カーボンナノチューブ「スマートウインドウ」でエネルギー節約

September, 9, 2025, Cambridge--LLNLの研究チームは、近赤外光の透過を変調できる垂直に整列したカーボン ナノチューブを備えた「スマート」窓を開発した、これにより現代のインフラにおけるコストとエネルギー使用量を削減できる。

太陽の放射エネルギーの半分は可視スペクトル外にある。寒い日には、この余分な赤外線ライトが住宅や商業ビルにさらなる暖かさを提供する。暖かい日には、不要な暖房につながり、エアコンなどのエネルギーを大量に消費する気候制御方法で対処する必要がある。

近赤外光の透過を変調できる目に見える透明な「スマートウィンドウ」は、現代のインフラに潜在的なコストとエネルギーの節約策の1つとなる。

この技術的課題の解決に向けて、ローレンス・リバモア国立研究所(LLNL)の学際的な研究者チームは、近赤外光の透過率をほぼ50%削減できる新しいタイプの電気制御の近赤外線スマートウィンドウを開発した。その秘密の成分は、垂直に整列したカーボンナノチューブ – 人間の髪の毛の数千倍細い炭素原子から作られた小さなチューブ状の構造。この研究はNano Lettersに掲載された。

これらのスマートウィンドウでは、カーボンナノチューブが成長し、微細な森のようにガラスの上に直立している。これらの現在のデバイスのサイズはわずかミリメートルであるため、チームは、テクノロジーのスケールアップが必要な次のステップになると指摘している。

印加される電圧に応じて、ナノチューブは赤外線を吸収して太陽からの熱を遮断するか、赤外線を通過させることができる。 この技術の重要な特徴の1つは、カーボンナノチューブがブロッキング状態または透明状態になると、バッテリのように電荷をしっかりと保持するため、その状態を維持するために連続電圧が必要ないことである。これにより、エンドユーザのエネルギー節約を促進するために必要な、非常に低電力の動作が実現する。

この設計を思いつくために、研究チームは実験的製造とモデリング作業からの測定を組み合わせて、調整可能な赤外応答を駆動する微視的物理学をより深く理解し、垂直に整列したカーボンナノチューブの光学的および電子的物理学に関する新しい洞察を生み出した。

チームの研究は、LLNLのラボラトリー主導型研究開発プログラムによって資金提供されており、垂直に整列したカーボンナノチューブの合成と研究に関するLLNLの10年近くの研究に基づいている。