、他の公知の方法を用いることも可能である。   For example, the metal nanoparticle integrated structure 10 can be integrated on the surface of the substrate 2 with high density using PDMS (polydimethylsiloxane). As a method for fixing the metal nanoparticle assembly structure 10 using PDMS, for example, the following method can be used. First, the metal nanoparticle integrated structure is dispersed in a low-viscosity solution (for example, SILPOT 184 manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd.), and the dispersion is applied to the substrate 2. Next, a liquid for solidifying the dispersion (for example, CATALYST SILPOT 184 manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd.) is added to the dispersion on the substrate, and the substrate is heated. This solidifies PDMS. In addition, the method for solidifying PDMS can also use another well-known method.

図29は、本発明の実施の形態に係る光熱変換素子のさらに他の構造を示した図である。図29に示された光熱変換素子1Dは、基板2と基板3との間に金属ナノ粒子集積構造体10が二層に配列されている点で図1に示された構成と異なる。図29に示す光熱変換素子1Dは、たとえば図19(実施の形態1)あるいは図21(実施の形態2)に示す光熱発電装置に適用することができる。   FIG. 29 is a diagram showing still another structure of the photothermal conversion element according to the embodiment of the present invention. The photothermal conversion element 1D shown in FIG. 29 is different from the configuration shown in FIG. 1 in that the metal nanoparticle integrated structure 10 is arranged in two layers between the substrate 2 and the substrate 3. The photothermal conversion element 1D shown in FIG. 29 can be applied to the photothermal power generation device shown in FIG. 19 (Embodiment 1) or FIG. 21 (Embodiment 2), for example.

図30は、図29に示した光熱変換素子1Dの製造方法を概略的に説明するフローチャートである。図4および図30を参照して、光熱変換素子1Dの製造方法は、基本的には、光熱変換素子1の製造方法と同様であるが、2枚の基板の両方に金属ナノ粒子固定化ビーズを固定させる点で、光熱変換素子1の製造方法と異なっている。   FIG. 30 is a flowchart schematically illustrating a manufacturing method of the photothermal conversion element 1D shown in FIG. 4 and 30, the manufacturing method of the photothermal conversion element 1D is basically the same as the manufacturing method of the photothermal conversion element 1, but the metal nanoparticle-immobilized beads are provided on both of the two substrates. Is different from the manufacturing method of the photothermal conversion element 1 in that

具体的には、ステップS1Aにおいて、一枚目の基板(基板2)および二枚目の基板(基板3)の両方を洗浄する。ステップS2Aにおいて、基板2,3の表面の端部をマスキングテープ4,5によってマスキングする。ステップS3Aにおいて、金属ナノ粒子固定化ビーズ分散液を希釈して、分散液の濃度を調整する。ステップS2A,S3Aの処理は必須ではない。   Specifically, in step S1A, both the first substrate (substrate 2) and the second substrate (substrate 3) are cleaned. In step S2A, the edge portions of the surfaces of the substrates 2 and 3 are masked by the masking tapes 4 and 5. In step S3A, the metal nanoparticle-immobilized bead dispersion is diluted to adjust the concentration of the dispersion. Steps S2A and S3A are not essential.

ステップS4Aにおいて、基板2,3の両方の表面に、金属ナノ粒子固定化ビーズの希釈分散液6を塗布する。ステップS5Aにおいて、基板2,3を静置して乾燥させる。これにより金属ナノ粒子固定化ビーズが基板2,3の各々の表面に固定される。ステップS6Aにおいて、二枚目の基板(基板3)を一枚目の基板(基板2)に貼り合わせる。この際に、基板2と基板3とは、金属ナノ粒子固定化ビーズの希釈分散液6が塗布された表面同士が向かい合うようにして貼り合わせる。これにより、図29に示す光熱変換素子1Dを作製することができる。   In step S4A, the diluted dispersion 6 of metal nanoparticle-immobilized beads is applied to both surfaces of the substrates 2 and 3. In step S5A, the substrates 2 and 3 are left to dry. As a result, the metal nanoparticle-immobilized beads are fixed to the respective surfaces of the substrates 2 and 3. In step S6A, the second substrate (substrate 3) is bonded to the first substrate (substrate 2). At this time, the substrate 2 and the substrate 3 are bonded together so that the surfaces coated with the diluted dispersion 6 of metal nanoparticle-immobilized beads are opposed to each other. Thereby, the photothermal conversion element 1D shown in FIG. 29 can be produced.

図31は、図29に示す光熱変換素子1Dによる効果を模式的に説明する図である。図31を参照して、基板2と基板3との間に金属ナノ粒子集積構造体10を二層に配列することで、光源からの光41(たとえば太陽光)をより多くの熱に変換することができる。すなわち発熱をより増強させることができる。   FIG. 31 is a diagram schematically illustrating the effect of the photothermal conversion element 1D shown in FIG. Referring to FIG. 31, light 41 (for example, sunlight) from a light source is converted into more heat by arranging metal nanoparticle assembly structure 10 in two layers between substrate 2 and substrate 3. be able to. That is, heat generation can be further enhanced.

さらに、光熱変換素子1Dにおける発熱を増強させるためには、基板2,3は、可視光に対する高い透過率を有する基板であることが好ましい。   Furthermore, in order to enhance the heat generation in the photothermal conversion element 1D, the substrates 2 and 3 are preferably substrates having high transmittance for visible light.

図32は、本発明の実施の形態に係る光熱変換素子の透明基板として適用可能なPENフィルムの透過スペクトルの一例を示した図である。図32を参照して、400nm〜800nmの波長域において、透過率は80%を上回る。このような透明樹脂フィルムを基板として光熱変換素子に適用することにより、光熱変換素子の光発熱効果を高めることができる。   FIG. 32 is a diagram showing an example of a transmission spectrum of a PEN film applicable as a transparent substrate of the photothermal conversion element according to the embodiment of the present invention. Referring to FIG. 32, the transmittance exceeds 80% in the wavelength region of 400 nm to 800 nm. By applying such a transparent resin film to a photothermal conversion element as a substrate, the light heat generation effect of the photothermal conversion element can be enhanced.

図33は、本発明の実施の形態に係る光熱変換素子による光発熱効果の実験結果を示した図である。なお、金属ナノ粒子集積構造体10としては、金ナノ粒子固定化ビーズを用いた。また、光源にはソーラーシミュレータを用いた。   FIG. 33 is a diagram showing experimental results of the light heat generation effect by the light-to-heat conversion element according to the embodiment of the present invention. In addition, as the metal nanoparticle integrated structure 10, gold nanoparticle fixed beads were used. A solar simulator was used as the light source.

図33を参照して、基板2,3がITO−PENフィルムである場合、基板2,3がたとえば図32に示す透過スペクトルを有する高透過率フィルムである場合のいずれにおいても、金属ナノ粒子集積構造体10を二層に配列することによって、光発熱効果が増強することが分かる。また、金属ナノ粒子集積構造体10を一層配列した場合、金属ナノ粒子集積構造体10を二層配列した場合のいずれにおいても、基板2,3に高透過率フィルムを用いることによって、基板2,3にITO−PENフィルムを用いる場合よりも光発熱効果が増強することが分かる。   Referring to FIG. 33, when the substrates 2 and 3 are ITO-PEN films and the substrates 2 and 3 are high transmittance films having the transmission spectrum shown in FIG. It can be seen that the light heating effect is enhanced by arranging the structures 10 in two layers. Further, in the case where the metal nanoparticle assembly structure 10 is arranged in a single layer or in the case where the metal nanoparticle assembly structure 10 is arranged in two layers, by using a high transmittance film for the substrates 2 and 3, It can be seen that the photothermal effect is enhanced as compared with the case of using an ITO-PEN film for No. 3.

したがって、基板2,3に高透過率フィルムを用い、かつ金属ナノ粒子集積構造体10を二層に配列した構成(図33において、「2layer(高透過率フィルム)」と示す)は、図33に示した他の構成のいずれよりも、温度上昇幅を大きくすることができる。図33に示された結果では、光照射開始時点(0秒)から100秒経過後には、温度が約45℃上昇した。   Therefore, the configuration in which the high transmittance films are used for the substrates 2 and 3 and the metal nanoparticle integrated structure 10 is arranged in two layers (shown as “2layer (high transmittance film)” in FIG. 33) is shown in FIG. The temperature increase range can be made larger than any of the other configurations shown in FIG. In the results shown in FIG. 33, the temperature rose about 45 ° C. after 100 seconds from the light irradiation start time (0 seconds).

ここで図17に示されるように、金属ナノ粒子集積構造体10に太陽光を100秒間照射した場合の理論上の温度上昇幅は約50℃である。これに対して、上記の実験では温度上昇幅は約45℃であった。すなわち、「2layer(高透過率フィルム)」の構成によって、温度上昇幅を理論限界により近づけることができた。   Here, as shown in FIG. 17, the theoretical temperature rise when the metal nanoparticle integrated structure 10 is irradiated with sunlight for 100 seconds is about 50 ° C. In contrast, in the above experiment, the temperature rise was about 45 ° C. That is, with the configuration of “2 layer (high transmittance film)”, the temperature increase range could be brought closer to the theoretical limit.

なお、図29〜図33は、基板2と基板3との間に金属ナノ粒子固定化ビーズが二層に形成された場合について開示している。しかしながら、基板2と基板3との間に金属ナノ粒子固定化ビーズが複数層に形成されていればよく、金属ナノ粒子固定化ビーズの層の数が2に限定されるものではない。   29 to 33 disclose a case in which the metal nanoparticle-immobilized beads are formed in two layers between the substrate 2 and the substrate 3. However, it is only necessary that the metal nanoparticle-immobilized beads are formed in a plurality of layers between the substrate 2 and the substrate 3, and the number of layers of the metal nanoparticle-immobilized beads is not limited to two.

なお、光発熱素子の製造方法に関して、図4のステップS5および図30のステップS5Aでは、金属ナノ粒子固定化ビーズの集積密度を高めるために、図5および図7に示されるように金属ナノ粒子集積構造体の分散液を疎水性基板上に滴下して乾燥させた。このような集積方法に代えて、あるいは上記の集積方法に加えて、金属ナノ粒子固定化ビーズの集積密度をさらに高めるために、金属ナノ粒子固定化ビーズの分散液にレーザ光を照射して、光トラップを利用して金属ナノ粒子固定化ビーズを集積する方法を採用することができる。なお、以下で記載するレーザパワーは、光源におけるパワーであり、対物レンズ通過時には約10%となる。また、スポット直径は約1μmである。   Regarding the method for manufacturing the light-emitting element, in step S5 of FIG. 4 and step S5A of FIG. 30, in order to increase the integration density of the metal nanoparticle-immobilized beads, the metal nanoparticles as shown in FIG. 5 and FIG. The dispersion liquid of the integrated structure was dropped on a hydrophobic substrate and dried. In place of such an integration method or in addition to the above integration method, in order to further increase the integration density of the metal nanoparticle-immobilized beads, the dispersion of metal nanoparticle-immobilized beads is irradiated with laser light, A method of collecting metal nanoparticle-immobilized beads using an optical trap can be adopted. The laser power described below is the power at the light source, and is about 10% when passing through the objective lens. The spot diameter is about 1 μm.

図35は、光トラップによる金属ナノ粒子固定化ビーズの集積化の概念図である。図36は、水中に銀ナノ粒子固定化ビーズを分散したサンプルを対象とした場合の1.0Wのパワーのレーザ光照射開始から57秒目までの様子を系統的に示した図である。図37は、光トラップによって集積化される前の、水中に分散した銀ナノ粒子固定化ビーズを示した第1の拡大写真である(レーザ光照射開始から24秒後)。図38は、光トラップによって集積化された銀ナノ粒子固定化ビーズを示した第2の写真の拡大図である(レーザ光照射開始から39秒後)。   FIG. 35 is a conceptual diagram of integration of metal nanoparticle-immobilized beads using an optical trap. FIG. 36 is a diagram systematically showing a state from the start of irradiation with laser light having a power of 1.0 W to a sample in which silver nanoparticle-immobilized beads are dispersed in water. FIG. 37 is a first enlarged photograph showing the silver nanoparticle fixed beads dispersed in water before being integrated by the optical trap (after 24 seconds from the start of laser light irradiation). FIG. 38 is an enlarged view of the second photograph showing the silver nanoparticle-immobilized beads integrated by the optical trap (39 seconds after the start of laser light irradiation).

図37は、1.0Wのパワーのレーザ光を金属ナノ粒子集積構造体の分散液に照射してから24秒目の状態を示しており、レーザ光照射初期に発生した熱的な対流が安定化して、銀ナノ粒子固定化ビーズがレーザ光の焦点付近に集まっていることが確認された。さらにレーザ光の照射を続けると、図36に示されるように、27秒後辺りから分散液中に数十μm程度の大きさのマイクロバブルが発生して、図38に示されるように、その表面に銀ナノ粒子固定化ビーズが集まることが確認された。   FIG. 37 shows the state 24 seconds after the dispersion of the metal nanoparticle integrated structure is irradiated with laser light having a power of 1.0 W, and the thermal convection generated in the initial stage of laser light irradiation is stable. As a result, it was confirmed that the silver nanoparticle-immobilized beads were gathered near the focal point of the laser beam. When the laser beam irradiation is further continued, as shown in FIG. 36, micro bubbles having a size of about several tens of μm are generated in the dispersion liquid after about 27 seconds, and as shown in FIG. It was confirmed that the beads immobilized with silver nanoparticles gathered on the surface.

図39は、レーザ光のパワーを変えた場合における、光トラップによる銀ナノ粒子固定化ビーズの集積度の違いを説明するための写真である。図39を参照して、レーザ光のパワーがそれぞれ0.2W,0.6Wの場合で、銀ナノ粒子固定化ビーズの分散液にレーザ光を1分間照射した。レーザ光のパワーが0.6Wである場合のほうが、レーザ光のパワーが0.2Wである場合に比べて、銀ナノ粒子固定化ビーズを光トラップによって集める効果が高いことが分かる。   FIG. 39 is a photograph for explaining the difference in the degree of integration of the silver nanoparticle fixed beads by the optical trap when the power of the laser beam is changed. Referring to FIG. 39, when the power of the laser beam was 0.2 W and 0.6 W, respectively, the dispersion of silver nanoparticle fixed beads was irradiated with the laser beam for 1 minute. It can be seen that the effect of collecting the silver nanoparticle fixed beads by the optical trap is higher when the power of the laser light is 0.6 W than when the power of the laser light is 0.2 W.

図40は、光ピンセットを用いて銀ナノ粒子固定化ビーズを集積することによる効果を説明するための図である。図40(a)は、金属ナノ粒子固定化ビーズが集積化した状態を示した図である。図40(b)は、図40(a)に示されたサンプルのa,bの位置におけるラマン散乱スペクトルおよび長方形の領域(図中、「平均を取る領域」)での平均値を示した図である。位置aは、トラップ用の光が照射された位置である。位置bは、金属ナノ粒子固定化ビーズが集積化した位置である。レーザ光パワーが0.6Wの場合、図40(b)に示されるように、図41(b)の自然乾燥で集積化した銀ナノ粒子固定化ビーズのラマン散乱と同じスペクトル形状のラマン散乱が観測できた。このことから、サンプルの変性なく金属ナノ粒子固定化ビーズを高密度に集めることができることが確認できた。   FIG. 40 is a diagram for explaining the effect of integrating the silver nanoparticle-immobilized beads using optical tweezers. FIG. 40A is a diagram showing a state where metal nanoparticle-immobilized beads are integrated. FIG. 40B shows a Raman scattering spectrum at the positions a and b of the sample shown in FIG. 40A and an average value in a rectangular region (“averaged region” in the figure). It is. The position a is a position irradiated with trapping light. The position b is a position where the metal nanoparticle fixed beads are integrated. When the laser light power is 0.6 W, as shown in FIG. 40B, Raman scattering having the same spectral shape as that of the silver nanoparticle-immobilized beads integrated by natural drying in FIG. I was able to observe. From this, it was confirmed that the metal nanoparticle-immobilized beads can be collected at high density without denaturing the sample.

特に、バブルの表面に対応する、サンプルのbの位置におけるラマン散乱スペクトルのピーク値は30000以上であり、平均値も10000以上である。位置bでの値は、図41(b)に示した、金属ナノ粒子固定化ビーズを分散させた溶液を自然乾燥させたサンプルにおけるラマン散乱スペクトルのピーク値(約7000)に対して4倍以上の値となった。位置aでピーク値が小さくなっているのはレーザ光スポット付近での非常に強い発熱効果や光圧で銀ナノ粒子固定化ビーズが押し除けられて密度が減少したためと考えられる。図40から、光トラップを利用して金属ナノ粒子固定化ビーズを集積化することで、光熱変換の効率を高めることが可能であることが分かる。   In particular, the peak value of the Raman scattering spectrum at the position b of the sample corresponding to the bubble surface is 30,000 or more, and the average value is 10000 or more. The value at the position b is 4 times or more than the peak value (about 7000) of the Raman scattering spectrum in the sample obtained by natural drying of the solution in which the metal nanoparticle fixed beads are dispersed as shown in FIG. It became the value of. The reason why the peak value is small at the position a is considered to be that the density was reduced by the silver nanoparticle-immobilized beads being pushed away by a very strong heat generation effect near the laser light spot or light pressure. FIG. 40 shows that the efficiency of photothermal conversion can be increased by integrating the metal nanoparticle-immobilized beads using an optical trap.

また、上記の実施の形態では、光熱変換素子の作製方法および、その応用例として光熱発電と光電変換に関する構成を示した。しかしながら、光熱変換素子による発熱効果の応用分野は、光熱発電あるいは光電変換の分野に限定されるものではない。たとえば、本発明の実施の形態に係る金属ナノ粒子固定化ビーズを熱凝固性材料や熱溶解性材料に含有してもよい。金属ナノ粒子固定化ビーズの分散液に熱凝固性材料を加えた液を基板の表面に塗布し、レーザ光をその熱凝固性材料に照射して熱凝固性材料を凝固させてもよいし、熱溶解性材料を加熱した状態で金属ナノ粒子固定化ビーズを分散した後、冷却して再び凝固させてもよい。   Moreover, in said embodiment, the structure regarding the photothermal power generation and photoelectric conversion was shown as a manufacturing method of a photothermal conversion element, and the example of application. However, the application field of the heat generation effect by the photothermal conversion element is not limited to the field of photothermal power generation or photoelectric conversion. For example, the metal nanoparticle-immobilized beads according to the embodiment of the present invention may be contained in a thermocoagulable material or a heat-soluble material. A solution obtained by adding a thermocoagulable material to a dispersion of metal nanoparticle-immobilized beads may be applied to the surface of the substrate, and the thermocoagulable material may be solidified by irradiating the thermocoagulable material with laser light. The metal nanoparticle-immobilized beads may be dispersed while the heat-soluble material is heated, and then cooled and solidified again.

ここでは熱凝固性材料を用いた構成について代表的に説明する。熱凝固性材料は、熱を加えることによって液体から固体へと変化する材料であればよく、特に限定されるものではない。熱凝固性材料は、たとえばタンパク質を含む液体である。ただし熱凝固性材料は、タンパク質に限定されず、たとえば熱硬化性樹脂であってもよい。   Here, a configuration using a heat-solidifying material will be described representatively. The thermocoagulable material is not particularly limited as long as it is a material that changes from a liquid to a solid by applying heat. The thermocoagulable material is, for example, a liquid containing protein. However, the thermosetting material is not limited to protein, and may be, for example, a thermosetting resin.

図42は、本発明の実施の形態に係る金属ナノ粒子固定化ビーズによる発熱効果を説明した図である。図42を参照して、卵白で希釈した銀ナノ粒子固定化ビーズ溶液に、波長1064nmの赤外レーザ光を照射した。レーザ光の強度は1.0Wであった。レーザ光を銀ナノ粒子固定化ビーズ溶液に照射すると、光トラップによって銀ナノ粒子固定化ビーズが集積する。銀ナノ粒子固定化ビーズの発熱効果によって、卵白が凝固していることが確認できた。卵白の凝固点は75℃〜78℃であるため、レーザ光照射によりこれ以上の温度に達していることが確認できた。   FIG. 42 is a diagram illustrating the heat generation effect of the metal nanoparticle-immobilized beads according to the embodiment of the present invention. Referring to FIG. 42, the silver nanoparticle fixed bead solution diluted with egg white was irradiated with an infrared laser beam having a wavelength of 1064 nm. The intensity of the laser beam was 1.0W. When the laser beam is irradiated onto the silver nanoparticle-immobilized bead solution, the silver nanoparticle-immobilized beads are accumulated by the optical trap. It was confirmed that the egg white was solidified by the heat generation effect of the silver nanoparticle-immobilized beads. Since the freezing point of egg white is 75 ° C. to 78 ° C., it has been confirmed that the temperature has been reached by laser light irradiation.

また、銀ナノ粒子固定化ビーズの有無による影響を確認するため、1064nmの赤外レーザ光(レーザ光の強度は1.0W)を、銀ナノ粒子固定化ビーズを含まない卵白に照射した。この場合には卵白は凝固しなかった。これらの実験結果から、図42に示された実験結果は、銀ナノ粒子固定化ビーズの光発熱効果により得られたものであると結論付けることができる。したがって、本発明は、例えば卵白等タンパク質で希釈した金属ナノ粒子固定化ビーズ溶液にレーザ光を照射することによるタンパク質の凝固を利用して、アレルゲンの検出等を行う熱変性タンパク質センサに応用することができる。   Moreover, in order to confirm the influence by the presence or absence of silver nanoparticle fixed beads, 1064 nm infrared laser light (the intensity of the laser light was 1.0 W) was applied to egg white not containing silver nanoparticle fixed beads. In this case, the egg white did not coagulate. From these experimental results, it can be concluded that the experimental results shown in FIG. 42 are obtained by the photothermal effect of the silver nanoparticle-immobilized beads. Therefore, the present invention can be applied to a heat-denatured protein sensor that performs allergen detection and the like by utilizing protein coagulation by irradiating a laser beam to a metal nanoparticle-immobilized bead solution diluted with protein such as egg white. Can do.

凝固した後の熱凝固性材料は、さまざまな方法によって加工することができる。図43は、本発明の実施の形態に係る金属ナノ粒子固定化ビーズを含む熱凝固性材料のレーザ光による加工例を示した図である。なお、ここでは、金属ナノ粒子固定化ビーズとして銀ナノ粒子固定化ビーズを用い、熱凝固性材料として卵白を用いた。図43を参照して、たとえばレーザ光を熱凝固性材料の凝固だけでなく、凝固した熱凝固性材料の切断に用いることができる。したがって、マイクロ加工技術への展開を図ることができる。熱凝固性材料の代わりに、熱溶解性材料を用いれば熱的に溶解させた状態で金属ナノ粒子固定化ビーズを分散させて冷却または凝固させた後、レーザ光照射によって局所的に溶解させて同様のマイクロ加工を行うこともできる。熱溶解性材料としては特に限定されるものではないが、75℃以下で溶解する材料が好ましく、例えば、ゼラチンやプラスチックを用いることができる。   The heat-settable material after solidification can be processed by various methods. FIG. 43 is a diagram showing an example of processing with a laser beam of a thermocoagulable material including metal nanoparticle-immobilized beads according to an embodiment of the present invention. Here, silver nanoparticle-immobilized beads were used as the metal nanoparticle-immobilized beads, and egg white was used as the thermocoagulable material. Referring to FIG. 43, for example, laser light can be used not only for solidification of the thermosetting material, but also for cutting the solidified thermosetting material. Therefore, the development to the micro processing technology can be achieved. If a heat-soluble material is used instead of a heat-solidifying material, the metal nanoparticle-immobilized beads are dispersed and cooled or solidified in a thermally dissolved state, and then locally dissolved by laser light irradiation. Similar micromachining can be performed. Although it does not specifically limit as a heat-soluble material, The material which melt | dissolves at 75 degrees C or less is preferable, for example, gelatin and a plastic can be used.

以上のように本発明の実施の形態によれば、金属ナノ粒子固定化ビーズを基板に塗布するだけで光熱変換素子を作製することができる。具体的には、金属ナノ粒子固定化ビーズの分散液を基板に塗布して、分散液を自然蒸発させる。このような製造方法により、低コストで光熱変換素子を製造することが可能である。   As described above, according to the embodiment of the present invention, the photothermal conversion element can be produced simply by applying the metal nanoparticle-immobilized beads to the substrate. Specifically, a dispersion of metal nanoparticle-immobilized beads is applied to a substrate, and the dispersion is naturally evaporated. With such a manufacturing method, a photothermal conversion element can be manufactured at low cost.

また、本発明の実施の形態では、市販の金属ナノ粒子固定化ビーズ分散液を使用した。つまり、金属ナノ粒子固定化ビーズも容易に作製可能である。本発明の実施の形態によれば、この点からも低コストで光熱変換素子を製造することが可能となる。   In the embodiment of the present invention, a commercially available metal nanoparticle fixed bead dispersion is used. That is, the metal nanoparticle fixed bead can also be easily produced. According to the embodiment of the present invention, it is possible to manufacture a photothermal conversion element at low cost also from this point.

さらに、本発明の実施の形態によれば、金ナノ粒子固定化ビーズを含む光熱変換素子の場合、100秒程度の太陽光の照射によって光熱変換素子の温度が50℃以上に達することが実験により確認された。理論的には、同条件で光熱変換素子の温度上昇幅が50.9℃に達する。したがって光熱変換素子を真空の環境内に置かなくとも、光熱変換素子の温度を80℃以上に上昇させることが可能である。ただし、このことは光熱変換素子を真空の環境内に置く場合を排除するものではない。光熱変換素子を真空の環境内に置くことによって、光熱変換素子により発生した熱が光熱変換素子の周囲に逃げることを防ぐことが可能になる。   Furthermore, according to the embodiment of the present invention, in the case of a photothermal conversion element including gold nanoparticle-immobilized beads, the temperature of the photothermal conversion element reaches 50 ° C. or more by irradiation with sunlight for about 100 seconds. confirmed. Theoretically, the temperature rise of the photothermal conversion element reaches 50.9 ° C. under the same conditions. Therefore, the temperature of the photothermal conversion element can be raised to 80 ° C. or higher without placing the photothermal conversion element in a vacuum environment. However, this does not exclude the case where the photothermal conversion element is placed in a vacuum environment. By placing the photothermal conversion element in a vacuum environment, it is possible to prevent the heat generated by the photothermal conversion element from escaping around the photothermal conversion element.

さらに本発明の実施の形態によれば、光熱変換素子の基板として、ITO−PENフィルムを使用することができる。したがって、光熱変換素子の設置の自由度を高めることができる。   Furthermore, according to the embodiment of the present invention, an ITO-PEN film can be used as the substrate of the photothermal conversion element. Therefore, the freedom degree of installation of a photothermal conversion element can be raised.

さらに、本発明の実施の形態によれば、赤外域だけでなく、紫外域および可視域の光も有効的に利用することができる。   Furthermore, according to the embodiment of the present invention, not only the infrared region but also the light in the ultraviolet region and the visible region can be used effectively.

さらに、本発明の実施の形態によれば、金属ナノ粒子固定化ビーズの濃度によって温度制御が可能となる。   Furthermore, according to the embodiment of the present invention, the temperature can be controlled by the concentration of the metal nanoparticle-immobilized beads.

さらに、本発明の実施の形態によれば、金属ナノ粒子固定化ビーズを二層とすることによって、光熱変換効率をより高めることができる。   Furthermore, according to the embodiment of the present invention, the photothermal conversion efficiency can be further improved by forming the metal nanoparticle-immobilized beads in two layers.

さらに、本発明の実施の形態によれば、金属ナノ粒子固定化ビーズを含む分散液にレーザ光を照射することで金属ナノ粒子固定化ビーズを高密度に集積化することができる。また、分散液に熱凝固性材料を加えることで、基板上の分散液にレーザ光を照射して、熱凝固性材料を凝固させることができる。さらに、レーザ光によって、熱凝固した後の熱凝固性材料を加工することができる。この他にも、熱溶解性材料を熱的に溶解させた後、金属ナノ粒子固定化ビーズを分散させて冷却または凝固させた後、レーザ光を照射することで熱溶解性材料を局所的に溶解させることもできる。   Furthermore, according to the embodiment of the present invention, the metal nanoparticle-immobilized beads can be integrated at a high density by irradiating the dispersion containing the metal nanoparticle-immobilized beads with laser light. Further, by adding a thermocoagulable material to the dispersion, the thermocoagulable material can be coagulated by irradiating the dispersion on the substrate with laser light. Furthermore, the heat solidified material after heat solidification can be processed by the laser beam. In addition to this, after thermally dissolving the heat-soluble material, the metal nanoparticle-immobilized beads are dispersed and cooled or solidified, and then the heat-soluble material is locally irradiated by laser irradiation. It can also be dissolved.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time must be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明は、太陽光を熱に変換して利用する光熱発電に利用できる。たとえば本発明は、携帯情報端末(携帯電話、タブレットなど)のコンセントフリー電源、車載機器(カーナビゲーションシステムなどの補機あるいはバッテリー)の補助電源、人工衛星用の太陽光発電装置、住宅の屋根、窓などに設置可能な太陽光発電装置として利用できる。   The present invention can be used for photothermal power generation in which sunlight is converted into heat. For example, the present invention relates to an outlet-free power source for portable information terminals (cell phones, tablets, etc.), an auxiliary power source for in-vehicle devices (auxiliaries or batteries for car navigation systems, etc.), solar power generators for satellites, roofs of houses, It can be used as a solar power generation device that can be installed on windows.

また、本発明は、熱源あるいは温度制御装置として利用することができる。熱源として利用する場合には、たとえば患部に貼り付けて局所加熱するなどの温熱療法などの医療用途に用いることもできる。この他、温度上昇により触媒活性が増強する触媒にも利用して、化学反応効率を高めることもできる。   The present invention can also be used as a heat source or a temperature control device. When used as a heat source, for example, it can be used for medical applications such as thermotherapy such as affixing to an affected area and locally heating. In addition, it can be used for a catalyst whose catalytic activity is enhanced by an increase in temperature to increase the chemical reaction efficiency.

また、本発明は、熱凝固性物質の凝固や熱溶解性材料の溶解に用いることができる。これは、たとえば光誘起発熱効果を利用した熱変性タンパク質のマイクロ制御、検出などバイオ・医療関連技術に利用することができる。さらに、凝固した熱凝固性物質をレーザ光で切断することもできる。したがって本発明は微細加工に利用することができる。   In addition, the present invention can be used for coagulation of thermocoagulable substances and dissolution of thermosoluble materials. This can be used for bio- and medical-related technologies such as micro-control and detection of heat-denatured proteins using the photo-induced heat generation effect. Furthermore, the solidified thermosetting substance can be cut with a laser beam. Therefore, the present invention can be used for fine processing.

1,1A,1B,1D 光熱変換素子、1C 太陽電池/光熱変換素子、2,3 基板、2a,3a PENフィルム、2b,3b ITO膜、4,5 マスキングテープ、6 希釈分散液、6a 領域、6b 水滴、7 塗布面、10 金属ナノ粒子集積構造体、11 ビーズ、12 金属ナノ粒子、12A クラスター、20 熱電変換部、21,21a,21b 高温部、22,23,22a〜22c 低温部、24,24a,24b P型熱電半導体、24h 正孔、25,25a,25b N型熱電半導体、25e 電子、27 ヒートシンク、31a,31b,34a〜34c 電極、32a,32b,33a〜33c,35a〜35c 導電性ペースト、40 光源、41 光、50 負荷、61 酸化チタン、62 増感色素、63 電解質溶液、100〜103 光熱発電装置。   1, 1A, 1B, 1D photothermal conversion element, 1C solar cell / photothermal conversion element, 2, 3 substrate, 2a, 3a PEN film, 2b, 3b ITO film, 4, 5 masking tape, 6 diluted dispersion, 6a region, 6b Water droplet, 7 coating surface, 10 metal nanoparticle integrated structure, 11 beads, 12 metal nanoparticles, 12A cluster, 20 thermoelectric conversion part, 21, 21a, 21b high temperature part, 22, 23, 22a-22c low temperature part, 24 , 24a, 24b P-type thermoelectric semiconductor, 24h hole, 25, 25a, 25b N-type thermoelectric semiconductor, 25e electron, 27 heat sink, 31a, 31b, 34a-34c electrode, 32a, 32b, 33a-33c, 35a-35c Paste, 40 light source, 41 light, 50 load, 61 titanium oxide, 62 sensitizing dye, 63 electrolyte solution 100 to 103 light-to-heat power generation apparatus.

Claims (26)

複数の金属ナノ粒子が集積されることによって各々が形成された、複数の金属ナノ粒子集積構造体と、
前記複数の金属ナノ粒子集積構造体が固定された固定面を有する第1の基板とを備える、光熱変換素子。
A plurality of metal nanoparticle assembly structures each formed by the integration of a plurality of metal nanoparticles;
A photothermal conversion element comprising: a first substrate having a fixed surface to which the plurality of metal nanoparticle integrated structures are fixed.
前記複数の金属ナノ粒子集積構造体の各々は、前記複数の金属ナノ粒子が固定された表面を有する基材粒子を含む、請求項1に記載の光熱変換素子。   2. The photothermal conversion element according to claim 1, wherein each of the plurality of metal nanoparticle integrated structures includes base particles having a surface on which the plurality of metal nanoparticles are fixed. 前記複数の金属ナノ粒子集積構造体の各々を形成する前記金属ナノ粒子は、金ナノ粒子または銀ナノ粒子である、請求項2に記載の光熱変換素子。   The photothermal conversion element according to claim 2, wherein the metal nanoparticles forming each of the plurality of metal nanoparticle integrated structures are gold nanoparticles or silver nanoparticles. 前記第1の基板の前記固定面は、前記複数の金属ナノ粒子集積構造体が密集した領域を形成する、請求項1に記載の光熱変換素子。   2. The photothermal conversion element according to claim 1, wherein the fixed surface of the first substrate forms a region where the plurality of metal nanoparticle assembly structures are densely packed. 前記第1の基板の前記固定面は、疎水性を有する、請求項4に記載の光熱変換素子。   The photothermal conversion element according to claim 4, wherein the fixing surface of the first substrate has hydrophobicity. 前記第1の基板は、前記固定面に透明電極が形成された樹脂フィルムである、請求項4に記載の光熱変換素子。   The photothermal conversion element according to claim 4, wherein the first substrate is a resin film having a transparent electrode formed on the fixed surface. 前記第1の基板とともに前記複数の金属ナノ粒子集積構造体を挟むように配置された、第2の基板をさらに備え、
前記第1および第2の基板のうち少なくとも一方は、前記複数の金属ナノ粒子の表面に局在表面プラズモン共鳴を生じさせる光に対して光透過性を有する、請求項1から6のいずれか1項に記載の光熱変換素子。
A second substrate disposed so as to sandwich the plurality of metal nanoparticle assembly structures together with the first substrate;
At least one of the first and second substrates has optical transparency to light that causes localized surface plasmon resonance on the surfaces of the plurality of metal nanoparticles. The photothermal conversion element according to Item.
前記第1の基板と前記第2の基板との間に、前記複数の金属ナノ粒子集積構造体の複数の層が形成されている、請求項7に記載の光熱変換素子。   The photothermal conversion element according to claim 7, wherein a plurality of layers of the plurality of metal nanoparticle integrated structures are formed between the first substrate and the second substrate. 複数の金属ナノ粒子が集積されることにより各々が形成された複数の金属ナノ粒子集積構造体が分散した分散液を準備するステップと、
第1の基板を準備するステップと、
前記第1の基板の固定面に前記分散液を塗布するステップと、
前記第1の基板の前記固定面に前記金属ナノ粒子集積構造体を固定するステップとを備える、光熱変換素子の製造方法。
Preparing a dispersion liquid in which a plurality of metal nanoparticle assembly structures each formed by integrating a plurality of metal nanoparticles are dispersed;
Providing a first substrate;
Applying the dispersion to the fixed surface of the first substrate;
And a step of fixing the metal nanoparticle integrated structure to the fixing surface of the first substrate.
前記第1の基板の前記固定面は、疎水性を有し、
前記分散液を塗布するステップにおいて、前記分散液を前記第1の基板の前記固定面に滴下する、請求項9に記載の光熱変換素子の製造方法。
The fixing surface of the first substrate has hydrophobicity;
The method for manufacturing a photothermal conversion element according to claim 9, wherein in the step of applying the dispersion, the dispersion is dropped onto the fixed surface of the first substrate.
前記金属ナノ粒子集積構造体を固定するステップにおいて、前記分散液を自然蒸発させる、請求項10に記載の光熱変換素子の製造方法。   The manufacturing method of the photothermal conversion element of Claim 10 which naturally evaporates the said dispersion liquid in the step which fixes the said metal nanoparticle integrated structure. 前記第1の基板を準備するステップにおいて、その一方の表面に透明電極が形成された樹脂フィルムを第1の基板として準備し、
前記第1の基板の前記固定面は、前記透明電極が形成された前記樹脂フィルムの表面である、請求項9に記載の光熱変換素子の製造方法。
In the step of preparing the first substrate, a resin film having a transparent electrode formed on one surface thereof is prepared as a first substrate,
The method for manufacturing a photothermal conversion element according to claim 9, wherein the fixed surface of the first substrate is a surface of the resin film on which the transparent electrode is formed.
前記金属ナノ粒子集積構造体を固定するステップにおいて、前記分散液にレーザ光を照射して前記金属ナノ粒子集積構造体を集積させる、請求項9に記載の光熱変換素子の製造方法。   The method for producing a photothermal conversion element according to claim 9, wherein in the step of fixing the metal nanoparticle integrated structure, the metal nanoparticle integrated structure is integrated by irradiating the dispersion with a laser beam. 前記分散液は、熱凝固性材料を含み、
前記金属ナノ粒子集積構造体を固定するステップにおいて、前記分散液にレーザ光を照射して前記熱凝固性材料を凝固させる、請求項9に記載の光熱変換素子の製造方法。
The dispersion includes a thermocoagulable material,
The method for producing a photothermal conversion element according to claim 9, wherein in the step of fixing the metal nanoparticle integrated structure, the thermosetting material is solidified by irradiating the dispersion with a laser beam.
前記分散液は、熱溶解性材料を熱的に溶解させた液体であり、
前記金属ナノ粒子集積構造体を固定するステップにおいて、前記分散液にレーザ光を照射して前記金属ナノ粒子集積構造体を集積させて、前記熱溶解性材料を冷却または凝固する、請求項9に記載の光熱変換素子の製造方法。
The dispersion is a liquid in which a heat-soluble material is thermally dissolved,
10. In the step of fixing the metal nanoparticle assembly structure, the dispersion liquid is irradiated with laser light to accumulate the metal nanoparticle assembly structure, thereby cooling or solidifying the thermally soluble material. The manufacturing method of the photothermal conversion element of description.
前記金属ナノ粒子集積構造体を含む前記熱凝固性材料にレーザ光を照射して、前記熱凝固性材料の形状を加工するステップをさらに備える、請求項14に記載の光熱変換素子の製造方法。   The method for manufacturing a photothermal conversion element according to claim 14, further comprising a step of irradiating the thermocoagulable material including the metal nanoparticle integrated structure with a laser beam to process a shape of the thermocoagulable material. 前記金属ナノ粒子固定化ビーズを含む前記熱溶解性材料にレーザ光を照射して、前記熱溶解性材料の形状を加工するステップをさらに備える、請求項15に記載の光熱変換素子の製造方法。   The method for producing a photothermal conversion element according to claim 15, further comprising a step of irradiating the heat-soluble material including the metal nanoparticle-immobilized beads with a laser beam to process the shape of the heat-soluble material. 前記複数の金属ナノ粒子集積構造体が前記第1の基板および第2の基板によって挟まれるように、前記第2の基板を前記第1の基板に重ねるステップをさらに備え、
前記第1および第2の基板のうち少なくとも一方は、前記複数の金属ナノ粒子の表面に局在表面プラズモン共鳴を生じさせる光に対して光透過性を有する、請求項9に記載の光熱変換素子の製造方法。
Further comprising the step of overlaying the second substrate on the first substrate such that the plurality of metal nanoparticle assembly structures are sandwiched between the first substrate and the second substrate;
10. The photothermal conversion element according to claim 9, wherein at least one of the first and second substrates is light-transmissive to light that causes localized surface plasmon resonance on the surfaces of the plurality of metal nanoparticles. Manufacturing method.
前記第2の基板を前記第1の基板に重ねるステップに先立って、前記第2の基板の固定面に前記金属ナノ粒子集積構造体を固定するステップをさらに備え、
前記第2の基板を前記第1の基板に重ねるステップにおいて、前記第1の基板と前記第2の基板とで前記固定面同士を対向させる、請求項14に記載の光熱変換素子の製造方法。
Prior to the step of superimposing the second substrate on the first substrate, further comprising the step of fixing the metal nanoparticle assembly structure to the fixing surface of the second substrate;
The method for manufacturing a photothermal conversion element according to claim 14, wherein in the step of superimposing the second substrate on the first substrate, the fixed surfaces are opposed to each other between the first substrate and the second substrate.
光熱変換素子と、
前記光熱変換素子に熱的に接続された熱電変換部とを備え、
前記光熱変換素子は、
複数の金属ナノ粒子が集積されることによって各々が形成された、複数の金属ナノ粒子集積構造体と、
前記複数の金属ナノ粒子集積構造体が固定された固定面を有する第1の基板と、
前記第1の基板とともに前記複数の金属ナノ粒子集積構造体を挟むように配置された、第2の基板とを含み、
前記第1および第2の基板のうちの一方の基板は、前記複数の金属ナノ粒子の表面に局在表面プラズモン共鳴を生じさせる光に対して光透過性を有し、かつ前記光を受けるように配置され、
前記第1および第2の基板のうちの他方の基板は、前記熱電変換部に熱的に接続される、光熱発電装置。
A photothermal conversion element;
A thermoelectric conversion unit thermally connected to the photothermal conversion element,
The photothermal conversion element is
A plurality of metal nanoparticle assembly structures each formed by the integration of a plurality of metal nanoparticles;
A first substrate having a fixed surface to which the plurality of metal nanoparticle assembly structures are fixed;
And a second substrate disposed so as to sandwich the plurality of metal nanoparticle assembly structures together with the first substrate,
One of the first and second substrates is light transmissive to light that causes localized surface plasmon resonance on the surfaces of the plurality of metal nanoparticles, and receives the light. Placed in
The other board | substrate of the said 1st and 2nd board | substrate is a photothermal power generation apparatus thermally connected to the said thermoelectric conversion part.
前記一方の基板は、前記第2の基板であり、
前記他方の基板は、前記第1の基板であり、
前記第1および第2の基板の各々は、その一方の表面に透明電極が形成された樹脂フィルムであり、
前記第1の基板の前記固定面は、前記透明電極が形成された前記樹脂フィルムの表面であり、
前記固定面と反対側の前記第1の基板の表面が前記熱電変換部に熱的に接続され、
前記透明電極が形成された表面が前記第1の基板の前記固定面に対向し、前記透明電極が形成された表面と反対側の表面が前記光を受けるように、前記第2の基板が配置される、請求項20に記載の光熱発電装置。
The one substrate is the second substrate;
The other substrate is the first substrate;
Each of the first and second substrates is a resin film having a transparent electrode formed on one surface thereof,
The fixed surface of the first substrate is a surface of the resin film on which the transparent electrode is formed,
The surface of the first substrate opposite to the fixed surface is thermally connected to the thermoelectric converter,
The second substrate is disposed so that the surface on which the transparent electrode is formed faces the fixed surface of the first substrate, and the surface opposite to the surface on which the transparent electrode is formed receives the light. The photothermal power generation device according to claim 20.
前記一方の基板は、前記第1の基板であり、
前記他方の基板は、前記第2の基板であり、
前記第1および第2の基板の各々は、その一方の表面に透明電極が形成された樹脂フィルムであり、
前記第1の基板の前記固定面は、前記透明電極が形成された前記樹脂フィルムの表面であり、
前記固定面と反対側の前記第1の基板の表面が前記光を受け、
前記透明電極が形成された表面が、前記熱電変換部に熱的かつ電気的に接続され、前記透明電極が形成された表面と反対側の表面が前記第1の基板の前記固定面に対向するように、前記第2の基板が配置される、請求項20に記載の光熱発電装置。
The one substrate is the first substrate;
The other substrate is the second substrate;
Each of the first and second substrates is a resin film having a transparent electrode formed on one surface thereof,
The fixed surface of the first substrate is a surface of the resin film on which the transparent electrode is formed,
A surface of the first substrate opposite to the fixed surface receives the light;
The surface on which the transparent electrode is formed is thermally and electrically connected to the thermoelectric converter, and the surface opposite to the surface on which the transparent electrode is formed faces the fixed surface of the first substrate. The photothermal power generation device according to claim 20, wherein the second substrate is arranged.
前記第1の基板と前記第2の基板との間に、前記複数の金属ナノ粒子集積構造体の複数の層が形成されている、請求項20〜22のいずれか1項に記載の光熱発電装置。   The photothermal power generation according to any one of claims 20 to 22, wherein a plurality of layers of the plurality of metal nanoparticle integrated structures are formed between the first substrate and the second substrate. apparatus. 前記光熱変換素子は、色素増感型光電変換素子を含み、
前記第1および第2の基板の各々は、その一方の表面に透明電極が形成された樹脂フィルムであり、
前記第1および第2の基板は、前記色素増感型光電変換素子として機能する、請求項20に記載の光熱発電装置。
The photothermal conversion element includes a dye-sensitized photoelectric conversion element,
Each of the first and second substrates is a resin film having a transparent electrode formed on one surface thereof,
The photothermal power generation device according to claim 20, wherein the first and second substrates function as the dye-sensitized photoelectric conversion element.
前記複数の金属ナノ粒子集積構造体の各々は、前記複数の金属ナノ粒子が固定された表面を有する基材粒子を含み、
前記基材粒子は、酸化チタン粒子である、請求項20に記載の光熱発電装置。
Each of the plurality of metal nanoparticle assembly structures includes base particles having a surface on which the plurality of metal nanoparticles are fixed;
The photothermal power generation device according to claim 20, wherein the base particle is a titanium oxide particle.
請求項9に記載の光熱変換素子の製造方法を利用した、被検出物質の検出方法であって、
前記分散液は、前記被検出物質として熱凝固性材料、または熱溶解性材料を含み、
前記分散液にレーザ光を照射して前記分散液を凝固または溶解させることによって前記被検出物質を検出する、被検出物質の検出方法。
A method for detecting a substance to be detected using the method for producing a photothermal conversion element according to claim 9,
The dispersion includes a thermocoagulable material or a heat-soluble material as the substance to be detected,
A method for detecting a substance to be detected, wherein the substance to be detected is detected by irradiating the dispersion with a laser beam to solidify or dissolve the dispersion.
JP2013096817A 2012-05-11 2013-05-02 PHOTO-HEAT CONVERSION ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, PHOTO-HEAT POWER GENERATION DEVICE, AND DETECTING METHOD Active JP6370532B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013096817A JP6370532B2 (en) 2012-05-11 2013-05-02 PHOTO-HEAT CONVERSION ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, PHOTO-HEAT POWER GENERATION DEVICE, AND DETECTING METHOD

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012109651 2012-05-11
JP2012109651 2012-05-11
JP2013096817A JP6370532B2 (en) 2012-05-11 2013-05-02 PHOTO-HEAT CONVERSION ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, PHOTO-HEAT POWER GENERATION DEVICE, AND DETECTING METHOD

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013254940A true JP2013254940A (en) 2013-12-19
JP6370532B2 JP6370532B2 (en) 2018-08-08

Family

ID=49952184

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013096817A Active JP6370532B2 (en) 2012-05-11 2013-05-02 PHOTO-HEAT CONVERSION ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, PHOTO-HEAT POWER GENERATION DEVICE, AND DETECTING METHOD

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6370532B2 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015170758A1 (en) * 2014-05-08 2015-11-12 公立大学法人大阪府立大学 Accumulation device and accumulation method, manufacturing device for microscopic object accumulation structural body, microscopic organism accumulation and elimination device, detection-substance detection device, separation-substance separation device, and introduction-substance introduction device
WO2018159696A1 (en) * 2017-03-03 2018-09-07 浩明 中弥 Thermoelectric conversion module provided with photothermal conversion substrate
WO2018159706A1 (en) * 2017-02-28 2018-09-07 公立大学法人大阪府立大学 Microobject collecting device, collecting container used for same, and microobject collecting method
JP2018174657A (en) * 2017-03-31 2018-11-08 国立大学法人横浜国立大学 Energy conversion device and manufacturing method of the same
CN108878460A (en) * 2018-07-14 2018-11-23 刘翡琼 A kind of optothermal detector and preparation method thereof
JP2019192910A (en) * 2018-04-18 2019-10-31 国立大学法人東京農工大学 Switching element and thermoelectric conversion element
JP2020107743A (en) * 2018-12-27 2020-07-09 東洋インキScホールディングス株式会社 Thermoelectric generation device
CN111511231A (en) * 2018-01-12 2020-08-07 菲利普莫里斯生产公司 Aerosol-generating device comprising a plasma heating element
WO2021040023A1 (en) 2019-08-29 2021-03-04 公立大学法人大阪 Photothermal conversion element, production method for same, photothermal power generation device, and micro-object aggregation system
JP7392972B2 (en) 2019-10-24 2023-12-06 国立大学法人東京農工大学 thermoelectric conversion element

Citations (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50134391A (en) * 1974-04-09 1975-10-24
JPS5522163U (en) * 1978-07-28 1980-02-13
JPS6260532A (en) * 1985-09-12 1987-03-17 アロカ株式会社 Diagnostic apparatus of affected part in body by hue
JPH01105582A (en) * 1987-10-19 1989-04-24 Kuretsuku Syst:Kk Solar light generating element
JPH08217982A (en) * 1995-02-09 1996-08-27 Toshiba Corp Resin composition, production of resin composite material having fine metallic particle dispersed therein and optical recording device
JPH09259943A (en) * 1996-03-19 1997-10-03 Tokyo Gas Co Ltd Wet type solar battery
JPH10235481A (en) * 1997-02-26 1998-09-08 Denso Corp Laser beam machining method for resin product, and resin product
JP2001035551A (en) * 1999-07-21 2001-02-09 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Pigment-sensitized type solar cell
JP2003070273A (en) * 2001-08-29 2003-03-07 Canon Inc Solarlight power generating system
JP2006310186A (en) * 2005-04-28 2006-11-09 Canon Inc Photovoltaic element and dye-sensitized solar cell comprising it
JP2008060488A (en) * 2006-09-04 2008-03-13 Kansai Paint Co Ltd One-side electrode thermoelectric conversion module
JP2009071147A (en) * 2007-09-14 2009-04-02 Asahi Glass Co Ltd Plasmon resonance photoelectric conversion element, and method of manufacturing the same
JP2009533857A (en) * 2006-04-13 2009-09-17 チバ ホールディング インコーポレーテッド Solar cell
JP2009283881A (en) * 2008-05-20 2009-12-03 Ensuke Iwatani Device utilizing power generation and heat generation by arranging thermoelectric element
JP2010021189A (en) * 2008-07-08 2010-01-28 Omron Corp Photoelectric device
JP2010040567A (en) * 2008-07-31 2010-02-18 Tokyo Electron Ltd Method and device for cleaning and protecting surface of oxide film
JP2010510505A (en) * 2006-11-20 2010-04-02 ルートヴィヒ‐マクシミリアンズ‐ウニヴェルジテート・ミュンヘン Fast thermo-optic particle characterization
US20100215852A1 (en) * 2009-02-24 2010-08-26 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Core-shell nanoparticles and process for producing the same
JP2010199577A (en) * 2009-02-20 2010-09-09 Qinghua Univ Thermoelectric power generator
JP2011014356A (en) * 2009-07-01 2011-01-20 Sony Corp Photoelectric conversion element, method of manufacturing therefor, and electronic device
JP2011016953A (en) * 2009-07-10 2011-01-27 Kyushu Univ Polymer film containing metal fine particle, method for producing the same, and usage of the same
US20110043886A1 (en) * 2009-08-24 2011-02-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Electrochromic device and method of manufacturing the same
JP2011081001A (en) * 2009-10-12 2011-04-21 Korea Advanced Inst Of Sci Technol Detection method of biochemical substance using surface enhanced raman scattering
US20110290294A1 (en) * 2010-05-25 2011-12-01 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd; Device for converting energy and method for manufacturing the device, and electronic apparatus with the device
JP2012038541A (en) * 2010-08-06 2012-02-23 Asahi Glass Co Ltd Plasmon resonance type photoelectric conversion element manufacturing method, and plasmon resonance type photoelectric conversion element
JP2012508466A (en) * 2008-11-04 2012-04-05 イートン コーポレーション Combined heat and power system (CHP) for residential and industrial buildings
JP2012523506A (en) * 2009-04-10 2012-10-04 アプライド ナノストラクチャード ソリューションズ リミテッド ライアビリティー カンパニー Fiber sizing agent composed of nanoparticles
JP2013025949A (en) * 2011-07-19 2013-02-04 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Dye-sensitized solar cell

Patent Citations (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50134391A (en) * 1974-04-09 1975-10-24
JPS5522163U (en) * 1978-07-28 1980-02-13
JPS6260532A (en) * 1985-09-12 1987-03-17 アロカ株式会社 Diagnostic apparatus of affected part in body by hue
JPH01105582A (en) * 1987-10-19 1989-04-24 Kuretsuku Syst:Kk Solar light generating element
JPH08217982A (en) * 1995-02-09 1996-08-27 Toshiba Corp Resin composition, production of resin composite material having fine metallic particle dispersed therein and optical recording device
JPH09259943A (en) * 1996-03-19 1997-10-03 Tokyo Gas Co Ltd Wet type solar battery
JPH10235481A (en) * 1997-02-26 1998-09-08 Denso Corp Laser beam machining method for resin product, and resin product
JP2001035551A (en) * 1999-07-21 2001-02-09 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Pigment-sensitized type solar cell
JP2003070273A (en) * 2001-08-29 2003-03-07 Canon Inc Solarlight power generating system
JP2006310186A (en) * 2005-04-28 2006-11-09 Canon Inc Photovoltaic element and dye-sensitized solar cell comprising it
JP2009533857A (en) * 2006-04-13 2009-09-17 チバ ホールディング インコーポレーテッド Solar cell
JP2008060488A (en) * 2006-09-04 2008-03-13 Kansai Paint Co Ltd One-side electrode thermoelectric conversion module
JP2010510505A (en) * 2006-11-20 2010-04-02 ルートヴィヒ‐マクシミリアンズ‐ウニヴェルジテート・ミュンヘン Fast thermo-optic particle characterization
JP2009071147A (en) * 2007-09-14 2009-04-02 Asahi Glass Co Ltd Plasmon resonance photoelectric conversion element, and method of manufacturing the same
JP2009283881A (en) * 2008-05-20 2009-12-03 Ensuke Iwatani Device utilizing power generation and heat generation by arranging thermoelectric element
JP2010021189A (en) * 2008-07-08 2010-01-28 Omron Corp Photoelectric device
JP2010040567A (en) * 2008-07-31 2010-02-18 Tokyo Electron Ltd Method and device for cleaning and protecting surface of oxide film
JP2012508466A (en) * 2008-11-04 2012-04-05 イートン コーポレーション Combined heat and power system (CHP) for residential and industrial buildings
JP2010199577A (en) * 2009-02-20 2010-09-09 Qinghua Univ Thermoelectric power generator
US20100215852A1 (en) * 2009-02-24 2010-08-26 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Core-shell nanoparticles and process for producing the same
JP2012523506A (en) * 2009-04-10 2012-10-04 アプライド ナノストラクチャード ソリューションズ リミテッド ライアビリティー カンパニー Fiber sizing agent composed of nanoparticles
JP2011014356A (en) * 2009-07-01 2011-01-20 Sony Corp Photoelectric conversion element, method of manufacturing therefor, and electronic device
JP2011016953A (en) * 2009-07-10 2011-01-27 Kyushu Univ Polymer film containing metal fine particle, method for producing the same, and usage of the same
US20110043886A1 (en) * 2009-08-24 2011-02-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Electrochromic device and method of manufacturing the same
JP2011081001A (en) * 2009-10-12 2011-04-21 Korea Advanced Inst Of Sci Technol Detection method of biochemical substance using surface enhanced raman scattering
US20110290294A1 (en) * 2010-05-25 2011-12-01 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd; Device for converting energy and method for manufacturing the device, and electronic apparatus with the device
JP2012038541A (en) * 2010-08-06 2012-02-23 Asahi Glass Co Ltd Plasmon resonance type photoelectric conversion element manufacturing method, and plasmon resonance type photoelectric conversion element
JP2013025949A (en) * 2011-07-19 2013-02-04 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Dye-sensitized solar cell

Cited By (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015170758A1 (en) * 2014-05-08 2015-11-12 公立大学法人大阪府立大学 Accumulation device and accumulation method, manufacturing device for microscopic object accumulation structural body, microscopic organism accumulation and elimination device, detection-substance detection device, separation-substance separation device, and introduction-substance introduction device
JPWO2015170758A1 (en) * 2014-05-08 2017-06-01 公立大学法人大阪府立大学 Accumulation apparatus and accumulation method, apparatus for manufacturing minute object integrated structure, accumulation / removal apparatus for microorganisms, detection apparatus for target substance, separation apparatus for target substance, and introduction apparatus for target substance
JP2018129512A (en) * 2014-05-08 2018-08-16 公立大学法人大阪府立大学 Assembling apparatus and assembling method, apparatus for manufacturing microscopic object assembly structure, apparatus for assembling and removing microorganism, apparatus for detecting detection target substance, apparatus for separating separation target substance, and apparatus for introducing introduction target substance
JPWO2018159706A1 (en) * 2017-02-28 2020-02-13 公立大学法人大阪 Device for accumulating minute objects, accumulation container used therefor, and method for accumulating minute objects
WO2018159706A1 (en) * 2017-02-28 2018-09-07 公立大学法人大阪府立大学 Microobject collecting device, collecting container used for same, and microobject collecting method
US11719603B2 (en) 2017-02-28 2023-08-08 University Public Corporation Osaka Collecting apparatus for microscopic objects, collecting container used in collecting apparatus, and method of collecting microscopic objects
JP7008984B2 (en) 2017-02-28 2022-02-10 公立大学法人大阪 A device for accumulating minute objects, an accumulation container used for the accumulation device, and a method for accumulating minute objects.
CN110383516A (en) * 2017-03-03 2019-10-25 中弥浩明 Thermo-electric conversion module with photothermal conversion substrate
CN110383516B (en) * 2017-03-03 2023-05-19 中弥浩明 Thermoelectric conversion module having photothermal conversion substrate
AU2018228169B2 (en) * 2017-03-03 2021-03-25 Hiroaki Nakaya Thermoelectric conversion module provided with photothermal conversion substrate
JPWO2018159696A1 (en) * 2017-03-03 2020-03-12 浩明 中弥 Thermoelectric conversion module with photothermal conversion board
US11417815B2 (en) 2017-03-03 2022-08-16 Hiroaki Nakaya Thermoelectric conversion module provided with photothermal conversion substrate
WO2018159696A1 (en) * 2017-03-03 2018-09-07 浩明 中弥 Thermoelectric conversion module provided with photothermal conversion substrate
JP7104684B2 (en) 2017-03-03 2022-07-21 浩明 中弥 Thermoelectric conversion module with photothermal conversion board
JP2018174657A (en) * 2017-03-31 2018-11-08 国立大学法人横浜国立大学 Energy conversion device and manufacturing method of the same
CN111511231A (en) * 2018-01-12 2020-08-07 菲利普莫里斯生产公司 Aerosol-generating device comprising a plasma heating element
US11896052B2 (en) 2018-01-12 2024-02-13 Philip Morris Products S.A. Aerosol-generating device comprising a plasmonic heating element
JP2019192910A (en) * 2018-04-18 2019-10-31 国立大学法人東京農工大学 Switching element and thermoelectric conversion element
JP7319655B2 (en) 2018-04-18 2023-08-02 国立大学法人東京農工大学 Switching element and thermoelectric conversion element
CN108878460B (en) * 2018-07-14 2020-11-03 浙江金果知识产权有限公司 Preparation method of photo-thermal detector
CN108878460A (en) * 2018-07-14 2018-11-23 刘翡琼 A kind of optothermal detector and preparation method thereof
JP2020107743A (en) * 2018-12-27 2020-07-09 東洋インキScホールディングス株式会社 Thermoelectric generation device
JP7234627B2 (en) 2018-12-27 2023-03-08 東洋インキScホールディングス株式会社 thermoelectric generator
WO2021040023A1 (en) 2019-08-29 2021-03-04 公立大学法人大阪 Photothermal conversion element, production method for same, photothermal power generation device, and micro-object aggregation system
EP4023590A4 (en) * 2019-08-29 2023-09-13 University Public Corporation Osaka Photothermal conversion element, production method for same, photothermal power generation device, and micro-object aggregation system
JP7392972B2 (en) 2019-10-24 2023-12-06 国立大学法人東京農工大学 thermoelectric conversion element

Also Published As

Publication number Publication date
JP6370532B2 (en) 2018-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6370532B2 (en) PHOTO-HEAT CONVERSION ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, PHOTO-HEAT POWER GENERATION DEVICE, AND DETECTING METHOD
Pu et al. Thermogalvanic hydrogel for synchronous evaporative cooling and low-grade heat energy harvesting
An et al. Single‐step selective laser writing of flexible photodetectors for wearable optoelectronics
Hobbs et al. Mapping photoemission and hot-electron emission from plasmonic nanoantennas
Fang et al. Plasmon enhanced internal photoemission in antenna-spacer-mirror based Au/TiO2 nanostructures
Leung et al. Efficient photon capturing with ordered three-dimensional nanowell arrays
Kopidakis et al. Ambipolar diffusion of photocarriers in electrolyte-filled, nanoporous TiO2
Han et al. Optical absorption enhancement in silicon nanohole arrays for solar photovoltaics
Wen et al. Hot electron harvesting via photoelectric ejection and photothermal heat relaxation in hotspots-enriched plasmonic/photonic disordered nanocomposites
Hu et al. Harvesting waste thermal energy using a carbon-nanotube-based thermo-electrochemical cell
Peng et al. Platinum nanoparticle decorated silicon nanowires for efficient solar energy conversion
Ghadiri et al. Enhanced electron collection efficiency in dye-sensitized solar cells based on nanostructured TiO2 hollow fibers
Van de Lagemaat et al. Relation between particle coordination number and porosity in nanoparticle films: implications to dye-sensitized solar cells
Pan et al. Enhanced Cu2S/CdS coaxial nanowire solar cells by piezo-phototronic effect
Schmitt et al. Nanowire arrays in multicrystalline silicon thin films on glass: a promising material for research and applications in nanotechnology
US9240286B2 (en) Photoelectric conversion device, light detecting device, and light detecting method
Wen et al. Template-guided programmable janus heteronanostructure arrays for efficient plasmonic photocatalysis
Togonal et al. Core–shell heterojunction solar cells based on disordered silicon nanowire arrays
Kosuga et al. A high performance photothermal film with spherical shell-type metallic nanocomposites for solar thermoelectric conversion
Wang et al. Sensitization of p-GaP with CdSe quantum dots: Light-stimulated hole injection
JP2021177549A (en) Method for producing pv thin layers at room temperature and pv thin layer sequence obtained following the method
Zhang et al. Broadband light harvesting for highly efficient hot-electron application based on conformal metallic nanorod arrays
Ha et al. Demonstration of resonance coupling in scalable dielectric microresonator coatings for photovoltaics
Liu et al. Defect Engineering in CdS x Se1–x Nanobelts: An Insight into Carrier Relaxation Dynamics via Optical Pump–Terahertz Probe Spectroscopy
Dabirian et al. Self-assembled monolayer of wavelength-scale core–shell particles for low-loss plasmonic and broadband light trapping in solar cells

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160408

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170120

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170214

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170414

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20171003

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20171201

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180129

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180626

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180711

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6370532

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250