溶液プロセスを用いた熱輻射制御コーティング技術の開発

溶液法热辐射控制涂层技术的开发

• 批准号: 22K04688
• 负责人: 安田 敬
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04688/
• 关键词: 熱輻射制御; 溶液プロセス; 乾燥クラック; 対流; 光学薄膜; 熱輻射; クラック

熱輻射による加熱は古くから産業の主要プロセスのひとつであり，そのスペクトルを制御できれば，加熱効率が高まり大きな省エネルギー効果が得られる。その実用化には，発熱体の表面にナノスケールの構造を低コストで大面積に形成する必要があり，溶液プロセスを用いた成膜技術の応用が有望である。本研究は，溶液プロセスの応用上の課題として知られる，塗膜の乾燥収縮によって発生するひび割れ（クラック）と溶液塗布時に発生する凹凸パターンの抑制に取り組み，さらにその成果をもとにして，熱輻射制御コーティングの実証を行った。まず，クラックの発生と薄膜の残留応力との相関を調べた結果，高分子の添加によってクラックの抑制と応力の低減がみられたが，応力が小さい領域では他の要因もクラックの発生に関わっていることが分かった。今後，さらに成膜条件を変化させてその要因の特定を図る。塗布時の凹凸パターンは溶媒の蒸発に伴う対流によるものと考えられており，溶液の様々な物性が関与する。本研究では，溶媒として特定の物性量のみ大きく異なり，他は近い値を持つものを用いて比較実験を行った結果，高コスト・有害性の溶媒を使うことなく対流を抑制し，平坦な薄膜を作製する方法を見出した。熱輻射制御の実証については，欠陥なく成膜できる実験条件の範囲で反射率を制御するコーティングを設計・製作し，平板電熱ヒータからの輻射スペクトルの制御を試みた。その結果，可視領域に近接する赤外領域において，理論的予想に近い輻射スペクトルの変化を得ることができた。今後，さらにクラック等の欠陥の抑制を進めて光学設計の範囲を広げ，スペクトルを制御する波長領域や波長選択性の強さを実用領域に高めることをめざす。

热辐射加热长期以来一直是工业中的主要过程之一，如果能够控制光谱，就可以提高加热效率并实现显着的节能。为了将其投入实际应用，需要以低成本在加热元件的表面大面积形成纳米级结构，并且使用溶液工艺的成膜技术的应用前景广阔。这项研究旨在抑制由于漆膜干燥收缩而产生的裂纹以及溶液涂覆过程中出现的不均匀图案，这些都是溶液工艺应用中的已知问题。首先，我们研究了薄膜中裂纹产生和残余应力之间的相关性，发现聚合物的添加抑制了裂纹并降低了应力，但我发现低应力区域的裂纹产生也涉及其他因素。今后我们将进一步改变成膜条件来查明原因。涂布过程中的不均匀图案被认为是由溶剂蒸发时的对流引起的，并且涉及溶液的各种物理性质。在这项研究中，我们使用特定物理性质差异很大但在其他方面具有相似值的溶剂进行了对比实验。结果表明，无需使用昂贵且有害的溶剂即可抑制对流，并且可以生产平坦的薄膜。我们发现了一种创建 .为了演示热辐射控制，我们设计并制造了一种涂层，可以在实验条件下控制反射率，从而可以无缺陷地形成薄膜，并尝试控制平板电加热器的辐射光谱。结果，我们能够在接近可见光区域的红外区域获得接近理论预测的辐射光谱变化。未来，我们将进一步抑制裂纹等缺陷，扩大光学设计的范围，旨在将控制光谱的波长范围和波长选择性的强度提高到实用领域。

项目成果

Sol-Gel Multilayer Coatings for Thermal Radiation Control

用于热辐射控制的溶胶-凝胶多层涂层

• 发表时间: 2023
• 作者: Takashi Yasuda; Taiki Takeuchi; Akito Kinoshita
• 通讯作者: Akito Kinoshita

ゾル-ゲル多層コーティングによる熱放射スペクトルの制御

溶胶-凝胶多层涂层控制热辐射光谱

• 发表时间: 2022
• 作者: 安田 敬; 竹内 大喜; 木下 瑛登
• 通讯作者: 木下 瑛登