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

点击翻译按钮获取中文摘要

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。