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VOサーモクロミックスマートウィンドウの光学性能向上のためのバイオインスパイアされたTiOナノコーン反射防止層
Bio-inspired TiO nano-cone antireflection layer for the optical performance improvement of VO thermochromic smart windows.
PMID: 32647345 PMCID: PMC7347835. DOI: 10.1038/s41598-020-68411-6.
抄録
二酸化バナジウム（VO）は、サーモクロミックガラスの材料として有望視されている。しかし、VOサーモクロミックスマートウィンドウは、低発光透過率（T）と低太陽変調能力（ΔT）という問題を抱えており、実用化には至っていない。これらの問題の解決策は、様々な種の進化によって生き延びることができた自然界に求めることができる。蛾の目の形態を研究した結果、蛾が各波長の光を広角からシャープに捕らえるのに役立つ、蛾独自のナノ構造が優れた反射防止光学層を提供していることがわかりました。このメカニズムにヒントを得て、新規なナノコーン構造を持つTiO反射防止層でコーティングされたVOサーモクロミックスマートウィンドウを発表し、高いTとΔTを達成した。FDTD数値シミュレーションに基づき、主要な構造パラメータの最適化を行った。最適化された構造は、反射防止層のないVO窓と比較して、反射率55.4%,ΔT11.3%と、それぞれ約39%,72%の改善を示した。さらに、このナノコーンコーティングにより、広角反射防止と偏光の独立性も実証された。本研究は、VOスマートウィンドウの光学性能を向上させるための代替手法を提供するものである。
Vanadium dioxide (VO) is a promising material for thermochromic glazing. However, VO thermochromic smart windows suffer from several problems that prevent commercialization: low luminous transmittance (T) and low solar modulation ability (ΔT). The solution to these problems can be sought from nature where the evolution of various species has enabled them to survive. Investigations into the morphology of moths eyes has shown that their unique nanostructures provide an excellent antireflection optical layer that helps moths sharply capture the light in each wavelength from a wide angle. Inspired by this mechanism, a VO thermochromic smart window coated with a TiO antireflection layer with a novel nano-cone structure, is presented in this study to achieve high T and ΔT. Optimization for the key structure parameters is summarized based on the FDTD numerical simulations. The optimized structure exhibits a T of 55.4% with ΔT of 11.3%, an improvement of about 39% and 72% respectively compared to the VO window without an antireflection layer. Furthermore, wide-angle antireflection and polarization independence are also demonstrated by this nano-cone coating. This work provides an alternative method to enhance the optical performance of VO smart windows.