新しいインクは、ナノテクノロジーを使用して日常環境の温度を制御します。 クレジット: Mohammad Taha 博士、メルボルン大学
ナノテクノロジーを使用した相変化インクは、温度を制御し、受動的な環境制御を提供してエネルギー消費を削減するために開発されました。 用途の広いインクは、建物、電子機器、衣料品に応用できる可能性があり、気候変動に対処するための持続可能なソリューションになる可能性があります。
洗練された「受動的な気候」制御を実現するために、建物、住宅、自動車の暖房と冷房の方法を変えることができる世界初の「相変化インク」が開発されており、エネルギー使用と地球規模の温室効果ガス排出の削減に役立つ大きな可能性を秘めています。
The Royal Society of Chemistry’s に掲載された新しい研究 Journal of Materials Chemistry A Mohammad Taha 博士が率いる 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概念実証の「相変化インク」を文書化しています。 それらは、周囲の環境に基づいて、それらを通過できる放射線の量を調整することによってこれを達成します.
タハ博士は、これらのインクを使用してコーティングを開発し、受動的な加熱と冷却を実現して、温度を調節するためにエネルギーの生成に頼る必要性を減らすことができると述べました。
「人間は快適な環境を作り出し、維持するために多くのエネルギーを使用します。建物、家、車、さらには私たちの体を冷暖房しています」と Taha 博士は述べています。
「私たちはもはや、環境への影響を減らすために、再生可能な資源からのエネルギー生成だけに集中することはできません。 また、気候変動の影響が現実のものとなっているため、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を検討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、追加のエネルギー浪費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取り除きます。」
受動的な環境制御は、不必要にエネルギーを消費することなく快適な生活環境を実現します。 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は、日中はより多くの太陽放射を通過させ、夜間はより断熱性を高めて暖かさを保つように自動的に変化する可能性があります。 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形する可能性があります。
用途の広い「相変化インク」は、塗料や建材にラミネート、スプレー、または追加できる概念実証です。 また、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、ガスや温度センサーなどの大規模で柔軟なウェアラブル電子デバイスの作成に組み込んだりすることもできます。
Taha 博士は次のように述べています。 これは、既存の構造物や建材を後付けできることを意味します。 製造業の関心があれば、インクは 5 年から 10 年で市場に出回る可能性があります。
「業界との協力を通じて、世界の気候変動エネルギーの課題に取り組むための全体的なアプローチの一環として、既存の技術や新しい技術にそれらをスケールアップして統合することができます。
「ノートパソコンの電子機器や車のフロントガラスの熱の蓄積を防ぐなど、非常に多くの異なる目的に使用できるため、この材料の可能性は非常に大きい. しかし、この素材の優れた点は、ニーズに合わせて熱吸収特性を調整できることです。
「スマートガラスの製造には、すでに別の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と塗装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、既存の建物をより効率的に改造するのに役立ちます。 それは環境にとってより良く、将来に向けて持続可能です。」
このブレークスルーは、「相変化材料」の主要成分の 1 つである酸化バナジウム (VO2) を変更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、材料が応力下で自身を変換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、以前は「相変化」特性を活性化するために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かについての理解を利用して、絶縁体から金属 (IMT) への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 (室温付近) を超えて熱をブロックするスイッチとして機能します (30- 40oC）」とタハ博士は述べた。
タハ博士は、次のステップは、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であると述べました。
参照: 「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」Mohammad Taha、Sivacarendran Balendhran、Peter C. Sherrell、Nick Kirkwood、Dingchen Wen、Shifan Wang、Jiajun Meng、James Bullock、Kenneth 著B. Crozier および Len Sciacca、2023 年 3 月 21 日、 Journal of Materials Chemistry A.
DOI: 10.1039/D2TA09753B