新技術：高エントロピー光熱フィルム助力織物の人体熱管理性能

快適な新陳代謝温度を維持することは人体の基本的な生理機能を維持する上で重要である。屋外では、静止した成人は赤外線放射によって約50%の熱を消費するが、伝統的な織物材料（綿やポリエステルなど）は高い赤外線放射率（~ 90%）を有し、大量の放射性熱損失をもたらす。そのため、織物の表面を加工し、人体の熱管理を実現することはこれらの欠陥を補うことになる。

現在報告されている熱管理織物の吸収率は理想的ではなく、寒い天気の下では人体を効果的に加熱することができないが、従来の選択的吸収コーティング技術は通常の木綿表面では高粗さのためスペクトル選択性を失うことがある。そのため、ゼロエネルギー消費熱管理織物を研究することは重要な意義がある。

最近、中国科学院蘭州化学物理研究所のクリーンエネルギー化学・材料実験室の高祥虎研究員、劉剛チームなどはマグネトロンスパッタリング方法を通じて普通の木綿の表面に高エントロピー窒化物（ZrNbMo-Al-N）に基づく多層フィルムを製造し、比較的高いスペクトル選択性を持つ人体熱管理織物を実現した。研究者は定常状態伝熱モデルを構築することにより、織物の高吸収率と低放射率は人体の低温環境下での保温に貢献し、特に吸収率の最適化は、屋外の照明環境下での保温能力を効果的に増加させることができることを発見した（図1）。

これにより、研究者は理論計算と実験検証を組み合わせた方法で多層薄膜の光学性能を最適化した（図2）。最適化された選択的吸収コーティングは、金属アルミニウム修飾木綿上で92.8%の高吸収率と39.2%の低放射率を実現し、優れた光熱変換効率（82.2%、600 Wm-2、0℃）を有し、既報の太陽熱加熱織物に比べて明らかな優位性がある。研究者は織物の加熱能力を実験的に検証した。布地の低い放射率により、室内空調の設定温度が3.5℃低下し、エネルギー消費が減少した。

冬の朝、太陽光強度は350 W m-2、空気温度は7.5℃であるにもかかわらず、このチームが研究した高エントロピー保温織物を利用して人体表面温度を12℃上昇させることができる（図3）。同時に、この織物は綿布の穿孔性を維持し、実験試験により、良好な水蒸気透過率、通気性と耐久性を持っていることが明らかになった。異なる洗浄サイクルを経ても、布地は優れた光学特性を維持している。

同チームが提案した高エントロピー織物は良好な光熱転化効率、通気性、水蒸気透過率、機械的強度、耐久性、洗濯性、製造しやすいなどの利点があり、織物の人体熱管理の研究と実際の応用に重要な貢献を持っている。関連研究成果は、Efficient Warming Textile Enhanced by a High-Entropy Spectrally Selective Nanofilm with High Solar AbsorptionというタイトルでAdvanced Scienceに発表された。

関連する研究活動は中国科学院青年革新促進会、甘粛省科学技術重大特別プロジェクト、蘭州化物所「第14次5カ年計画」重大突破プロジェクトの支持を得た。

図1高エントロピー保温織物の保温メカニズム及び理論検証

図2高エントロピー保温織物の製造及び光学性能

図3高エントロピー保温織物の保温性能の屋外検証