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TU/e、温度変化で色が変わるコーティング

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September, 14, 2021, Eindhoven--TU/e (アイントホーフェン工科大学) Ph.D候補、Weixin Zhangは、温度変化で色を変える有機「フォトニック」コーティングを開発し、ロバストなスマートコーティングが作製された。それは、簡単に加工でき、温度変化に反応しで迅速な色変化を示す。これらのコーティングは、様々なアプリケーションに有望である。熱管理「スマート」ウインドウ、あるいはインタラクティブ芸術作品など。Zhangは、このテーマを化学工学・化学学部で主張した。

カメレオンインスピレーション
適応型色変化材料は、視覚的認識、信号表現や美学にとって興味深い。色適応の自然界からの好例は、カメレオンに見られる。カメレオンは、カムフラージュ、体温管理のためにその皮膚の色を変えることができる。

この研究では、Zhangはカメレオンからヒントを得て、様々な波長に反応する合成色変化コーティングを開発した。最初のコーティングは、可視光(400~700nm)で温度に反応、第二は赤外(700~2500nm)反射フォトニックコーティング。

赤外コーティングは、窓で赤外光を調整するために使用でき、屋内熱管理に役立てるために利用可能。意義深いことには、これは窓からの視界に影響することなく達成できる。可視「構造色」が選択的に赤外波長を反射するからである。

フォトニック材料
Zhangのコーティングは、基本的にフォトニック材料ベースである。これは、特定の光波長の反射を容易にする周期的ナノ構造を持つ。その結果、その構造は、反射された色となる。

重要な点は、フォトニック材料は、吸収ベースの染料など色を変える材料に対して重要な利点をもつ。まず、フォトニック材料で表現される色は、材料のナノ構造を変更することで精密調整できる。これは、材料自体の化学成分の最小限の変化で達成可能であるので、幅広い波長でナノ構造の色の調整が容易になっている。

2つ目、フォトニック材料は、特定波長で光を反射するだけなので、可視光に対して透明な材料の作製は容易であるが、赤外放射など長波長を反射することができる。

コーティング材料
Zhangの研究で、様々な温度反応適応フォトニックコーティングが製造された。シロキサンベースコレステリック液晶ポリマが合成され、シンプルフィルムアプリケータを使って基板にコーティングされた。結果としてのフォトニックフィルムは、環境温度変化に迅速かつ完全可逆色反応を示している。コーティングは拡張可能であるので、温度計、インタラクティブアートワーク、家庭や他の建物のの赤外選択反射ウインドウとしての利用が興味深い。
(詳細は、https://tue.nl)