かんとこうブログ

最近TVのコマーシャルで住友金属鉱山のSOLAMENTが良く登場します。太陽光をコントロールする素材ということですが、一体どんなものなのか、調べてみました。以下のコラム（下記URL）に実に詳しく説明されていました。これを転載するだけで十分かと思いましたが、一応自分の理解のために整理して再構築してみましたが、基本的には転載となります。

https://crossmining.smm.co.jp/column/about_nir_absorbing_materials/

このSOLAMENTは機能性素材の商品名で太陽光の中の近赤外線を効率よくカットすることができる素材だそうです。

具体的な物質名は、LaB6（六ホウ化ランタン）とCWO（セシウムドープ三酸化タングステン）です。実はこの二つの物資は本ブログに一度登場したことがあります。2024年7月25日に盗撮を防ぐ近赤外線透過防止素材として紹介したことがあります。（下記接続先）近赤外線透過防止能があるというのはすなわち近赤外線を吸収する素材であるということでした。

盗撮を防ぐ機能性材料・・近赤外線吸収率の話です | かんとこうブログ | 関東塗料工業組合

それではこの二つの素材についての説明を見ていくことにしましょう。最初は太陽光線の話です。太陽光には紫外線、可視光線、近赤外線、中赤外線が含まれており、そのエネルギーの内訳は近赤外線と中赤外性の合計が46％であること、そして赤外線は皮膚に浸透して発熱効果が高いことが説明されています。

一方で窓ガラスの日射遮蔽には熱線吸収ガラスや熱線反射ガラスが使用されているが、ともに欠点があって、それらを解決すべくITOやATOが開発されてきました。ただ、ITOやATOで透明性と電波障害の問題は解決されたものの、近赤外領域の光は吸収が十分ではありません。（詳しくは下図をお読みください）

こうした窓ガラス素材の特性は、透明性（光線透過率）と日射熱取得率（日射遮蔽係数）で評価（下図）することができ、六ホウ化ランタン（以下LaB6）はATOやITOと同等、セシウムドープ三酸化タングステン（以下CWO）はITOスパッタガラスと同等の透明性、日射遮性を有することがわかります。（詳しくは下図をお読みください）

LaB6、CWOは少ない使用量で高い熱遮蔽特性を示します。下図よりSOLAMENT素材であるLaB6とCWOはITOやATOに比べて極めて少量で高い熱遮蔽性を示すことがわかります。LaB6の高い近赤外吸収は局在表面プラズモンによるものとされています。（詳しくは下図をお読みください）

LaB6の高い熱遮蔽性は実は素材の粒子径と密接な関係にあります。すなわち粒子径小さくすればするほど近赤外領域の吸収が増大するのです。ただし実際には表面が酸化するために粒子径が90nmの時に最大吸収となりますが、いずれにせよ100nmよりも小さなナノ領域の粒子が適していることには変わりがありません。（詳しくは下図をお読みください）

一方CWOは、三酸化タングステンにセシウムをドープ（結晶中にセシウムを入れこむ）して得られます。もともとの三酸化タングステンは絶縁体ですが、結晶の空隙にアルカリ金属などを入れることで導電性が得られます。入れ込む原子が大きくなるにつれて結晶の形が変化してさらに導電性が向上するとともに近赤外吸収特性を生じるようになります。（詳しくは下図をお読みください）

ドープする原子を変化させた場合の近赤外吸収を下図に示します。三酸化タングステンの結晶が変形し、六角形のトンネルのすべてがセシウムに置き換えられるとタングステンとセシウムの原子比は3：1になりますが、この原子比で他の原子のドープと比べ可視光透過率と近赤外吸収特性が最適となります。またセシウムは光学特性だけでなく、コスト、製造適性、耐候性も優れていることがわかりました。（詳しくは下図をお読みください）

以上が住友金属鉱山のホームページのコラムに掲載されている説明です。これを詳しく説明したのには理由があります。それはこの特性を塗料に利用できないかということです。近赤外線を吸収するということはそれ自体が発熱することを意味します。高日射反射率塗料の弱点である冬季の太陽光の熱利用に使えればなどと妄想してしまいます。夏季には逆効果になるかもしれませんが・・・