切り紙の技術をプラスチックに応用した温度変調素子、NIMSが開発

物質・材料研究機構(NIMS)は4月22日、固体の伸縮に伴う温度変調現象「弾性熱量効果」を利用する新たな加熱/冷却技術として、日本の伝統工芸として知られる「切り紙」から着想を得た加工を施すことで、弾性熱量効果による温度変調用途としては注目されていなかったプラスチックのような物質でさえも、局所的な加熱/冷却素子として有力な材料になり得ることを示したことを発表した。

同成果は、NIMS 磁性・スピントロニクス材料研究拠点 スピンエネルギーグループの平井孝昌 研究員、内田健一グループリーダーらの研究チームによるもの。詳細は、ナノテクノロジー・化学・物理学・生物学など、材料科学に関する学際的な分野を扱う学術誌「Advanced Functional Materials」に掲載された。

電子機器は、小型化・高性能化・多様化が目覚ましい速度で進んでいる一方で、発熱による信頼性低下という問題が増加しつつあり、高い温度制御技術が求められるようになっている。そこで利用が考えられているのが、固体中で生じる温度変調現象であり、環境に配慮した技術を実現できるとして注目されている物質の伸縮で吸発熱が生じる弾性熱量効果だという。

弾性熱量効果を示す物質はいくつもあるが、実用化に足るほどの大きな加熱/冷却能を有する物質は一握りとされ、最も有望な候補は形状記憶合金だとされている。そうした中、研究チームは今回、切り紙加工を身近なプラスチック材料に施すことによって、弾性熱量効果によって生じる吸発熱分布を後天的にデザインするという新手法を提案・実証することにしたとする。

今回の研究では、食品用容器にも使われる市販プラスチック(ポリスチレン)のシートを主に使用し、ロックインサーモグラフィ法により、非接触かつ高感度で弾性熱量効果による温度変化の空間分布における定量評価を実施。その結果、切り紙加工が施された試料には、未加工試料とはまったく異なる温度変化分布が生じることが判明したという。