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大阪工業大学 工学部 ナノ材料マイクロデバイス研究センター
和田 英男 特任教授
ナノスケール多孔質モスアイ構造をもつ赤外線スマートウィンドウ
出展番号N-24
Osaka Institute of Technology Professor Hideo Wada
Infrared smart window using vanadium oxide thin film with nanoscale porous moth-eye structure
持続可能な開発目標(SDGs)
気候変動とその影響に立ち向かうため、緊急対策を取る
共同研究者
大阪工業大学 工学部 電子情報システム工学科
小池一歩 教授
大阪工業大学 工学部 電気電子システム工学科
前元利彦 教授
展示概要

技術概要

 地球温暖化にともなう気候変動を解決するためには、熱エネルギーを効率的に使用して、物質から放出される排熱を抑制することが重要です。二酸化バナジウムは、温度上昇に伴い赤外線透過率が顕著に減少する反面、反射率は向上する性質(サーモクロミズム)を利用した赤外線放射抑制機能材料です。本研究では、ナノスケール多孔質モスアイ構造を有する二酸化バナジウム薄膜に着目し、「電気的駆動力なしに直接的に光スイッチング機能」をもつ赤外線スマートウィンドウの開発を実施しています。

想定される活用例

・建築構造物の窓材
・次世代自動車のフロントガラス
・赤外線遮蔽材料
・光スイッチングデバイス等

 

展示のみどころ

 金属有機化合物分解法(MOD法)を用いて、二酸化バナジウム(VO2)をサファイア基板に成膜することにより、可視域の透過率を保持しつつ、赤外線域での透過率変化の大きいナノスケール多孔質モスアイ構造を開発しました。この構造を採用することにより、低反射率の特徴を有しながら、転移温度付近でスイッチング機能を有するスマートウィンドウが実現しました。

赤外線スマートウィンドウの平均透過率と最大調光率 / The average transmittance and maximum dimming rate of infrared smart window

 金属有機化合物分解法(MOD)法によってR面サファイア基板上に成膜した二酸化バナジウム(VO2)薄膜における相転移温度後の可視光領域(400~800nm)での平均透過率は、54.8%、近赤外線光領域(800~2000nm)での相転移温度前後の最大値調光率は42.7%を表しています。この測定結果は、VO2薄膜を用いた赤外線スマートウィンドウとしては、最高レベルの調光性を示します。

AFM観察によるVO2薄膜表面 / AFM observation profile of VO2 thin film surface

 VO2薄膜はナノスケール多孔質モスアイ構造を有し,表面が不規則的に約200~250nm周期の不均一な突起配列を表しています。

1分間動画
近赤外線顕微カメラによる透過画像の温度変化 / Thermochromic transformation of transmitted image by near infrared microscope camera

近赤外線顕微カメラによる透過画像の温度変化 / Thermochromic transformation of transmitted image by near infrared microscope camera

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