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2024-05-25 00:12:04
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カールスルーエ工科大学（KIT）の研究者らは、ネイチャー・コミュニケーションズ誌の最新号で、ユニークな特性を持つポリマーベースの材料を紹介している。この材料は太陽光を取り込み、追加エネルギーなしでより快適な室内環境を維持し、蓮の葉のように自らを浄化する。この新開発は、将来、壁や屋根のガラス部品に取って代わる可能性がある。研究チームは、KITキャンパスの屋外テストでこの材料のテストに成功した。
建物に自然光を最大限に取り入れることは人気があり、エネルギー コストを節約できます。しかし、従来のガラスの屋根や壁は、ぎらつき、プライバシーの欠如、過熱などの問題も抱えています。コーティングや光拡散材料などの代替ソリューションは、まだ包括的な解決策を提供していません。
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複数の機能を兼ね備えた新素材
KIT のマイクロ構造技術研究所 (IMT) と光技術研究所 (LTI) の研究者らは、さまざまな特性を組み合わせ、将来的には建築におけるガラス部品の代替となる可能性のある、新しいポリマーベースのメタマテリアルを開発しました。このポリマーベースのマイクロフォトニック多機能メタマテリアル (PMMM) は、シリコン製の微細ピラミッドで構成されています。これらの微細ピラミッドの大きさは約 10 マイクロメートルで、髪の毛の直径の約 10 分の 1 です。この設計により、PMMM フィルムは、高いレベルの透明性を維持しながら、光拡散、セルフクリーニング、放射冷却など、複数の機能を備えています。「重要な機能は、地球の大気の長波赤外線透過窓を通じて熱を効率的に放射し、宇宙の冷たい空間に熱を放出する能力です。これにより、電力を消費せずに受動的な放射冷却が可能になります」と、IMT と LTI の教授である Bryce S. Richards 氏は説明します。
冷却、光透過、グレアフリー
研究者らは、研究室と実際の屋外条件の開放された空の下の実験で、この材料の特性をテストし、最新の分光光度計を使用して、光透過率、光散乱、反射特性、セルフクリーニング能力、冷却性能を測定した。結果：テストでは、周囲温度と比較して 6 °C の冷却が達成された。さらに、この材料は 95 パーセントという高いスペクトル透過率、つまり透明度を示した。比較すると、ガラスの透明度は通常 91 パーセントである。同時に、マイクロピラミッド構造は入射する太陽光の 73 パーセントを散乱させ、ぼやけた外観になる。「この材料を屋根や壁に使用すると、仕事や生活のための明るくぎらつきのないプライバシー保護された屋内空間が可能になります。温室では、高い光透過率により収穫量を増やすことができます。光合成効率はガラス屋根の温室よりも 9 パーセント高いと推定されるからです」と、IMT のグループリーダーである RichardsGan Huang 氏は言う。 また、マイクロピラミッドは、蓮の葉のような超疎水性を PMMM フィルムにもたらします。水が水滴となって表面の汚れやホコリを取り除きます。このセルフクリーニング機能により、素材のメンテナンスが容易になり、耐久性も向上します。
建設と都市開発の可能性
「当社が新たに開発した素材は、さまざまな分野で使用できる可能性があり、持続可能でエネルギー効率の高い建築に大きく貢献します」とリチャーズ氏は説明します。「この素材は、屋内での太陽光の利用を最適化し、パッシブ冷却を提供し、エアコンへの依存を減らすことができます。このソリューションは拡張可能で、環境に優しい建物の建設や都市開発の計画にシームレスに統合できます」とフアン氏は言います。
参考文献：Huang G、Yengannagari AR、Matsumori K、et al. 透明でセルフクリーニング機能を持つポリマーベースのメタマテリアルによる放射冷却と室内光管理。Nat Commun. 2024;15(1):3798. doi: 10.1038/s41467-024-48150-2
この記事は以下のサイトから転載したものです 材料注: 資料は長さや内容が編集されている可能性があります。詳細については、引用元にお問い合わせください。当社のプレスリリースの公開方針は、 ここ。
#革新的なポリマーベースのメタマテリアルが建設における持続可能性を向上