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Apr 10, 2024

サーマルペイント — MXene スプレーコーティングは赤外線を加熱または冷却に利用できます

ドレクセル大学が率いる国際研究チームは、ドレクセル大学で10年以上発見され研究されてきた二次元ナノ材料の一種であるMXeneの薄いコーティングが、

ドレクセル大学が率いる国際研究チームは、MXene（ドレクセル大学で10年以上発見され研究されてきた二次元ナノ材料の一種）の薄いコーティングが、材料の熱を捕らえたり放散したりする能力を強化できる可能性があることを発見した。 この発見は、周囲の赤外線の通過を調節するMXeneの能力に関連しており、防寒服、発熱体、放射加熱および冷却用の新素材の進歩につながる可能性がある。

ドレクセルの材料科学およびオプトエレクトロニクスの研究者とペンシルベニア大学の計算科学者を含むこのグループは、最近、エルゼビア誌に掲載された「MXene の赤外線特性の多様性」と題された論文で、MXene に関連する放射加熱および冷却能力に関する発見を説明しました。今日のジャーナル資料。

「この研究は、MXene 材料の多用途性のさらに別の側面を明らかにしました」と、研究のリーダーであり、著名大学、ドレクセル工科大学バッハ教授のユーリー・ゴゴツィ博士は述べました。 「MXene コーティングは、人間の髪の毛の 200 ～ 300 分の 1 という非常に薄い状態を保ちながら、赤外線を封じ込めたり放出したりする優れた能力を備えており、軽量で柔軟性があるため、局所的な熱管理と大規模な放射加熱および冷却システムの両方に応用できる可能性があります。 パッシブ赤外線加熱および冷却には、機能するために電力を必要とする従来のアクティブ加熱および冷却よりも大きな利点があります。」

MXene は、2011 年にドレクセルの研究者によって最初に発見された二次元ナノ材料のファミリーであり、その組成と二次元構造により、電気を伝導し、電気エネルギーを蓄え、化合物をフィルタリングし、電磁放射を遮断する点で優れていることが徐々に証明されています。などの機能があります。 長年にわたり、材料科学者はさまざまな化学組成の MXene を製造し、広範囲に調査してきました。その結果、多数の用途が発見されました。

研究チームは最近の論文で、10種類の異なるMXene組成物が赤外線の通過を助ける、または妨げる能力（「放射率」と呼ばれる尺度）を測定した。これは、周囲の熱を受動的に捕捉または放散する能力と相関している。

「これまでの研究で、MXene が電波やマイクロ波放射を反射または吸収する能力を十分に備えていることはわかっていました。そのため、波長がはるかに短い赤外線との相互作用を調べることが次のステップでした」と博士課程の Danzhen Zhang 氏は述べています。ゴゴツィの研究室の研究者であり、論文の共著者。 「赤外線の通過を制御できる利点は、この種の放射を、赤外線を封じ込めることができれば受動的加熱に、消散できれば受動的冷却に使用できることです。 私たちがテストした MXene は、元素組成と原子層の数に応じて、両方の機能を実行できることを示しました。」

Tetiana Hryhorchuk 氏によると、現在市場で入手可能な受動的冷却素材は、体からの熱赤外線放射 (体温) を軽量で多孔質の繊維組成物を通して逃がすことができますが、MXene でコーティングされた繊維はさらに優れた効果を発揮します。ゴゴツィの研究室の博士研究員であり、この研究の共著者でもある。なぜなら、これらのコーティングされた布地には、外部の赤外線を反射して太陽光による熱を避けると同時に、体から発せられる赤外線を透過させる能力があるからだ。

研究者らは、炭化ニオブMXenesが効果的に熱を放散できるのに対し、炭化チタンは110度のホットプレートで5分間加熱した後でも温度が摂氏43度までしか上昇せず、優れた熱遮蔽性を示すことを発見した。

「炭化ニオブのような高放射率は、誘電体材料でも可能です」とゴゴツィ氏は述べた。 「しかし、MXene はこの能力と導電性を組み合わせています。つまり、これらの MXene は外部電力の供給によりアクティブな電気加熱要素としても使用できます。」