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Dec 17, 2023

「ナノインク」は建物や自動車の温度を受動的に制御できる可能性がある

27 marzo 2023 qui

2023 年 3 月 27 日

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メルボルン大学著

高度な「パッシブ気候」制御を実現するために、建物、住宅、自動車の冷暖房方法を変えることができる世界初の「相変化インク」が開発され、エネルギー使用量と世界的な温室効果ガス排出量の削減に貢献する大きな可能性を秘めています。

モハマド・タハ博士率いる英国王立化学会のジャーナル・オブ・マテリアルズ・ケミストリーAに発表された新しい研究では、ナノテクノロジーを使用して日常環境の温度を制御する「相変化インク」の概念実証が文書化されている。 これは、周囲の環境に基づいて、通過できる放射線の量を調整することで実現されます。

タハ博士は、これらのインクは受動的加熱と冷却を実現するコーティングの開発に使用でき、温度を調節するためにエネルギー生成に依存する必要性を減らすことができると述べた。

「人間は、建物、家、車、さらには体を冷やしたり冷やしたりするなど、快適な環境を作り出し維持するために多量のエネルギーを使用します」とタハ博士は述べた。

「環境への影響を削減するために、私たちはもはや再生可能資源からのエネルギー生成だけに注力することはできません。また、気候変動の影響が現実になるにつれ、私たちが提案するエネルギーソリューションの一部としてエネルギー消費の削減も考慮する必要があります。

「環境に反応するようにインクを設計することで、エネルギー消費を削減するだけでなく、追加のエネルギーの無駄である温度を制御するための補助制御システムの必要性も排除できます。」

パッシブな気候制御により、エネルギーを不必要に消費することなく快適な生活環境が実現します。 たとえば、冬に快適な暖房を提供するために、建物のファサードに塗布されたインクが自動的に変化して、日中はより多くの太陽光を通過させ、夜間は断熱性を高めて暖かさを保つことができます。 夏には、太陽や周囲の環境からの熱放射を遮断するバリアを形成するように変化する可能性があります。

多用途の「相変化インク」は、ラミネート、スプレー、または塗料や建材に添加できる概念実証です。 また、衣服に組み込んで極端な環境で体温を調節したり、曲げ可能な回路、カメラや検出器、ガスセンサーや温度センサーなどの大規模でフレキシブルでウェアラブルな電子デバイスの作成に組み込むこともできます。

タハ博士は、「私たちの研究により、これらのインクを安価に大規模に適用することに対するこれまでの制限が取り除かれました。これは、既存の構造物や建材を改修できることを意味します。製造上の関心があれば、インクは5～10年以内に市場に投入される可能性があります」と述べた。

「産業界との協力を通じて、世界の気候変動エネルギー課題に取り組む総合的なアプローチの一環として、それらの技術をスケールアップし、既存および新技術に統合することができます。

「ラップトップ電子機器や車のフロントガラスの熱の蓄積を防ぐなど、さまざまな目的に使用できるため、この素材の可能性は非常に大きいです。しかし、この素材の利点は、熱吸収特性を状況に応じて調整できることです。私たちのニーズ。

「すでに、スマートガラスの製造には異なるタイプの相変化材料が使用されていますが、私たちの新しい材料は、よりスマートなレンガや塗料を設計できることを意味します。この新しいナノテクノロジーは、既存の建物を改修してより効率的にするのに役立ちます。それは環境と環境にとってより良いことです。」将来にわたって持続可能です。」

このブレークスルーは、「相変化材料」の主成分の 1 つである酸化バナジウム (VO2) を修飾する方法を発見することによって達成されました。 相変化材料は、熱や電気などのトリガーを使用して、応力下で材料自体が変化するのに十分なエネルギーを生成します。 しかし、相変化材料は、その「相変化」特性を活性化させるために、以前は非常に高温に加熱する必要がありました。

「私たちは、これらの材料がどのように組み合わされるのかについての理解を利用して、絶縁体金属反応 (IMT) 反応をどのように引き起こすことができるかをテストしました。この反応では、材料は基本的に、特定の温度 (室温に近い温度) を超える熱を遮断するスイッチとして機能します。 40℃）」とタハ博士は語った。

タハ博士は、次のステップには、メルボルン大学が特許を取得した研究を製品化することが含まれると述べた。

詳しくは： Mohammad Taha et al、酸化バナジウムとコアシェル複合材料の室温付近の相転移による赤外線変調、Journal of Materials Chemistry A (2023)。 DOI: 10.1039/D2TA09753B

雑誌情報:材料化学ジャーナル A

メルボルン大学提供