成果報告書詳細
管理番号20120000000481
タイトル平成19年度~平成22年度成果報告書 マルチセラミックス膜新断熱材料の開発
公開日2012/6/8
報告書年度2007 - 2010
委託先名財団法人ファインセラミックスセンター
プロジェクト番号P07006
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約住宅・ビル等の冷暖房によるエネルギー消費は日本の総エネルギー消費の約8%を占め、当該分野の省エネは重要な課題の一つである。住宅・ビル等の断熱性を高めることは冷暖房エネルギーの削減に最も効果のある方法と考えられる。住宅・ビル等の断熱材(壁・床等)には、断熱性が高いことはもとより、圧縮強度が優れ、軽量で、薄く、不燃断熱材料の開発が求められている。また、窓は壁等よりも熱損失が大きいため、高性能な断熱ガラスの開発も必要である。住宅・ビルの省エネ以外にも、家電製品、輸送機器、エネルギー貯蔵等に用いる超断熱材料の開発が望まれている。そこで本プロジェクトでは、セラミックス、ポリマー、ガラス分野でのナノテクノロジー・材料技術等を駆使して、超断熱壁材料および超断熱窓材料の開発を行い、わが国の省エネ・CO2削減に貢献することを目的としている。本プロジェクトでは、住宅やビル等の冷暖房および家電製品、輸送機器、エネルギー貯蔵等における大幅な省エネ効果をもたらす画期的な断熱性能を示す壁・窓材料を実現するために、熱伝導の三要素(格子振動・対流・輻射)のいずれの伝熱も抑えるマルチセラミックスを開発し、かつポリマー、ガラスとの複合化技術を開発する。
1 多孔質セラミックス粒子合成技術の開発
熱伝導の三要素のいずれも抑えるマルチセラミックス膜の開発には、まずナノ多孔体構造を有するセラミックス粒子合成技術の開発が必要である。ここでは、気孔率が制御され、高超断熱壁材料に適した、高圧縮強度、低熱伝導率の多孔質セラミックス粒子を開発する。
2 ナノ構造セラミックス膜コーティング技術の開発
マルチセラミックス膜の開発に必要な第二の材料であるナノ構造セラミックス膜は、柱状・羽毛状といった特異なナノ多孔構造を有することから、熱伝導の三要素を全て抑えることが期待できる。ここでは、気孔率、柱状・羽毛状構造が制御され、超断熱壁材料および超断熱窓材料に適した、高圧縮強度、高反射率、透明性のナノ構造セラミックス膜を開発する。
3 透明多孔質セラミックス合成技術の開発
マルチセラミックス膜の開発に必要な第三の材料となる透明多孔質セラミックスは、ナノオーダーの多孔質フラクタル構造を有し、透明性と、格子振動・対流による熱伝導を抑える効果の両立が期待でき、超断熱窓用の材料として最適であると考えられる。ここでは、気孔率、気孔径が制御され、超断熱窓材料に適した低熱伝導率、高圧縮強度の透明多孔質セラミックスを開発する。
4 複合化技術および真空セグメント化技術の開発
ここでは、1?3で開発した三つの要素材料(多孔質セラミックス粒子、ナノ構造セラミックス膜、透明多孔質セラミックス)を、ポリマーまたはガラスによって複合・真空化する技術を開発する。さらに、壁用および窓用の超断熱材料を開発するための複合化・真空化・セグメント化技術を確立する。
5 超断熱壁材料の開発
真空セグメント化された超断熱壁材の開発により、大きな省エネ効果等が期待できる。ここでは、1、2、4で開発した技術を用いて、超断熱壁材料に用いる粒子の連続生産プロセス技術を確立すると共に、熱貫流率、圧縮強度等が優れた超断熱壁材料を開発する。
6 超断熱窓材料の開発
住宅やビルにおける窓等の開口部からの熱の損失または日射による熱の浸入を抑えれば、大きな省エネ効果が期待できる。本項目では、2、3、4で開発した技術を用いて、熱貫流率、光(可視光)透過率等が優れた超断熱窓材料を開発する。
英文要約Energy consumption for air conditioning of houses and buildings accounts for about 8% of Japan’s total energy consumption. The most effective method to reduce air conditioning energy consumption is to improve the thermal insulation performance of houses and buildings. In addition, super insulating materials for home appliances, transportation vehicles, energy storage, etc are also required. This project will develop super heat insulating materials for walls and windows, and contribute to energy conservation and CO2 reduction in Japan.
In order to realize wall materials and window materials that exhibit much improved thermal insulation property for a considerable energy-saving effect in air conditioning and other fields mentioned above, this project will develop multiceramics that suppress all of the three elements of heat transfer (lattice vibration, convection and radiation), and also develop combining technology using polymer and glass.
1. Development of porous ceramic particle synthesis technologies
We will develop porous ceramic particles with well-controlled nano-porous structures, having a low thermal conductivity and high compression strength suitable for the super heat insulating wall material.
2. Development of nanostructure ceramic film coating technology
We will develop a transparent nanostructure ceramic film having high IR-reflectance and excellent compression strength suitable for super heat insulating material for walls and windows. Nanostructure ceramic film is expected to suppress all of the three elements of heat transfer due to its unique columnar and feather-like structure.
3. Development of technology for synthesizing transparent porous ceramics
We will develop transparent porous ceramics having a low thermal conductivity and high compression strength suitable for the super heat insulating window material. Transparent porous ceramics can satisfy both of visible transparency and the suppression of the heat conduction by lattice vibration and convection, due to its porous fractal nanostructure.
4. Development of combining technology and vacuum segmentation technology
We will develop technology for combining and evacuating the three elemental materials described above, that is, porous ceramic particles, nanostructured ceramic film and transparent porous ceramics using polymer or glass. Further, we will establish combining, evacuation and segmentation technologies for the development of super heat insulating material for walls and windows.
5. Development of super heat insulating wall material
We will establish a continuous production process of particles for super heat insulating wall material using the technologies developed in 1, 2, and 4. At the same time, we will develop super heat insulating wall material with low heat transmission coefficient and high compression strength, etc. A considerable energy-saving effect can be expected by developing evacuated/segmented super heat insulating material.
6. Development of super heat insulating window material
We will develop super heat insulating window material with low heat transmission coefficient, high (visible light) transmittance, etc. using the technologies developed in 1, 2, and 4. Suppression of the loss of heat from openings such as windows of a house / building and the invasion of heat from sunlight brings a considerable energy saving effect.
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