成果報告書詳細
管理番号20160000000610
タイトル平成26年度-平成27年度成果報告書 エネルギー・環境新技術先導プログラム 可変バリア機能の発現に基づく革新的エネルギー制御材料基盤技術開発
公開日2016/8/23
報告書年度2014 - 2015
委託先名国立研究開発法人産業技術総合研究所 国立大学法人東北大学 クニミネ工業株式会社 コニカミノルタ株式会社 株式会社東洋高圧 富士フイルム株式会社 ユニチカ株式会社 日邦産業株式会社
プロジェクト番号P14004
部署名イノベーション推進部
和文要約本研究では住宅、ビルや自動車などの開口部におけるエネルギーの入出流を制御するためのエネルギー制御材料の開発を最終的な目的とし、これらの材料開発のプロジェクト化に向けて必要な光、熱、音などの制御に関する基盤技術の先導的な開発を行った。主な成果は下記の通りである。
・紫外線、赤外線遮断機能を有する無機酸化物のナノ粒子化、およびナノシート化の検討を行い、カルシアドープ酸化セリウム及びタングステンブロンズナノ粒子を溶液プロセスによって合成した(研究開発項目A-1)。
・日射を可変的に制御するフォトクロミックガスクロミック材料の調光システムに不可欠な、光透過性の高い水素バリアコーティング技術、およびそれに必要な高アスペクト比の粘土ナノシート材料の開発を行い、アスペクト比従来比3倍のナノシートと、これを用いた82%の光透過度を持つガスバリアコーティング材料を開発した(研究開発項目A-2、B-1)
・柔軟性を持つ光透過性の断熱材料の実現のため、これまで開発してきたポリイミド系ナノハイブリッド断熱材の発泡構造を微細化する検討を行った。微細化に適したポリマー原料の開発、および細孔を微細化するために必要な大きな圧力差を得るための超高圧製造装置の開発を行い、これらを利用して材料の作成を行った。結果、従来より大幅に発泡構造を微細化したポリイミドシリカ多孔体(短径7μm、熱伝導率0.03W/mK)およびPMMA発泡体(平均発泡径300 nm)を作成し、光透過性を得るための指針を得た(研究開発項目A-3、B-2、C-1)。
・日射を制御する反射型の日射バリア可変フィルムについて、長時間透明状態を保つための改良を行い、透明状態を6時間以上保つことに成功した。また、このフィルムの応答制御のためのスイッチングシステムを開発した。太陽熱制御型エネルギー制御材料について、構成するナノ粒子の小径球状化と高遮熱性の両立を図るための検討を行い、VO2 ナノ粒子のサイズを従来(50-200 nm)よりも大幅に小径化することに成功した。また遮熱性については目標以上(波長1500 nmの光透過率変化幅40%以上)の性能が再現性良く実現できるようになった。さらに耐久性の向上(4倍)やヘイズの低減を達成した(研究開発項目A-4、C-2、C-3)。
・メタマテリアルによる光・熱・音バリア技術の基礎的な検討を行った。メタマテリアルによる遠赤外バリアの可能性検証に関しては、銀リングナノ微粒子のランダム配列よって実現可能であることを見出した。音響バリアの可能性検証については、メタマテリアルによって透明、軽量な遮音材が実現可能であることがわかった。また、フォノン技術の基礎検討により、欠陥を付与したカーボンナノチューブによって熱整流が可能であることがわかり、薄膜でも熱を整流することができるデバイスの可能性を示した(研究開発項目A-5、A-6)。
英文要約Control of energy flow through windows in residences, buildings and cars is important for energy conservation and for good quality of life. Since conventional windows are major path of heat, light and sound, new materials for controlling their flow are strongly required. In the leading project, we investigated the following important technologies to develop the new materials such as UV / IR shielding nanoparticles, variable shading thin films, switchable mirror thin film, high gas barrier coatings for gas-chromic system, transparent thermal insulating materials, thermo-chromic films and meta-materials.
New Ca doped ceria nanoparticles and tungsten bronze nanomaterials for high-performance UV/IR shielding were synthesized via solvothermal synthesis(Research Subject A-1).
Syntheses of synthetic clays with a high aspect ratio and the preparation for coating materials using the clays have been carried out in order to utilize the hydrogen-barrier coatings for an insolation-controllable photochromic system. We obtained the clays with the aspect ratio three times as large as the conventional ones. The coating materials showed high transparency with the value of 82% and also showed the hydrogen-barrier performance. (A-2, B-1).
Researches for minimization of pore sizes in porous polymer-nanocomposite were conducted. How to minimize the pore sizes are important approach for flexible transparent thermal insulation materials. Synthesis of a new precursor (poly amic acid) and development a new high pressure system (up to 100 MPa) were investigated for the research. Porous polyimide-silica nanocomposite with 7 μm pores in diameter and with low thermal conductivity (0.03 W/m-K) and PMMA foam with 300 nm pores in diameter were prepared. (A-3, B-2, C-1)
We refined variable shading thin film structure and developed switchable mirror thin film which can keep transparent state for long time by adding small amount of Ag to Pd catalytic layer. We also developed a switching unit with injection mechanism of hydrogen, which can make switching of switchable mirror sheet with B4 size. We succeeded to maintain transparent state over 6 hours after one charge of hydrogen. We succeeded to prepare VO2 nanoparticles with the diameter of less than 20 nm and high shading properties for solar heat control materials. We prepared trial product of the nanoparticle dispersed thermoschromic film and succeeded to produce the sheet with 50% of transmittance modulation range between low and high temperature phases. Also, we succeeded to prepare the film with low haze and high durability. (A-4, C-2, C-3)
Fundamental researches for barrier of light, heat and sound by meta-materials were investigated. We found the feasibility of far-infrared barrier via random arrangement of silver ring-shape nanoparticles, and of transparent and light weight sound barrier. We also found the potential of thin thermal diode devices using carbon nanotubes with defect. (A-5, A-6)
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