産総研、新たなガスクロミック方式の調光ミラーシートを開発
これまでのガスクロミック方式の調光ガラスは、必ずペアガラスを用いなければならず、単板ガラスが用いられる自動車などには使用できなかった。
今回の新ガスクロミック方式では、調光ミラー薄膜を透明シートに蒸着した調光シートの周囲をガラスに張り付けるだけで、調光ガラスとして使用できるため、自動車などでも使用できるようになるという。
また、1m角のガラスの場合、ガラス間の隙間が5mmであれば容積は5Lになり、スイッチングには大量のガスの置換が必要だった。
さらに、導入された少量の水素もすぐに調光薄膜に吸収されるため、隙間にはほとんど水素が含まれておらず、水素の漏えいなどの危険性がなくなった。
従来のエレクトロクロミック調光ガラスでは、透明導電膜を流れる電流でスイッチング速度が決まるため、サイズが大きくなるとスイッチング速度が遅くなる。
現在、透明導電膜として一般に用いられているITOを用いた場合、メートルサイズのガラス全体のスイッチングには、最速でも10分程度かかる。
これに対して、今回の新ガスクロミック方式の調光シートでは、メートルサイズのシート全体を30秒程度と約20倍のスイッチング速度で透明状態にできる。
さらに、ごく少量の水素でスイッチングできるため、水素発生源の水として、空気中の水(水蒸気)を使用できる。
例えば、気温が30℃で湿度が50%の場合、空気中の水蒸気濃度は2%程度であるが、この水蒸気の電気分解で発生した少量の水素でスイッチングできる。
従来は、水タンクから電気分解用の水を供給する必要があったが、新方式ではこれが不要になり、電気分解用の高分子膜に3 V程度の電圧をかけるだけで水蒸気から水素を発生させてスイッチングが行えるようになった。
なお、非常に希薄な水素しか発生しないため、爆発などの危険性はない。
図3は空気中の水分をスイッチングに用いる調光ミラーシートの写真。
同シートは、ガスクロミック方式でありながらガスや水が不要で、端子に3Vの電池をつなぐだけでスイッチングでき、エレクトロクロミック方式の調光ガラスのように扱いやすいという特長がある。
調光ガラスや調光フィルムは、マグネトロンスパッタ法を用いて薄膜を蒸着している。
この方法を用いて製造を行う場合、製品のコストを決める大きな要因の1つは薄膜部分の成膜速度で、速度が早いほど低コストで製造ができるようになる。
現在、製品化されているエレクトロクロミック調光ガラスは通常5層の薄膜からなり、全体の厚みは1μm程度。
これに対し、今回開発された調光ミラーシートでは、薄膜部分は2層で、全体の厚みも100nm以下と10分の1程度になっているほか、成膜速度の速い金属薄膜のみから成っているため、従来のエレクトロクロミック調光ガラスに比べて成膜時間が大きく短縮され、大幅なコスト低減が期待できるという。
なお、研究グループでは今後、繰り返しスイッチングを行った場合の耐久性の評価を行っていくとするほか、これまではガスクロミック方式の調光ガラスは適用することができないとされていた分野、特に自動車や列車、飛行機のような小型の窓ガラスにも応用できるようになることから、可視光透過率を70%以上に向上させることで、最も遮熱効果の大きい自動車のフロントガラスへの応用も目指すとしている。
また、大型シートへの成膜に関する研究を企業などと共同で進め、建物用の大型窓ガラスへの早い段階での応用を目指したいとしている。
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