ライス大学の研究者は、温度の変化に応じて透明度を調整するスマートな材料を開発し、耐久性、透明性、応答性の点で同様の材料を上回りました。ある研究者によれば、新しいポリマーブレンドは室内空間の冷却のエネルギー効率を大幅に向上させる可能性があるという。新しい研究に掲載されましたジュール。

クーリングオフは次の問題になる可能性があります生か死かしかし、エアコンはいつ、そして利用可能な場合– すでに世界のエネルギー使用量の 7%、炭素排出量の 3% を占めています。気温が過去最高を記録する中、熱波成長しているより頻繁に世界中で、室内の温度をより効率的に維持する方法の必要性も高まっています。

この問題を軽減する 1 つの方法は、熱を遮断しながら光を通過させる材料で窓をコーティングすることです。そのような種類の材料の 1 つはサーモクロミックですが、既存の種類は依然として高価で寿命が短すぎるため、建物、車両、その他必要な場所での使用に適した選択肢を選ぶことができません。

Pulickel Ajayan 率いるナノマテリアル研究所のライスエンジニアが開発した新しい塩添加ポリマーブレンドシステムは、これらの課題を克服し、エネルギー効率の高い屋内空間冷却技術としてサーモクロミックの大規模展開を可能にする可能性があります。

「日が暖かくなるにつれて窓の透明度が下がり、エネルギーを消費せずに室内を涼しく保つ窓を想像してみてください」とスリーハリ・サジュ氏は言う。材料科学そしてライス大学のナノエンジニアリング博士課程の学生で、この研究の共同筆頭著者である。「当社の配合は、有機成分と無機成分の両方を活用して、短寿命や高コストなどの既存のサーモクロミック材料の限界を克服します。

「さらに、この材料の熱応答は、現実世界の環境要求によく適合しています。この材料で作られたスマートウィンドウは、大幅な熱伝導率の低下をもたらす可能性があると考えています。」エネルギー消費建物内での使用は、エネルギーコストと二酸化炭素排出量の両方に目に見える影響を与えます。」

研究者らは、実験手法と計算シミュレーションを組み合わせて、さまざまな環境および建築設定下での材料の挙動を理解しました。たとえば、大規模に展開した場合の潜在的な影響を把握するために、世界中の特定の都市部でその材料がどのように機能するかを評価しました。

「私たちのアプローチはユニークでした。なぜなら、この組み合わせではこれまで検討されていなかった材料と技術の正確なバランスが必要であり、スマート材料を開発するための新たな道筋を提供するからです」と、アジャヤン研究グループの研究科学者で共同研究者であるアナンド・プティラート氏は述べています。研究の筆頭著者。「私たちは材料の特性を特徴付けるための包括的な実験と、環境安定性と耐久性のテストを実施し、私たちのブレンドが既存のサーモクロミックを上回る性能を発揮できることを示しました。」

研究者らは、2つのポリマーと一種の塩を混合することで材料を合成し、温度変動に伴う透明状態と不透明状態の間のスムーズな遷移を実現する組成の最適化に取り組んだ。彼らの研究結果は、新しいサーモクロミックブレンドが日射量の調整に非常に効果的であるだけでなく、推定寿命が60年と非常に耐久性があることを示しています。

「これらの研究結果は、サーモクロミックの耐久性と性能、特にシンプルで実用的なシステムにおける新たなベンチマークを設定しました」と、この研究の責任著者であり、ライス教授のベンジャミン・M・アンダーソンとメアリー・グリーンウッド・アンダーソン工学教授であり、工学部の教授兼学部長であるアジャヤン氏は述べた。材料科学とナノエンジニアリング。

「私たちの取り組みは、世界の重要な課題に取り組んでいます。持続可能な建築を強化するための実用的でスケーラブルなソリューションを提供します。エネルギー効率建物の中で。」

この材料のサーモクロミック挙動は、香港中文大学沙田校電子工学部の Yi Long 教授と博士課程の学生 Shancheng Wang と共同で研究されました。