・研究者はこのたび熱特性と光学特性を別々に設定できる新しい組織状のポリマーを開発しました。
・カラフルな熱反射窓やファサードなど、さまざまな用途に使用できます。
材料の色と熱特性は相互に関連しています。黄色やピンクなどの明るい色は熱を反射し、暗い色、特に黒は外的環境から多くの熱を吸収します。そのため、夏の暑い日には明るい色のシャツを着ることが勧められます。
同様に、シースルーのガラス窓ではたくさんの太陽熱を取り入れることができます。実際にはガラスを通過するのは熱ではなく、赤外線範囲の電磁放射です。材料の光学特性に応じて、可視光周波数の広い範囲のスペクトルを受け入れることができます。このように、赤外光と可視光は結びついています。
最近、MIT の研究者が、熱特性と光学 (色) 特性を互いに独立して構成できる新しい組織状ポリマー材料を開発しました。たとえば、薄い白いフィルムは、熱を吸収して保温するように調整できます。
可視光にどのように反応するかに関係なく、各色は赤外光を吸収または反射するように調整できます。
材料の光学特性と熱特性の両方を、熱放散建物のファサードやソーラー パネルの光吸収カバーなどの用途の要件に合わせて調整できます。
ガラス素材にさまざまな色をつけるのは比較的簡単ですが、熱に対する反応を変えるのは難しい作業です。同じように、プラスチック材料が熱を反射せずに閉じ込めるのも難しいものです。
材料の内部構造が熱特性の鍵
これまでの研究で、研究者は、ポリエチレンなどのポリマーの熱伝導特性を丁寧に伸ばすことで変更できることがわかっていました。これにより、内部構造が変化します。今回は化学溶剤と特定のナノ粒子を加え、カラフルなフィルムを製造しました。たとえば、黒色のフィルムを生成するのに、シリコン粒子が使われました。
次に、このフィルムをロールツーロール装置に取り付けて、材料を伸ばしながら柔軟性を高めていきました。各フィルムを伸ばされるにつれて、ポリマーはより透明になりました。ポリマー鎖がまっすぐになり、平行な繊維ができます。熱は、この長い平行な鎖に沿って (フォノンの形で) 移動し、ホットスポットの温度を下げることができます。
複数の色付けが可能なポリエチレンフィルムは、必要に応じて熱を反射、閉じ込められる
材料の熱伝導特性は、ポリマーの色に関係なく、ポリマーを伸ばす度合いを変えることで制御できます。また、放射熱と相互作用する適切なナノ粒子を選択することも重要です。チームは、太陽シミュレーターからの人工太陽光を利用してサンプルフィルムをテストしました。
黒色のシリコンナノ粒子からなるフィルムは、黒色の染料と顔料で覆われたフィルムよりも20℃低い温度を示しました。
何に応用できるの？
チームは、商品化に移る前に、この新しい強力な材料を実際の環境 (自然光) でテストする予定です。また、材料の内部構造と寸法に基づいて、光学的、熱的特性を測定するアルゴリズムもリリースします。
現在、軽量アパレル製造に利用可能なポリエチレン繊維とニット生地に取り組んでおり、冷却や断熱するように作られています。
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