JP7133183B2 - VO2-supporting hollow particles having thermochromic properties and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、中空粒子とその製造方法に関する。 The present invention relates to hollow particles and methods for their production.

発明者らは、ナノサイズの中空粒子の製造方法を確立している。ナノサイズの中空粒子は、内部に空気を有するので熱伝導率が小さい。また、微小であるので透明性が高い。よって、ナノサイズの中空粒子からなるフィルムは、透明で高断熱であり、窓ガラスに貼付すると、視界を損なうことなく断熱をすることができる。 The inventors have established a method for producing nano-sized hollow particles. Nano-sized hollow particles have air inside, and thus have low thermal conductivity. Moreover, since they are minute, they have high transparency. Therefore, a film made of nano-sized hollow particles is transparent and highly heat-insulating, and when applied to a windowpane, it can insulate without impairing visibility.

特許文献1には、サーモクロミック特性を有するVO粒子を有する中空粒子フィルムが記載されている。サーモクロミック特性は、温度により光の透過率が変化するものであり、転移温度より温度が高いと透過率が低下する。 US Pat. No. 6,200,000 describes hollow particle films with VO 2 particles having thermochromic properties. The thermochromic property is that the transmittance of light changes with temperature, and the transmittance decreases when the temperature is higher than the transition temperature.

一方、VO2粒子は黒色であるのでVO2粒子を有する中空粒子フィルムの透過率は低下する。よって、VO2粒子の粒径は小さいほど良い。10nm以下であれば、可視光の透過性に優れたVO2粒子を有する中空粒子フィルムとすることができる。 On the other hand, since the VO2 particles are black, the transmittance of hollow particle films with VO2 particles is reduced. Therefore, the smaller the particle size of the VO2 particles, the better. If it is 10 nm or less, a hollow particle film having VO2 particles with excellent visible light transmittance can be obtained.

しかし、従来のVO固化体を微細粉末にしてから中空粒子に担持させる方法では、VO粒子の粒径が10nm以下にすることは困難であった。 However, in the conventional method of pulverizing solidified VO 2 into fine powder and supporting it on hollow particles, it was difficult to make the particle size of VO 2 particles 10 nm or less.

WO2016/017611号公報WO2016/017611

本発明の課題は上記のような従来の製造方法の問題を解決し、10nm以下の粒径のVO粒子を担持させた中空粒子とその製造方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems of conventional production methods, and to provide hollow particles supporting VO2 particles having a particle size of 10 nm or less and a production method thereof.

上記課題を解決するための手段として以下の発明がある。
発明1は、中空粒子のテンプレート(7)、VOイオン(9)を有する分散液(10)を攪拌させて、シリカシェル(6)にVOイオン(9)を有するコアシェル粒子(5)を生成させ、コアシェル粒子(5)を水で洗浄することでテンプレート(7)を除去し、内部に水を保持させ、更に、不活性雰囲気の熱処理により内部の水を蒸発させ、シリカシェル(6)にVO粒子(8)を担持させたシェル(3)を有するVO担持中空粒子(1)の製造方法である。発明2は、VO粒子(8)は、10nm以下であることを特徴とする発明1に記載するVO担持中空粒子(1)の製造方法である。発明3は、サーモクロミック特性を有するVO粒子(8)を担持させたVO担持中空粒子(1)であって、VO粒子(8)は、10nm以下であり、転移温度以下では、透過率が30%以上90%以下、転移温度以上では、波長800nm以上の透過率を低下させることを特徴とするVO担持中空粒子(1)である。発明4は、転移温度は、50℃から70℃であることを特徴とする発明3に記載するVO担持中空粒子(1)である。
なお、上記及び特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載されて当該用語の例となる具体物等との対応関係を示すものである。
Means for solving the above problems include the following inventions.
In Invention 1, a hollow particle template (7) and a dispersion (10) containing VO ions (9) are stirred to form core-shell particles (5) containing VO ions (9) in silica shells (6). , remove the template (7) by washing the core-shell particles (5) with water, retain water inside, further evaporate the water inside by heat treatment in an inert atmosphere, and form VO in the silica shell (6) A method for producing VO 2 -supported hollow particles (1) having shells (3) supporting 2 particles (8). Invention 2 is a method for producing VO 2 -supported hollow particles (1) according to Invention 1, wherein the VO 2 particles (8) are 10 nm or less. Invention 3 is a VO 2 -supported hollow particle (1) supporting VO 2 particles (8) having thermochromic properties, wherein the VO 2 particles (8) have a size of 10 nm or less, and at a transition temperature or lower, transmission The VO 2 -supporting hollow particles (1) are characterized in that the transmittance at a wavelength of 800 nm or more is reduced when the transmittance is 30% or more and 90% or less and the transition temperature or more. Invention 4 is the VO 2 -supporting hollow particles (1) according to Invention 3, characterized in that the transition temperature is from 50°C to 70°C.
It should be noted that the symbols in parentheses in the above description and the scope of the claims indicate the correspondence relationship between the terms described in the scope of claims and specific objects described in the embodiments described later and serving as examples of the terms. be.

上記手段によれば、VO担持中空粒子1のシェル3を、シリカシェル6とVOイオン9から製造することができる。よって、10nm以下であるVO粒子8を有するシェル3からなるVO担持中空粒子1が製造でき、可視光の透過性に優れたVO2担持中空粒子フィルムを提供できる。 According to the means described above, the shell 3 of the VO 2 -supported hollow particles 1 can be produced from the silica shell 6 and the VO ions 9 . Therefore, the VO2 - supporting hollow particles 1 having the shell 3 having the VO2 particles 8 of 10 nm or less can be produced, and a VO2-supporting hollow particle film excellent in visible light transmittance can be provided.

VO担持中空粒子の合成手順を示す。1 shows the synthesis procedure of VO2 - loaded hollow particles. 合成手順におけるVO担持中空粒子の構造を模式的に示す。Schematic representation of the structure of VO2 - loaded hollow particles in the synthesis procedure. VO担持中空粒子のXRDパターンを示す。Figure 2 shows the XRD pattern of VO2-loaded hollow particles. SEM観察を示す。(a)VO担持中空粒子、(b)VO結晶(従来)SEM observations are shown. (a) VO2 - supported hollow particles, ( b ) VO2 crystals (conventional) VO担持中空粒子フィルムのサーモクロミック特性(UV-vis、転移温度67℃)を示す。Thermochromic properties (UV-vis, transition temperature 67° C.) of VO 2 -loaded hollow particle films are shown. スマートウインドウ(夏季)の効果を模式的に示す。The effect of the smart window (summer) is shown schematically. スマートウインドウ(冬季)の効果を模式的に示す。Schematically shows the effect of smart windows (in winter). 従来の中空粒子フィルムの透過率を示す。1 shows the transmittance of a conventional hollow particle film.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and changes, modifications, and improvements can be made without departing from the scope of the invention.

(製造方法)
図1、図2により、VO担持中空粒子1の合成手順を示す。
ステップS101は、中空粒子のテンプレート7を作成するために、ポリアクリル酸(PAA)と水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液を混合させる。例として、PAAを0.09g、NaOH水溶液として1M(mol/L)、0.75mlを混合する。
ステップS102は、VO2粒子8をイオンから生成するために、VOイオン9としてV源及び触媒としての塩基を混合させる。V源としては、V、NHVO 、 NaVO、VOSOなどがある。塩基としては、NH、NaOHなどがある。例として、V源は、酸化硫酸バナジウム(VOSO4)と、塩基は、1MのNaOH水溶液を用いて混合させた。ステップS103は、ステップS101とステップS102から混合液を作成して滴下させる。ステップS104は、ステップ103の混合液をエタノールに滴下させる。図2(a)は、中空粒子のテンプレートを示す。エタノール中にPAA、NaOH、V源の混合物(液)を滴下すると、混合物はエタノールに不溶であるため、微細なテンプレートであるPAA凝集体7が形成される。よって、エタノール中には、PAAの凝集体7、Naイオン、VOイオン9、SOイオンが分散されている(以下、分散液10という)。このPAA凝集体7が中空粒子を生成する際のテンプレートとなる。
(Production method)
1 and 2 show the procedure for synthesizing the VO 2 -supported hollow particles 1. FIG.
Step S101 mixes polyacrylic acid (PAA) and sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution to make hollow particle template 7 . As an example, 0.09 g of PAA and 0.75 ml of 1M (mol/L) NaOH aqueous solution are mixed.
Step S102 mixes the V source as VO ions 9 and the base as catalyst to produce VO2 particles 8 from the ions. V sources include V 2 O 5 , NH 4 VO 3 , NaVO 3 , VOSO 4 and the like. Bases include NH 3 , NaOH, and the like. As an example, the V source was vanadium oxide sulfate (VOSO4) and the base was mixed using a 1 M NaOH aqueous solution. In step S103, a mixed liquid is created from steps S101 and S102 and dropped. A step S104 drops the mixed liquid of the step 103 into ethanol. FIG. 2(a) shows a hollow particle template. When a mixture (liquid) of PAA, NaOH, and a V source is dropped into ethanol, PAA aggregates 7, which are fine templates, are formed because the mixture is insoluble in ethanol. Accordingly, PAA aggregates 7, Na ions, VO ions 9, and SO 4 ions are dispersed in ethanol (hereinafter referred to as dispersion liquid 10). This PAA aggregate 7 serves as a template for producing hollow particles.

ステップS105は、分散液10をマグネチックスターラー、超音波ホモジナイザー、回転式ホモジナイザー、ジェットミルなどを用いて攪拌する。攪拌により微細なPAA凝集体7は球状の形態となり、その周囲のエタノール中にVOイオン9が存在する。ステップS106は、中空粒子の殻となるシリカシェル6を作成するためTEOS(テトラエトキシシラン)を攪拌している分散液10中に滴下させる。TEOSはPAA凝集体7の表面に付着してシリカシェル6が形成される。この際、PAA凝集体7とシリカシェル6の界面にはVOイオン9が存在する。また、シリカシェル6は攪拌されている分散液10からTEOSとVOイオン9を取り込みながら膜厚を増していく。この状態を図2(b)に示す。内側にAA凝集体7、その外側にVOイオン9、その外側にシリカシェル6の薄膜が形成さる。更に、シリカシェル6の薄膜の外側にVOイオン9が付着する。即ち、シリカシェル6とVOイオン9が層状に形成されていく。よって、最終的には、内側にAA凝集体7、その外側にVOイオン9を含むシリカシェル6を有するコアシェル粒子5が形成される。例として、TEOSを0.75ml、20時間かけて滴下させ、攪拌によりVOイオン9を含むシリカシェル6を形成させた。TEOS(テトラエトキシシラン)は、MTES(メチルトリエトキシシラン)、MTMS(メチルトリメトキシシラン)、ジメチルトリメトキシシラン、ジメチルトリエトキシシラン、テトラクロロシラン、水ガラスを用いてもよい。 In step S105, the dispersion liquid 10 is stirred using a magnetic stirrer, an ultrasonic homogenizer, a rotary homogenizer, a jet mill, or the like. The fine PAA aggregates 7 become spherical by stirring, and VO ions 9 are present in the surrounding ethanol. In step S106, TEOS (tetraethoxysilane) is dripped into the dispersion liquid 10 being stirred in order to form the silica shell 6 that serves as the shell of the hollow particles. TEOS adheres to the surface of PAA aggregates 7 to form a silica shell 6 . At this time, VO ions 9 are present at the interface between the PAA aggregates 7 and the silica shell 6 . In addition, the silica shell 6 increases its film thickness while taking in TEOS and VO ions 9 from the dispersion liquid 10 being stirred. This state is shown in FIG. AA aggregates 7 are formed on the inside, VO ions 9 on the outside, and a thin film of silica shell 6 on the outside. Furthermore, VO ions 9 adhere to the outside of the thin film of silica shell 6 . That is, silica shells 6 and VO ions 9 are formed in layers. Consequently, core-shell particles 5 having AA aggregates 7 inside and silica shells 6 containing VO ions 9 outside thereof are finally formed. As an example, 0.75 ml of TEOS was added dropwise over 20 hours, and a silica shell 6 containing VO ions 9 was formed by stirring. TEOS (tetraethoxysilane) may be MTES (methyltriethoxysilane), MTMS (methyltrimethoxysilane), dimethyltrimethoxysilane, dimethyltriethoxysilane, tetrachlorosilane, or water glass.

ステップS107は、S106で得られたコアシェル粒子5を含む分散液10を遠心分離により固液分離(固:コアシェル粒子5、液:エタノール、未反応TEOSなど)する。例として、15,000rpm、10min行った。
ステップS108は、S107で得られたコアシェル粒子5をエタノールで洗浄後、蒸留水を加えて内部のPAA凝集体7(PAA、NaOH)を溶解させ、遠心分離により固液分離し、V源であるVOイオン9を含むシリカシェル6からなる中空粒子を得る。これは、コアシェル粒子5に、蒸留水を添加して内部のPAA、Na、SO4イオンなどを溶解除去した状態である。内部には、蒸留水で満たされている。例として、蒸留水添加した洗浄を2回行った。
ステップS109は、S108で得られた内部に蒸留水を有するVOイオン9を含むシリカシェル6からなる中空粒子を熱処理し、内部の蒸留水を揮発させて中空にする。VOイオン9を熱処理すると、VOイオン9が酸化され、V2O3などを介してV2O5となる。得たいものはVO2であるので、酸化を抑制する必要がある。よって熱処理は、酸素がない不活性雰囲気で処理する必要がある。不活性雰囲気は、不活性ガスを用いる。不活性ガスは、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)があり、真空ポンプなどを用いて減圧雰囲気にしてもよい。また、還元雰囲気で処理することもできる。還元雰囲気ガスとして、水素(H2)がある。コスト的、安全性を考慮すると、減圧雰囲気、窒素(N2)が最もよい。VOイオン9は、不活性雰囲気で熱処理するとVO2粒子8に変化する(図3参照)。これにより、図2(c)に示すシェル3としてシリカシェル6にVO粒子8を担持させたVO担持中空粒子1を得た。例として、乾燥は、600℃、 窒素雰囲気下1時間、 10℃/minの条件で行った。
In step S107, the dispersion liquid 10 containing the core-shell particles 5 obtained in S106 is subjected to solid-liquid separation (solid: core-shell particles 5, liquid: ethanol, unreacted TEOS, etc.) by centrifugation. As an example, it was performed at 15,000 rpm for 10 minutes.
In step S108, after washing the core-shell particles 5 obtained in S107 with ethanol, distilled water is added to dissolve the PAA aggregates 7 (PAA, NaOH) inside, and solid-liquid separation is performed by centrifugation to obtain a V source. Hollow particles consisting of silica shells 6 containing VO ions 9 are obtained. This is a state in which distilled water is added to core-shell particles 5 to dissolve and remove internal PAA, Na, SO4 ions, and the like. The inside is filled with distilled water. As an example, two washes with added distilled water were performed.
In step S109, the hollow particles of silica shell 6 containing VO ions 9 with distilled water inside obtained in S108 are heat-treated to volatilize the distilled water inside to make them hollow. When the VO ions 9 are heat-treated, the VO ions 9 are oxidized to V2O5 via V2O3 and the like. Since what we want is VO2, it is necessary to suppress oxidation. Therefore, heat treatment must be performed in an oxygen-free inert atmosphere. An inert gas is used as the inert atmosphere. The inert gas includes nitrogen (N2), argon (Ar), and helium (He), and a vacuum pump or the like may be used to create a reduced pressure atmosphere. Alternatively, the treatment can be performed in a reducing atmosphere. Hydrogen (H2) is used as a reducing atmosphere gas. Considering the cost and safety, a reduced pressure atmosphere and nitrogen (N2) are the best. The VO ions 9 change into VO2 particles 8 when heat-treated in an inert atmosphere (see FIG. 3). As a result, VO 2 -supported hollow particles 1 in which VO 2 particles 8 were supported on silica shells 6 as shells 3 shown in FIG. 2(c) were obtained. As an example, drying was performed at 600° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere at 10° C./min.

(VO担持中空粒子)
図3は、VO担持中空粒子1のXRDパターンを示す。マスターであるVO2(PDFカード番号82-0661)と、図1に示す方法でえられたVO担持中空粒子1とは、ピークが一致しており、VOイオン9はVO粒子8に変化していることが確認できた。
(VO2 - loaded hollow particles)
FIG. 3 shows the XRD pattern of VO 2 -loaded hollow particles 1 . The master VO2 (PDF card number 82-0661 ) and the VO2 - loaded hollow particles 1 obtained by the method shown in FIG. It was confirmed that

図4(a)は、VO担持中空粒子1のSEM観察を示す。VO担持中空粒子1は、透明のシリカシェル6に黒色のVO粒子8を担持させた半透明のシェル3を有し、シェル3の外径は、10~100nmである。VO粒子8の外径は、SEM観察では確認できない。よって、1nm以下である。これは、VO粒子8をイオンから生成したことによる。一方、製造条件によりVO粒子8を10nm程度に成長させることも可能である。
FIG. 4(a) shows SEM observation of the VO 2 -loaded hollow particles 1. FIG. The VO 2 -supported hollow particles 1 have a translucent shell 3 in which black VO 2 particles 8 are supported on a transparent silica shell 6, and the outer diameter of the shell 3 is about 10 to 100 nm. The outer diameter of the VO 2 particles 8 cannot be confirmed by SEM observation. Therefore, it is 1 nm or less. This is due to the generation of VO 2 particles 8 from ions. On the other hand, it is also possible to grow the VO 2 particles 8 to about 10 nm depending on the manufacturing conditions.

図4(b)は、VO結晶108(従来)を示す。これは1μm以上の個体である。これを微細な粉末にして中空粒子に担持させる。微細化には限度があり、平均粒径を10nm以下にすることは極めて困難である。 FIG. 4( b ) shows a VO2 crystal 108 (conventional). These are solids larger than 1 μm. This is made into a fine powder and carried on the hollow particles. There is a limit to miniaturization, and it is extremely difficult to reduce the average particle size to 10 nm or less.

(スマートウィンドウ)
図8に、従来の発明者らが作成した中空粒子フィルム120(VO粒子を有しない)の透過率を示す。波長300nm以上において、透過率約85%と高い値を示す。
(smart window)
FIG. 8 shows the transmittance of a conventional hollow particle film 120 ( without VO2 particles) made by the inventors. It exhibits a high transmittance of about 85% at a wavelength of 300 nm or more.

図5は、VOサーモクロミック特性(UV-vis、転移温度67℃)を示す。室温(15~35℃)では、透過率は波長によらず約35%である。一方、転移温度より高い90℃では、可視光線である400~800nmにおいて室温と同等の35%であるが、800nm以上になると透過率は約25%に10%減少した。尚、VO粒子8の転移温度は調整が可能である。 FIG. 5 shows the VO 2 thermochromic properties (UV-vis, transition temperature 67° C.). At room temperature (15-35° C.), the transmittance is about 35% regardless of wavelength. On the other hand, at 90° C., which is higher than the transition temperature, the transmittance was 35% at 400 to 800 nm, which is visible light, which is the same as at room temperature, but at 800 nm or more, the transmittance decreased by 10% to about 25%. Incidentally, the transition temperature of the VO 2 particles 8 can be adjusted.

図6は、VO担持中空粒子フィルム20を窓30に適用したスマートウィンドウ(夏季)を示す。VO担持中空粒子フィルム20は、VO担持中空粒子1を透明の樹脂フィルムに分散させて接着させたものである。例として、室外35の温度は35℃、室内32の温度は25℃、日射量(500Wh)が窓ガラスに吸熱された場合を示す。室外35から室内33への熱伝導による侵入熱は、断熱させて小さくなる。加えて窓ガラス30の温度が、転移温度以上の80℃(窓ガラスの熱容量により変動)になる。よって、太陽光の透過は遮光されて小さくなる。以上より、熱負荷が小さくなり冷房に要する電力等を小さくすることができる。 FIG. 6 shows a smart window (summer) in which the VO 2 -loaded hollow particle film 20 is applied to the window 30 . The VO 2 -supporting hollow particle film 20 is obtained by dispersing the VO 2 -supporting hollow particles 1 in a transparent resin film and adhering them. As an example, the temperature of the outdoor 35 is 35° C., the temperature of the indoor 32 is 25° C., and the amount of solar radiation (500 Wh) is absorbed by the window glass. Intrusion heat due to heat conduction from the outdoor 35 to the indoor 33 is reduced by thermal insulation. In addition, the temperature of the windowpane 30 becomes 80° C. (which varies depending on the heat capacity of the windowpane), which is higher than the transition temperature. Therefore, the transmission of sunlight is blocked and becomes small. As described above, the heat load is reduced, and the electric power required for cooling can be reduced.

図7は、VO担持中空粒子フィルム20を窓30に適用したスマートウィンドウ(冬季)を示す。VO担持中空粒子フィルム20は、VO担持中空粒子1を透明の樹脂フィルムに分散させて接着させたものである。例として、室外35の温度は0℃、室内32の温度は20℃、日射量(500Wh)が窓ガラスに吸熱された場合を示す。室内33から室外35への熱伝導による放出される熱は、断熱させて小さくなる。一方、窓ガラス30の温度は、転移温度以下の45℃(窓ガラスの熱容量により変動)になる。よって、太陽光の透過は遮光されない。以上より、太陽光により熱負荷が小さくなり暖房に要する電力等を小さくすることができる。 FIG. 7 shows a smart window (winter) in which the VO 2 -loaded hollow particle film 20 is applied to the window 30 . The VO 2 -supporting hollow particle film 20 is obtained by dispersing the VO 2 -supporting hollow particles 1 in a transparent resin film and adhering them. As an example, the temperature of the outdoor 35 is 0° C., the temperature of the indoor 32 is 20° C., and the amount of solar radiation (500 Wh) is absorbed by the window glass. The heat released by heat conduction from the indoor 33 to the outdoor 35 is reduced by heat insulation. On the other hand, the temperature of the windowpane 30 becomes 45° C. below the transition temperature (varies depending on the heat capacity of the windowpane). Therefore, the transmission of sunlight is not blocked. As described above, the heat load is reduced by the sunlight, and the electric power required for heating can be reduced.

サーモクロミック特性を有するVO粒子8を担持させたVO担持中空粒子1を用いたVO担持中空粒子フィルム20によりスマートウィンドウを提供することができる。VO粒子8は、10nm以下であり、転移温度以下では、透過率が30%以上90%以下、転移温度以上では、波長800nm以上の透過率を低下させることができる。また、転移温度は、図6及び図7の条件より、50℃から70℃の範囲が良い。 A smart window can be provided by a VO2 - loaded hollow particle film 20 using VO2 - loaded hollow particles 1 loaded with VO2 particles 8 having thermochromic properties. The VO 2 particles 8 have a size of 10 nm or less, and have a transmittance of 30% or more and 90% or less below the transition temperature, and can reduce the transmittance at a wavelength of 800 nm or above above the transition temperature. Also, the transition temperature is preferably in the range of 50° C. to 70° C. from the conditions of FIGS.

(スマートウィンドウの効果)
VO粒子8の持つ温度応答性を有する遮熱機能、中空粒子による超断熱を合わせもつVO担持中空粒子1を発明した。VO担持中空粒子1は、夏冬あるは昼夜いつでも冷暖房の消費電力を3割以上削減することができる。約4000万t/年のCO削減が期待できる。一般に、夏場の遮光フィルムは30%の省エネ効果があるが、冬場にはマイナス効果となる。人類のエネルギー消費の約25%が冬場の暖房である。これを家庭でもオフィスでも半分程度とすることで4000万t/年のCO削減が実現する。自動車やッバスなどの 移動体に対しても有効であり、CO2削減効果はさらに高くなる。発明者らが、JST企業化開発事業 育成研究で透明超断熱フィルム(遮光フィルムなし)のみで12月に断熱実験を行ったところ、日照時間中は室内温度が20℃を下回ることがなかった。
(Smart window effect)
We have invented VO2 - supporting hollow particles 1 that have both the heat-shielding function of the VO2 particles 8 with temperature responsiveness and the super heat insulation of the hollow particles. The VO 2 -supporting hollow particles 1 can reduce the power consumption of air conditioning by 30% or more in summer and winter or at any time of day and night. A CO2 reduction of about 40 million tons/year can be expected. In general, a light-shielding film in summer has an energy-saving effect of 30%, but it has a negative effect in winter. About 25% of mankind's energy consumption is for heating in winter. By halving this for homes and offices, a reduction of 40 million tons/year of CO2 will be realized. It is also effective for moving objects such as automobiles and busses, further increasing the CO2 reduction effect. When the inventors conducted a heat insulation experiment in December using only a transparent super heat insulation film (without a light shielding film) as part of the JST commercialization development project development research, the room temperature did not drop below 20°C during daylight hours.

本発明によれば、VO担持中空粒子1のシェル3を、シリカシェル6とVOイオン9から製造することができる。よって、10nm以下であるVO粒子8を有するシェル3からなるVO担持中空粒子1が製造でき、可視光の透過性に優れたVO2担持中空粒子フィルムを提供できる。 According to the invention, the shell 3 of the VO 2 -loaded hollow particles 1 can be produced from a silica shell 6 and VO ions 9 . Therefore, the VO2 - supporting hollow particles 1 having the shell 3 having the VO2 particles 8 of 10 nm or less can be produced, and a VO2-supporting hollow particle film excellent in visible light transmittance can be provided.

スマートウィンドウには、透明電極と組み合わせて電圧電流で材料の透過性を調整する方法がある。代表的なものとしては液晶を用いたもの、イオン導電体などがある。この方法は、実用化されているが、素材が高いうえに、製造工程が複雑な為、高価である。また、温度に応答する訳ではないので、人為的にオンオフする、あるいはコンピュータ制御など電気制御装置が必要である。 A smart window has a method of adjusting the transparency of a material by voltage current in combination with a transparent electrode. Typical examples include those using liquid crystals and ionic conductors. Although this method has been put into practical use, it is expensive because the material is expensive and the manufacturing process is complicated. Also, since it is not temperature responsive, it requires an electrical control device such as an artificial on/off or computer control.

一方、有機錯体のサーモクロミックが有名である。多くの分子が報告されている。例えば、銅のN,N-ジエチルエチレンジアミン錯体 [Cu(dieten)2](ClO4)2は42℃で透過率が変化する。消えるボールペンもサーモクロミック材料の一つであることからわかるように、安価なサーモクロミック材も市場に出回るようになってきた。スマートウィンドウ用のフィルムとしての応用例もあるが、有機分子故に耐候性に問題があり、普及には至っていない。しかし、温度によってON/OFFが行われるため、電気制御装置は不要にできる。 On the other hand, thermochromics of organic complexes are famous. Many molecules have been reported. For example, the N,N-diethylethylenediamine complex of copper [Cu(dieten)2](ClO4)2 changes its transmittance at 42°C. As can be seen from the fact that an erasable ballpoint pen is one of the thermochromic materials, inexpensive thermochromic materials have also come to appear on the market. There is also an example of application as a film for smart windows, but because it is an organic molecule, there is a problem with weather resistance, and it has not spread. However, since ON/OFF is performed by temperature, an electric control device can be dispensed with.

本発明のVO担持中空粒子1によれば、中空粒子に担持することで、VO粒子8が分散して存在でき、ナノ中空粒子の透明性により窓の可視性は損なわれない。また、ナノ中空粒子の断熱効果により、エアコンの消費電力量を抑えることが可能である。太陽光パネルの搭載容量が5kWを超えるようになってから、ネット・ゼロ・エネルギーを実現できる住宅・オフィスの実現性が高まっている。オフィスビルを例にとると、建物の外皮性能を断熱などによって高めたうえで、照明やOA機器に省エネ製品を導入してエネルギーの消費量を削減することが重要となる。発明者らは、「ネット・ゼロ・エネルギー」実現のため、ナノ中空粒子をキーテクノロジーとする二方式の省エネ照明により、高遮熱・断熱フィルムの光マネージメントを実用化しすることでエネルギーの消費量を削減しCO削減に寄与する。 According to the VO 2 -supported hollow particles 1 of the present invention, the VO 2 particles 8 can be dispersedly present by being supported on the hollow particles, and the transparency of the nano-hollow particles does not impair the visibility of the window. In addition, it is possible to reduce the power consumption of air conditioners due to the heat insulating effect of the nano-hollow particles. Since the installed capacity of solar panels has exceeded 5 kW, the feasibility of homes and offices that can realize net zero energy is increasing. Taking an office building as an example, it is important to reduce energy consumption by introducing energy-saving products for lighting and OA equipment after improving the performance of the building's outer skin through heat insulation. In order to realize "net zero energy", the inventors have reduced energy consumption by putting into practical use the light management of highly heat-shielding and heat-insulating films through two types of energy-saving lighting using nano-hollow particles as a key technology. and contribute to CO2 reduction.

1 VO担持中空粒子
3 シェル
5 コアシェル粒子
6 シリカシェル
7 テンプレート(PAA凝集体)
8 VO粒子
9 VOイオン
10 分散液
20 VO担持中空粒子フィルム
30 窓ガラス
33 室内
35 室外

1 VO 2 -supported hollow particle 3 shell 5 core-shell particle 6 silica shell 7 template (PAA aggregate)
8 VO2 particles 9 VO ions 10 Dispersion liquid 20 VO2 - supporting hollow particle film 30 Window glass 33 Indoors 35 Outdoors

Claims (3)

中空粒子のテンプレート(7)としてポリアクリル酸凝集体、VOイオン(9)を有する分散液(10)を攪拌させて、
テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルトリメトキシシラン、ジメチルトリエトキシシラン、テトラクロロシラン又は水ガラスを、前記分散液中に滴下させ、
前記ポリアクリル酸凝集体の表面に、シリカシェル(6)を形成し、前記ポリアクリル酸凝集体と前記シリカシェル(6)との界面に前記VOイオン(9)が存在するコアシェル粒子(5)を生成させ、
前記VOイオン(9)を取り込んだ前記シリカシェル(6)と前記VOイオン(9)が層状に形成されていくことにより、前記シリカシェル(6)に前記VOイオン(9)を有するコアシェル粒子(5)を生成させ、
前記コアシェル粒子(5)を水で洗浄することで前記テンプレート(7)を排出させ、
内部に前記水を保持させ、
更に、不活性雰囲気の熱処理により内部の水を蒸発させ、
前記シリカシェル(6)に前記VOイオン(9)が酸化されたVO粒子(8)を担持させたシェル(3)を有するVO担持中空粒子(1)の製造方法。
A dispersion liquid (10) having polyacrylic acid aggregates and VO ions (9) as a hollow particle template (7) is stirred,
Tetraethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltrimethoxysilane, dimethyltrimethoxysilane, dimethyltriethoxysilane, tetrachlorosilane or water glass is dropped into the dispersion,
Core-shell particles (5) in which a silica shell (6) is formed on the surface of the polyacrylic acid aggregate and the VO ions (9) are present at the interface between the polyacrylic acid aggregate and the silica shell (6) to generate
The core-shell particles ( 5) to generate
The template (7) is discharged by washing the core-shell particles (5) with water,
retaining the water inside;
Furthermore, the water inside is evaporated by heat treatment in an inert atmosphere,
A method for producing VO 2 -supported hollow particles (1) having a shell (3) in which VO 2 particles (8) in which the VO ions (9) are oxidized are supported on the silica shell (6).
前記VO粒子(8)の外径は、10nm以下であることを特徴とする請求項1に記載するVO担持中空粒子(1)の製造方法。 The method for producing VO2 - supporting hollow particles ( 1 ) according to claim 1, wherein the VO2 particles (8) have an outer diameter of 10 nm or less. VO粒子(8)を担持させたシリカシェル(3)を有し、外径が10~100nmであるVO担持中空粒子(1)であって、
サーモクロミック特性を有する前記VO粒子(8)の外径は、nm以下であることを特徴とするVO担持中空粒子(1)。
VO 2 -supported hollow particles (1) having a silica shell (3) supporting VO 2 particles (8) and having an outer diameter of 10 to 100 nm,
VO 2 -supported hollow particles (1), characterized in that the VO 2 particles (8) having thermochromic properties have an outer diameter of 1 nm or less.
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