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自然科学を紡ぐ一等賞！月面国旗と氷河を「熱を下げる」

2024/11/29 15:49:00 1

　　2024年度中国紡績工業連合会科学技術賞がこのほど発表された。南京大学エネルギー・資源学院院長の朱嘉教授がプロジェクトの第一完成人として武漢紡織大学、中国科学院長の春光学精密機械と物理研究所と共同で完成した「繊維集合体に基づく放射線制御原理と応用」プロジェクトが中国紡織工業連合会科学技術賞自然科学賞の一等賞を受賞した。

　　紡績建築、エネルギー環境保護、航空宇宙など多くの分野で、繊維材料は重要な役割を果たしている。その中で、放射線特性は繊維材料の重要な属性の一つとして、その光学と熱学特性を直接決定し、その応用性能と使用寿命に顕著に影響する。しかし、現在の繊維の構造成分が放射特性に与える影響法則は明確ではなく、放射制御手段と繊維構築方法は限られており、繊維材料の機能化とその発展と応用を制約している。本プロジェクトは繊維材料の分級構造による広いスペクトル（太陽光と赤外）放射の正確な制御規則の研究から出発し、分級構造に基づく繊維集合体放射制御科学メカニズムを構築した、先進的な紡績加工技術と広いスペクトル放射制御のマルチスケール繊維分級構造マイクロナノ加工技術を結合し、広いスペクトル放射精密制御繊維集合体の製造戦略を提案し、実現した、強い太陽光放射環境下での多シーン応用ニーズをめぐって、真っ先に放射冷却繊維集合体を氷河保護と「織物版」月面国旗に用い、繊維材料の多シーン応用をリードし、推進し、Nature、Scienceシリーズ定期刊行物などに100余編の論文を発表した。

　　繊維材料のスペクトル放射制御機構を確立した

　　異なる繊維材料の物理的及び化学的構造特性を分析し、繊維及びその集合体中の組織構造が放射性特性に与える影響法則を深く分析し、多層繊維集合体中の光の透過、反射及び吸収行為を明確にし、異なる織物組織構造に適用する放射強度減衰理論モデルを構築した。繊維材料と織物内部の温度分布規則と赤外線利用効率を明らかにすることにより、異なる織物の赤外線利用率固有特性の定量評価を実現し、それにより繊維と織物中の放射線の温度影響メカニズムを系統的に明らかにした。繊維材料の分級構造と材料組成が広帯域光の吸収と反射に与える影響法則を発見し、太陽光と赤外帯域の放射線精密制御理論モデルを提案し、分級構造に基づく繊維放射線制御温度科学メカニズムを解明し、広帯域選択放射冷却繊維の設計に新しい構想を提供した。

　　広いスペクトル放射制御繊維集合体を設計し構築した

　　天然繊維向けの光学性能強化設計と合成繊維向けの広いスペクトル精密設計を提案した。天然蚕糸繊維の光学特性と内部階層微細構造との関連メカニズムに基づいて、プロジェクトは表面ナノ化のスペクトル制御強化戦略を提案し、全体の太陽光帯域の高反射率と紫外線防止性能を実現し、太陽光下の亜環境温度（環境温度より3.5°C低い）を実現した。その上で、分子結合設計と伸縮結合試薬によって補助される浸漬コーティング加工方法を提案し、ナノ化とスクリーンプリントという伝統的な紡績加工技術を結合し、ナノ化シルク生地の量産製造に実行可能性方案を提供し、率先して環境温度より低い日中放射冷却シルクを実現し、したがって、天然繊維に基づく放射冷却材料の開発と応用に新しい構想を提供した。マイクロナノマクロに基づくスケール横断設計は、スケール化可能に製造された選択的放射線制御繊維集合体を提案し、分子結合とマイクロナノ構造の協同分級設計を通じて、太陽光帯域の反射効率（96.3%）、赤外帯域（8〜13ミクロン）の選択的放射率（78%）を実現する。プロジェクトはこれにより改良された巻対巻人工繊維紡糸方法を開発し、広いスペクトル精密制御繊維集合体の全チェーンシステム構築を実現し、放射温度制御合成繊維集合体の大規模化応用に技術サポートを提供した。

　　放射線温度制御繊維集合体の多シーン応用を発展させた

　　強太陽光照射下における多成分繊維材料のエネルギー流制御及び温度平衡機構を発見した。繊維材料の表面構造と本体の色彩構築とその光学的挙動から着手し、繊維材料の広いスペクトル放射線の正確な制御策略に基づいて、セリシンマイクロナノ粒子と顔料粒子の協同作用を利用して、強い線量の紫外線照射と高低温サイクルに耐えられる月面国旗を開発し、2020年12月4日に月面で展示に成功した。中国の探査機のために月に「中国標識」をつけた。地球温暖化を背景に、氷河は肉眼で見える速度で溶けている。プロジェクトの設計は放射冷却繊維織物を構築し、氷河に新質の「護甲」を敷いた。外界エネルギーの摂取を減少させ、表面反射率を強化し、自身の中赤外線窓からのエネルギー放出を強化することにより、氷河の融解を緩和し、エネルギー消費量をゼロにして温度を下げ、軽薄、疎水、汚染を受けにくく、再利用できるなどの利点がある。プロジェクトは初めて繊維基放射冷却新材料を四川アバダグ氷河に使用し、大規模な氷河保護実地実験を展開し、現地の氷河の溶融速度を効果的に緩和し、氷河管理局の高度な認可を受けた。