被覆材は凝固および液化することで建物の温度を調節できる

暑い季節には建物を涼しく、寒い季節には暖かく保つ効果的な方法を見つけるために、シカゴ大学プリツカー分子工学大学院 (PME) の研究者らは、銅粒子を液体中に保持する形状変化材料を開発しました。またはソリッドフォーム。 この材料は 2 つの状態を切り替えるために非常に低い電流を使用しますが、それは受動的な加熱と冷却によって節約できるエネルギーのほんの一部です。

不燃性の素材は、ポリウレタンフィルム、グラフェンシート、金グリッドなどの複数の層で構成されています。 しかし、実際の作用は水性電解質と銅粒子のおかげで起こります。

材料が加熱モードの場合、銅粒子がフィルム上に堆積し、太陽熱の吸収に優れた固体層を形成します。 材料に低電流が流れると、粒子が電解質中に分散し、材料は冷却モードに入り、太陽の温暖な赤外線エネルギーが吸収されずに反射されます。 研究では、材料を 1,800 サイクルにわたって前後に切り替えることに成功しました。

「私たちは本質的に、建物を人間のように扱うための低エネルギーの方法を見つけ出しました。寒いときは層を追加し、暑いときは層を脱ぎます」と主任研究員のアスト氏は述べた。 スー・ポーチュン教授。 「この種のスマートな素材を使用すると、大量のエネルギーを使わずに建物内の温度を維持できるようになります。」

実際、研究者らは、材料が固体加熱モード構成にある場合、接触する赤外線エネルギーの 93 パーセントを保持できることを発見しました。 液冷モードでは、このエネルギーの最大 92% を反射できます。 シフトを作動させるために必要な微弱な電流を考慮しても、これは建物の HVAC コストの 8.4% の節約に相当すると研究者らは述べています。

「一度状態を切り替えると、どちらの状態にも留まるためにそれ以上エネルギーを加える必要はありません」とスー氏は言う。 「したがって、これらの状態を頻繁に切り替える必要がない建物の場合、実際に消費する電力はごくわずかです。」

さらに、材料は必要な温度で変化するようにプログラムできるため、基本的に異なる気候で異なる動作をするように調整できます。

さらに、この材料は冷却モードでは透明であるため、温度調節の利点を提供するだけでなく、固体保温モードでは銅のような外観を持ちますが、興味深いデザイン要素も提供できます。透明冷却モード時に最下層に適用される顔料。

電流に応じてこのように色が変化する材料はエレクトロクロミックとして知られており、ノースカロライナ州デューク大学の科学者が2年前に非常によく似た材料を開発したのを私たちは目にしました。 また、ウィンドウフィルムやサングラスに使用するために開発されたそのような素材も見てきました。

現時点では、研究者らは直径約6センチメートル（約2.4インチ）の材料片を作成したが、これを屋根板のような構成で使用することで被覆範囲を拡大できる可能性があるとしている。 彼らの次のステップは、材料を製造する方法を調査し、液体状態と固体状態の間で材料を使用することが受動的な熱制御の観点からどのように価値があるかを検討することです。

この研究は雑誌「Nature Sustainability」に掲載されました。

出典: シカゴ大学