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Onsite reference infrared radiators are used to correct thermal imagers for noncontact fever screening in real time. We have developed a flat-plate reference radiator of the highest accuracy to enhance reliability of the fever screening. Our contact-durable blackbody composite with good heat transfer, which has a microcavity structured surface offering high emissivity (>0.999), was employed for the emissive surface of the reference radiator. Evaluation of the developed reference radiator regarding the spectral emissivity, in-plane uniformity, and temperature stability demonstrated an unprecedentedly small uncertainty of 0.10℃ for the radiance temperature (95% level of confidence).

One of the key measures to secure reliable fever screening is to calibrate a thermal imager with an accurate flat-plate blackbody device in real time. We provide durable perfect blackbody plates with both high emissivity of >0.998 and good heat transfer, ideal for a high-precision reference radiation source. Reflectance measurements and heat transfer simulation demonstrate that a micro-cavity composite of a thin resin double layer or resin mixture with thermally conductive filler is an important solution for improving the emissivity and thermal performance of blackbody plates.

現在の日本では、カチオン交換膜(CEM)とアニオン交換膜(AEM)を用いた電気透析で海水を濃縮した後、濃縮海水の水分を蒸発させることで食塩を生産している。そこで本研究では、海水濃縮工程の電気透析効率の向上を目指し、重イオンビームグラフト重合法によってCEMとAEMの開発を進めた。エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体基材膜に対して重イオン(129Xeまたは84Kr)を照射した後、スチレンのグラフト重合とスルホン化でCEM、クロロメチルスチレンのグラフト重合と四級化でAEMを作製した。これらのCEMとAEMは、一次元のイオン伝導経路という特異的な構造を有するため、イオンを極めて透過し易く、膜抵抗が低いことが明らかとなった。海水濃縮試験では、市販膜を用いた場合と比較し、低い電解電圧でも海水を高濃度に濃縮できた。重イオンビームグラフトCEM、AEMの海水濃縮への高い適用性を実証した。

We present a large-area perfect blackbody sheet, which would offer a planar standard radiator for high-precision thermal imager calibration. Polydimethylsiloxane (PDMS) sheets with nano-precision surface micro-cavity structures achieve both ultra-low reflectance (ultra-high emissivity close to unity) over the thermal infrared wavelengths and high durability to mechanical contact. The investigation on the geometrical parameters of the conical micro-cavities, that is, radii and aspect ratios (ratio of height to radius), confirmed that the PDMS blackbody sheet with a micro-cavity radius of ~6 μm and an aspect ratio of ~4 exhibits the optimum hemispherical reflectance of less than 0.002 (emissivity of higher than 0.998) at the thermal wavelengths (6–15 μm). Furthermore, the large-area PDMS blackbody sheet of 100 mm × 80 mm maintained an excellent in-plane uniformity of the emissivity. This unprecedented large-area perfect blackbody conforms to the International Electrotechnical Commission (IEC) standard recommendation regarding thermal imager calibration for fever screening in terms of the emissivity performance.

Acetylenes are the first monomer to polymerize by the energy deposited by ionizing radiations. Herein we report an extremely efficient solid state polymerization of ethynyl-substituted 9,9'-spirobi[9H-fluorene]s (SBFs) via a unique nano-fabrication technique referred to as Single Particle Trigged Linear Polymerization (STLiP) initiated by high energy charged particles. The resulted nanowires of polymerized/crosslinked SBFs show a gradual transformation from flexible to rigid rod-like with an increase in the reaction efficiency mediated by the ethynyl substitution. The overall efficiency of initiation/propagation/crosslinking reactions is remarkably high even in comparison with the primary yield of ionization events in the radiation chemical processes, marking up to G > 80 (100 eV)^-1, which is suggestive of efficient chain reactions in the propagation steps. The present results demonstrate efficient solid-state polymerization reactions, which are neither topochemical polymerization reactions nor acid/base catalyzed reactions, expand the versatility of STLiP technique to fabricate 1D nanomaterials based on a variety of organic compounds.

As a novel method for the preparation of highly-active anode catalysts for DMFCs, the effect of high-energy ion irradiation on the CeO2 embedded carbon nanofiber support (CECNF) of the PtRu/CECNF catalyst, that has been reported as a very active catalyst, on the methanol oxidation activity as well as the crystalline structure of the support materials were investigated. PtRu/CECNFs were prepared using the CECNFs that were irradiated by high-energy ion-beams under the different conditions, i.e., using 127 MeV Ar ions, 310 MeV Kr ions and 350 MeV Xe ions with different ion-fluences from 5x1011 ions cm-2 to 1x1013 ions cm-2. A change in the activity was observed at the low electrode potentials below 0.7 V vs RHE. An almost two times higher current density at 0.6 V vs RHE compared to that without irradiation was obtained by the Ar ion irradiation with the ion-fluence at around 5x1011 ions cm-2, while a higher ion-fluence reduced the activity. The reduction of the CeO2 crystalline size with the increase in the ion-fluence was observed by XRD measurements. The change in the catalytic activity roughly correlated with the increase in the lattice distance of CeO2 suggesting that the generated oxygen atom vacancies enhanced the activity.

現在の日本では、カチオン交換膜(CEM)とアニオン交換膜(AEM)を用いた電気透析で海水を濃縮した後、濃縮海水の水分を蒸発させて食塩を生産している。そこで本研究では、海水濃縮効率の向上を目指し、重イオンビームグラフト法によって新規ナノ構造制御CEMを作製した。CEMの作製は、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体膜に対する84Krイオン照射、スチレンのグラフト重合、スチレンユニットのスルホン化という手順で行った。得られたナノ構造制御CEMは、低含水率にも関わらず非常に膜抵抗が低かった。これは特異的な一次元イオン伝導経路がイオンを極めて効率的に透過するからであると推測される。さらに、含水率が低いために水透過も抑制されることが明らかになった。このようにナノ構造制御CEMは、海水濃縮にとって好適な、低い膜抵抗と低い水透過率を兼ね備えることがわかった。

Planar near-perfect blackbodies have wide applications ranging from dark-level reduction to light harvesting. Among them, carbon nanotube (CNT) forests have an unmatched mid-infrared blackbody performance, which is favourable for thermal radiation management. However, their inherent fragility against direct contact limits their broader use. Here we present a class of perfect blackbody sheets from elastomers outperforming CNT forests. Nano-precision micro-cavity arrays embossed on a polydimethylsiloxane (PDMS) sheet exhibit an exceptionally low reflectance of ≲0.0005 over the entire mid-infrared wavelengths (6–15 μm). In addition, this sheet maintains high resilience to tape-pulling, repeated bending, and scratching. The key technology is swift heavy ion manufacturing, yielding a highly flawless template of conical micro-cavities having necessary and sufficient openings (a dozen μm) and depths (several tens of μm) to trap ultrabroadband photons. Notably, the just-embossed PDMS sheets are visibly transmissive, whereas pre-addition of carbon black can extend the spectral range of near-perfect absorption as wide as from ultraviolet to mid-infrared wavelengths. Our tough and flexible planar blackbodies offer versatile applications of perfect absorbers/radiators, particularly with respect to thermal infrared management.

Supplement 1

We prepared cation exchange membranes (CEMs) by an ion-track grafting technique, which involves irradiation of a polymer substrate with MeV heavy ions to form the nano-sized cylindrical ion tracks and subsequent graft polymerization to create the ion channels. The prepared CEMs exhibited the resistance lower than that of the commercially-available Nafion212 membrane and conventional γ-ray-grafted CEMs even at the low water uptake. This result indicates efficient proton transport in the cylindrical ion channels, and so our ion-track-grafted CEMs are the promising materials for electrodialysis applications., 第30回日本MRS年次大会

To investigate the effect of irradiation-induced defects on the superconducting characteristics of industrially produced superconductor—GdBa₂Cu₃O₇−δ (GdBCO)—coated conductors (CCs), we irradiated the GdBCO CCs with Au ions at 2 or 10 MeV and probed them using a slow positron beam. Vacancy clusters were detected in both unirradiated and irradiated GdBCO CCs. However, the effect of ion irradiation on the GdBCO CCs was characterized as a slight reduction in the positron annihilation rate with low-momentum electrons. We also found a correlation between the annihilation rate of low-momentum electrons and the superconducting transition temperature.

我々は、ヨウ化水素(HI)濃縮電解電気透析への適用に向け、イオン飛跡グラフト重合法によって低い膜抵抗と低い水透過率を両立するカチオン交換膜（CEM）の開発を進めている。本研究では、作製したCEMのHI水溶液中における膜抵抗と水透過率を測定した。膜抵抗が約0.80 Ωcm²のときの水透過率は、市販膜Nafionでは3.8 L m⁻² h⁻¹、従来のγ線グラフトCEMでは0.95 L m⁻² h⁻¹であったのに対し、イオン飛跡グラフトCEMでは0.55 L m⁻² h⁻¹と最も低かった。イオン飛跡グラフトCEMは特異的な円柱状イオンチャネルを有し、低含水率下でも効率的にプロトンを輸送するため、膜抵抗と水透過率が共に低いと考えられる。, 化学工学会 第51回秋季大会(2020)

我々は、重イオンビームを用いて、水透過を抑制する低膨潤性の電気透析用陽イオン交換膜（CEM）の開発を行っている。本研究では、作製したCEMの含水率を室温の希塩酸中で測定し、膨潤性を評価した。電気透析セルの過電圧を決定づける膜抵抗が一定の下で含水率を比較すると、市販膜Nafionが18%であったのに対して、作製したCEMは7.5%であった。この値は、γ線グラフト重合法により得られたCEMの3分の2でもあることから、含水率の抑制、すなわち膨潤性の低下が確認できた。, 日本膜学会第42年会

燃料電池自動車などに用いられている固体高分子形燃料電池では、炭素担体上の白金（Pt）ナノ粒子が電極触媒として用いられている。しかし、Ptの使用量が高コスト化の原因であるため、触媒性能を向上させて使用量を低減させることが喫緊の課題である。我々のグループでは、Ptナノ粒子触媒の触媒性能が、イオン照射による炭素担体への欠陥導入によって大きく向上することを報告してきた。触媒性能向上のメカニズムを解明するために、Ptナノ粒子と炭素担体界面のXAFS測定を行った。炭素吸収端スペクトルから炭素担体への欠陥導入によって炭素とPtナノ粒子の界面電子状態が大きく変化していることを見出し、欠陥導入によるPtナノ粒子と担体との相互作用の変化が触媒の高性能化の起源であることを報告する予定である。, Materials Research Meeting 2019

固体高分子形燃料電池では、炭素担体上のPtナノ粒子が電極触媒として用いられている。特に自動車用の燃料電池では、動作温度を現状の80℃から120℃に高めて使用することが計画されている。しかし、さらなる高温発電することで炭素担体の腐食が進み、耐久性能が著しく低下することが予想される。我々のグループでは、これまでにイオン照射により欠陥導入した炭素担体上のPtナノ粒子触媒の耐久性能が、未照射の場合と比較して大きく向上することを報告した。本研究では、照射した炭素材料自体の耐久性能について調べた。 耐久試験前後の電気化学測定の結果、イオン照射したグラシーカーボン（GC）基板では酸化による腐食が大きく抑制されていることを観測した。また、XPS測定も耐久試験前後の照射・未照射GC基板に対して実施し、照射試料では、酸化物相が表面に蓄積している傾向を見出した。酸化物相は、酸化による腐食を促進するため、炭素材料自体が腐食に対して強くなっている可能性を報告する。, 高崎サイエンスフェスタ2019

固体高分子形燃料電池では、炭素担体上のPtナノ粒子が電極触媒として用いられている。特に自動車用の燃料電池では、動作温度を現状の80℃から120℃に高めて使用することが計画されている。しかし、さらなる高温発電することで炭素担体の腐食が進み、耐久性能が著しく低下することが予想される。我々のグループでは、これまでにイオン照射により欠陥導入した炭素担体上のPtナノ粒子触媒の耐久性能が、未照射の場合と比較して大きく向上することを報告した。本研究では、照射した炭素材料自体の耐久性能について調べた。 耐久試験前後の電気化学測定の結果、イオン照射したグラシーカーボン（GC）基板では酸化による腐食が大きく抑制されていることを観測した。また、XPS測定も耐久試験前後の照射・未照射GC基板に対して実施し、照射試料では、酸化物相が表面に蓄積している傾向を見出した。酸化物相は、酸化による腐食を促進するため、炭素材料自体が腐食に対して強くなっている可能性を報告する予定である。, 第29回日本MRS年次会