VO2/MWCNT固体-固体ナノ相変化材料を組み込んだモルタル複合材料による屋内温度の受動的調整
Mortar composites incorporating VO2/MWCNT solid–solid nanophase change material for passive indoor temperature regulation
本研究では、バナジウム酸化物(VO2)と多層カーボンナノチューブ(MWCNT)からなる固体-固体ナノ相変化材料(nanoPCM)を合成し、セメントモルタルに0.5~3重量%の範囲で配合した。nanoPCMの配合が、水和挙動、微細構造、圧縮強度、熱物理特性(比熱容量、熱伝導率、拡散率、放出率)、熱調整能力、省エネルギーに与える影響を調査した。結果として、VO2とMWCNTの相乗効果により、相転移温度(Tc)が72.41°Cから63.73°Cに低下し、熱伝導率が約3.5倍に増加した。nanoPCMの配合はモルタル密度をわずかに増加させ、長期圧縮強度を向上させ、1重量%のnanoPCM添加で最大24.5%の増加が観察された。水和熱量測定により、nanoPCMは初期の水和速度論を遅延させるが、全体的な水和プロセスを抑制しないことが明らかになった。モルタル複合材料では、nanoPCMの配合により熱伝導率、拡散率、放出率が低下し、比熱容量がわずかに減少したことで、熱慣性が向上し、熱伝達が遅延した。熱調整試験では温度変動の低減が確認され、建物のエネルギーシミュレーションでは、気候条件に応じて年間最大2.23%の省エネルギーが実証された。これらの結果は、VO2/MWCNT固体-固体nanoPCMによるセメント系材料の熱物理特性の調整が、機械的性能を損なうことなく、屋内温度の受動的調整を改善し、建物のエネルギー需要を削減するための効果的な戦略であることを示している。
- バナジウム酸化物(VO2)と多層カーボンナノチューブ(MWCNT)からなる固体-固体ナノ相変化材料(nanoPCM)を合成し、セメントモルタルに0.5~3重量%配合した研究が実施された。
- VO2とMWCNTの相乗効果により相転移温度(Tc)が72.41°Cから63.73°Cに低下し、熱伝導率が約3.5倍に増加した。
- 1重量%のnanoPCM添加で長期圧縮強度が最大24.5%増加するなど、機械的性能を損なわずに熱物理特性を調整できることが示された。
- 建物のエネルギーシミュレーションで、気候条件に応じ年間最大2.23%の省エネルギーが実証された。
VO2/MWCNTという固体-固体ナノ相変化材料をセメントモルタルに0.5~3重量%配合するだけで、圧縮強度を最大24.5%向上させつつ熱伝導率を約3.5倍に高め、年間最大2.23%の省エネを実証した点は注目。ただし研究段階の材料論文であり、商用化・量産コストや実建物での検証は未確認。素材メーカーや建材・セメント企業の技術ロードマップに組み込まれるかを追いたい。