名古屋工業(yè)大學(xué)陶瓷基礎(chǔ)工學(xué)研究中心負責(zé)人、藤正督教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)出了使SiO2（二氧化硅）制成的納米中空粒子均勻分散于樹脂內(nèi)的技術(shù)，確立了應(yīng)用于窗戶玻璃等表面隔熱薄膜的基礎(chǔ)技術(shù)（圖1）。


圖1：在隔熱玻璃中應(yīng)用的示意圖。使用隔熱層中含有SiO2納米中空粒子的薄膜。圖中為名古屋工業(yè)大學(xué)藤正督教授的研究小組開發(fā)的原型。

　　共同開發(fā)該技術(shù)的日本GRANDEX公司 （岐阜縣關(guān)市）利用該技術(shù)開始制造透明隔熱膜用分散原料溶液，在樹脂溶液內(nèi)分散SiO2納米中空粒子并展開銷售。功能性薄膜廠商東洋包材（東京都千代田區(qū)）將分散有SiO2納米中空粒子的涂布溶液用于隔熱膜的隔熱層，制成了貼在窗戶玻璃等表面上使用的隔熱膜產(chǎn)品。

　　藤正督教授的研究小組開發(fā)的SiO2納米中空粒子以方糖狀的四面體碳酸鈣內(nèi)核粒子（模板）為基礎(chǔ)制造而成。制造時，先在乙醇和氨水溶液的混合溶液中混入名為TEOS（Si(OC2H5)4、正硅酸乙酯），然后投入碳酸鈣內(nèi)核粒子，這時內(nèi)核粒子的表面會包裹上非晶狀的SiO2層。含有硅（Si）和氧（O）兩原子的TEOS會在溶膠凝膠反應(yīng)下被水解，發(fā)生縮合反應(yīng)，從而在內(nèi)核粒子表面形成非晶SiO2包層。

　　從內(nèi)核粒子的四面體尺寸來看，其一個邊約為10～300nm，納米中空粒子的一個邊的尺寸也大約為10～300nm（圖2）。藤正督教授表示：“納米中空粒子的粒徑（粒度）能夠形成非常均勻的粒度分布。”


圖2：SiO2納米中空粒子的電子顯微鏡照片。作為內(nèi)核粒子的碳酸鈣四面體的棱角在表面能量等作用下變?yōu)槁詧A狀態(tài)，因此該中空粒子也變?yōu)槔饨锹詧A的四面體。

　　對于納米中空粒子的形成原理，藤正督教授解釋說：“從SiO2層在內(nèi)核粒子表面形成之初起，非晶狀SiO2層上就有微細小孔開放，作為內(nèi)核粒子成分的碳酸鈣會由此析出到溶液中，從而形成中空”。由于是中空粒子，因此能夠?qū)��?dǎo)熱率控制在低水平上。

　　以納米中空粒子的實用化為目標(biāo)的藤正督教授認為，SiO2納米中空粒子不在樹脂內(nèi)均勻混合就起不到任何作用，因此對納米中空粒子的表面實施了與樹脂結(jié)合的改質(zhì)。開發(fā)出了選擇聚氨酯樹脂作為分散納米中空粒子的樹脂時，利用帶異氰酸鹽基的偶聯(lián)劑實施表面改質(zhì)的基礎(chǔ)技術(shù)。

　　藤正督教授表示，作為制造SiO2納米中空粒子的基礎(chǔ)，GRANDEX公司采用了基于溶膠凝膠反應(yīng)的水解方法以及縮合反應(yīng)方法，但“從企業(yè)開展業(yè)務(wù)的角度來看，需要根據(jù)成本及收益等因素加以改進，因此該公司考慮使用醇鹽物質(zhì)”。而且，在使SiO2納米中空粒子均勻分散于樹脂中的基礎(chǔ)技術(shù)方面，GRANDEX雖然與名古屋工業(yè)大學(xué)共同開發(fā)了利用帶異氰酸鹽基的偶聯(lián)劑實施表面改質(zhì)的方法，但在實用時該公司同樣考慮到了性能和成本方面的因素，改用了自己的工藝。藤正督教授解釋說：“GRANDEX并不是簡單接受名古屋工業(yè)大學(xué)對研究成果的轉(zhuǎn)讓，而是在充分‘消化’后改進為企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)，這一點做得非常好�！�

　　對于將SiO2納米中空粒子應(yīng)用于隔熱層的方法，名古屋工業(yè)大學(xué)和GRANDEX于2010年2月共同申請了專利。并且，該公司還就名古屋工業(yè)大學(xué)擁有的SiO2納米中空粒子相關(guān)專利群，簽訂了一攬子專利使用授權(quán)協(xié)議。

　　面向窗戶玻璃等用途制造隔熱膜的東洋包材通過在作為基材的薄膜與隔熱層之間插入反射層來制造產(chǎn)品。因此，GRANDEX在實施與反射層強力結(jié)合的表面改質(zhì)后，向東洋包材供應(yīng)分散有SiO2納米中空粒子的隔熱溶液。然后，東洋包材再將該隔熱溶液涂布到玻璃的反射層上，形成隔熱層。（特約撰稿人：丸山 正明）