世界で最も白く、太陽光を98%反射する塗料が、自動車や飛行機を塗装できるほど薄くなった

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世界で最も白い塗料を開発したパデュー大学の研究者が、自動車、列車、飛行機からの放熱に最適な、より薄くて軽い新処方を開発した。

世界一白い塗料の元祖は、硫酸バリウムのナノ粒子で太陽光を98.1%反射し、屋外の表面を常温より4.5℃以上冷却するものだった。しかし、この塗料で上記の放射冷却効果を実現するためには、400ミクロンの厚さで塗料を塗る必要があるという。屋根などの、そこまで重量にシビアではない用途となら問題ないが、細かな重量要件のある用途(航空機など)では、この厚さと重さが問題になっていた。

世界一白い塗料の開発者である、パデュー大学の機械工学教授 Xiulin Ruan氏のチームは、他の材料で実験を始め、太陽光を散乱させる材料の限界に挑戦した。その結果、潤滑材などに使われる六方晶窒化ホウ素(hBN)を顔料に用いたナノポーラス塗料を開発した。この新しい塗料は、150ミクロンの塗膜でほぼ同等の太陽光反射率(97.9%)を達成した。

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パデュー大学の研究者は、世界で最も白い塗料の新しい処方を作り、より薄く、より軽くした。従来の塗料(左)は、放射冷却を行うために0.4ミリの厚さの層を必要とした。新製法では、わずか0.15ミリの厚みで同様の冷却効果を得ることができる。この薄さと軽さは、自動車や電車、飛行機などの乗り物への放射冷却効果の適用に十分なものだ。 (Purdue University photo/Andrea Felicelli)

フィールドテストでは、直射日光の下で終日冷却効果を発揮し、日中は平均して周囲温度より 5 ~ 6°C 低い温度に達することが示されている。

コンピューターシミュレーションでは、hBNナノポーラス塗料が以前の冷却塗料で使用された球状ナノ粒子よりも太陽放射を跳ね返すのに効果的であることを示した.

(Image Credit: Felicelli et al.)

塗料には空気の空隙も組み込まれているため、ナノスケールで非常に多孔質になっている。この低密度と薄さにより、重量が軽減されるという。新しい塗料は、硫酸バリウム塗料よりも 80% 軽量だが、ほぼ同等の日射反射率を実現する。

パデュー大学の機械工学の教授であるGeorge Chiu氏は、「この軽さは、あらゆる種類の応用への扉を開くものですこの塗料は、飛行機、自動車、列車などの外装を冷却する可能性を秘めています。夏の暑い日に滑走路に座っている飛行機は、内部を冷やすためにエアコンを強く作動させる必要がなくなり、大量のエネルギーを節約することができるのです。また、宇宙船はできるだけ軽量でなければなりませんが、この塗料はその一翼を担うことができます」と述べている。

科学者たちは、現在、この塗料を商業化するための話し合いを行っており、この技術の特許を申請している。

「この塗料を使用すれば、表面を冷却することができ、エアコンの必要性を大幅に減らすことができます。この塗料を使うことで、表面を冷やすことができ、エアコンの使用を大幅に減らすことができます。また、他の冷却方法とは異なり、この塗料はすべての熱を宇宙空間に放射するため、地球を直接冷やすことにもなるのです。塗料でそのようなことができるなんて、かなり驚きです。」とRuan氏は述べている。

論文の概要

薄くて軽い放射冷却塗料は、重量に敏感な多くの用途で必要とされている。しかし,薄層で高い日射反射率を達成することは困難である。本研究では,厚さ150μm,重量0.029g/cm2で日射反射率97.9%,天窓放射率0.83を達成した超白色hBN-アクリル塗料を開発し,従来の放射冷却塗料から大幅に低減させることに成功した。hBNの高い屈折率とナノプレートモルフォロジーは、ミー散乱のような高い散乱係数とレイリー散乱のような強い後方散乱のユニークな組み合わせを可能にし、44.3%の空隙率はhBNと空気間の高い屈折率コントラストをもたらし、これらは薄いコーティングで高い太陽反射率を実現するために寄与している。フィールドテストでは、直射日光下での日中の完全冷却を確認し、日中平均で周囲温度より5~6℃低い温度を達成した。我々のhBN-アクリル塗料は、最近の最高技術と同等の冷却性能を示し、薄型・軽量であるため、多くの実用化への障壁が低くなっている。

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