窓は建物内で失われるエネルギーの 60% もの原因となります。暑い季節には、窓が外側から加熱され、熱エネルギーが建物内に放射されます。外が寒いとき、窓は内側から熱くなり、熱を外側環境に放射します。このプロセスは放射冷却と呼ばれます。これは、窓が建物を必要なだけ暖かく、または涼しく保つのに効果的ではないことを意味します。

温度に応じてこの放射冷却効果をオンまたはオフにするガラスを開発することは可能でしょうか? 答えは「はい」です。

ヴィーデマン・フランツの法則によれば、材料の電気伝導率が高いほど、熱伝導率も高くなります。ただし、二酸化バナジウム材料は例外であり、この法則に従いません。

研究者らは、約68℃で絶縁体から導体に変化する化合物である二酸化バナジウムの薄い層をガラスの片面に追加した。二酸化バナジウム (VO2) は、典型的な熱誘起相転移特性を持つ機能性材料です。その形態は絶縁体と金属の間で変換できます。室温では絶縁体として機能し、68℃以上の温度では金属導体として機能します。これは、原子構造が室温の結晶構造から68℃以上の温度で金属構造に転移することができ、その転移が1ナノ秒未満で起こるためであり、これは電子応用にとって有利である。関連する研究により、二酸化バナジウムが将来のエレクトロニクス産業にとって革命的な材料になる可能性があると多くの人が信じています。

スイスの大学の研究者は、二酸化バナジウム膜にレアメタル材料であるゲルマニウムを添加することで、二酸化バナジウムの相転移温度を100℃以上に高めました。彼らは、二酸化バナジウムと相変化スイッチング技術を使用して、超小型の同調可能な周波数フィルターを初めて作成し、RF アプリケーションで画期的な進歩を遂げました。この新しいタイプのフィルタは、宇宙通信システムで使用される周波数範囲に特に適しています。

さらに、二酸化バナジウムの抵抗率や赤外線透過率などの物理的特性は、変換プロセス中に大幅に変化します。ただし、VO2 の多くの用途 (スマート ウィンドウ、赤外線検出器など) では温度が室温に近いことが必要であり、ドーピングにより相転移温度を効果的に下げることができます。VO2 膜にタングステン元素をドーピングすると、膜の相転移温度を室温付近まで下げることができるため、タングステンをドープした VO2 には幅広い応用の可能性があります。

Honwu Nano のエンジニアは、二酸化バナジウムの相転移温度がドーピング、応力、粒径などによって調整できることを発見しました。ドーピング元素にはタングステン、タンタル、ニオブ、ゲルマニウムを使用できます。タングステンのドーピングは最も効果的なドーピング方法とみなされており、相転移温度を調整するために広く使用されています。1% のタングステンをドーピングすると、二酸化バナジウム膜の相転移温度を 24 °C 下げることができます。

当社が在庫供給可能な純相ナノ二酸化バナジウムおよびタングステンドープ二酸化バナジウムの仕様は以下の通りです。

1. ナノ二酸化バナジウム粉末、ドープされていない、純粋な相、相転移温度は 68℃

2. 1% タングステンをドープした二酸化バナジウム (W1%-VO2)、相転移温度は 43℃

3. 1.5% タングステンをドープした二酸化バナジウム (W1.5%-VO2)、相転移温度は 32℃

4. 2% タングステンをドープした二酸化バナジウム (W2%-VO2)、相転移温度は 25℃

5. 2% タングステンをドープした二酸化バナジウム (W2%-VO2)、相転移温度は 20℃

近い将来、タングステンをドープした二酸化バナジウムを使用したこれらのスマート ウィンドウは、世界中に設置でき、一年中機能することが期待されます。