名古屋工業(yè)大學(xué)陶瓷基礎(chǔ)工學(xué)研究中心負(fù)責(zé)人、藤正督教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開(kāi)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(shù)脂內(nèi)的技術(shù)，確立了應(yīng)用于窗戶(hù)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(kāi)發(fā)的原型。
共同開(kāi)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(kāi)始制造透明隔熱膜用分散原料溶液，在樹(shù)脂溶液內(nèi)分散SiO2納米中空粒子并展開(kāi)銷(xiāo)售。功能性薄膜廠(chǎng)商?hào)|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(hù)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(kāi)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(shí)，先在乙醇和氨水溶液的混合溶液中混入名為T(mén)EOS（Si(OC2H5)4、正硅酸乙酯），然后投入碳酸鈣內(nèi)核粒子，這時(shí)內(nèi)核粒子的表面會(huì)包裹上非晶狀的SiO2層。含有硅（Si）和氧（O）兩原子的TEOS會(huì)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(lái)看，其一個(gè)邊約為10～300nm，納米中空粒子的一個(gè)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(duì)于納米中空粒子的形成原理，藤正督教授解釋說(shuō)：“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(xì)小孔開(kāi)放，作為內(nèi)核粒子成分的碳酸鈣會(huì)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(shí)用化為目標(biāo)的藤正督教授認(rèn)為，SiO2納米中空粒子不在樹(shù)脂內(nèi)均勻混合就起不到任何作用，因此對(duì)納米中空粒子的表面實(shí)施了與樹(shù)脂結(jié)合的改質(zhì)。開(kāi)發(fā)出了選擇聚氨酯樹(shù)脂作為分散納米中空粒子的樹(shù)脂時(shí)，利用帶異氰酸鹽基的偶聯(lián)劑實(shí)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(kāi)展業(yè)務(wù)的角度來(lái)看，需要根據(jù)成本及收益等因素加以改進(jìn)，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(shù)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(kāi)發(fā)了利用帶異氰酸鹽基的偶聯(lián)劑實(shí)施表面改質(zhì)的方法，但在實(shí)用時(shí)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(shuō)：“GRANDEX并不是簡(jiǎn)單接受名古屋工業(yè)大學(xué)對(duì)研究成果的轉(zhuǎn)讓?zhuān)窃诔浞帧蟾倪M(jìn)為企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)，這一點(diǎn)做得非常好。”
對(duì)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(qǐng)了專(zhuān)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(zhuān)利群，簽訂了一攬子專(zhuān)利使用授權(quán)協(xié)議。
面向窗戶(hù)玻璃等用途制造隔熱膜的東洋包材通過(guò)在作為基材的薄膜與隔熱層之間插入反射層來(lái)制造產(chǎn)品。因此，GRANDEX在實(shí)施與反射層強(qiáng)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）
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(kāi)發(fā)的原型。
共同開(kāi)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(kāi)始制造透明隔熱膜用分散原料溶液，在樹(shù)脂溶液內(nèi)分散SiO2納米中空粒子并展開(kāi)銷(xiāo)售。功能性薄膜廠(chǎng)商?hào)|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(hù)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(kāi)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(shí)，先在乙醇和氨水溶液的混合溶液中混入名為T(mén)EOS（Si(OC2H5)4、正硅酸乙酯），然后投入碳酸鈣內(nèi)核粒子，這時(shí)內(nèi)核粒子的表面會(huì)包裹上非晶狀的SiO2層。含有硅（Si）和氧（O）兩原子的TEOS會(huì)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(lái)看，其一個(gè)邊約為10～300nm，納米中空粒子的一個(gè)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(duì)于納米中空粒子的形成原理，藤正督教授解釋說(shuō)：“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(xì)小孔開(kāi)放，作為內(nèi)核粒子成分的碳酸鈣會(huì)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(shí)用化為目標(biāo)的藤正督教授認(rèn)為，SiO2納米中空粒子不在樹(shù)脂內(nèi)均勻混合就起不到任何作用，因此對(duì)納米中空粒子的表面實(shí)施了與樹(shù)脂結(jié)合的改質(zhì)。開(kāi)發(fā)出了選擇聚氨酯樹(shù)脂作為分散納米中空粒子的樹(shù)脂時(shí)，利用帶異氰酸鹽基的偶聯(lián)劑實(shí)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(kāi)展業(yè)務(wù)的角度來(lái)看，需要根據(jù)成本及收益等因素加以改進(jìn)，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(shù)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(kāi)發(fā)了利用帶異氰酸鹽基的偶聯(lián)劑實(shí)施表面改質(zhì)的方法，但在實(shí)用時(shí)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(shuō)：“GRANDEX并不是簡(jiǎn)單接受名古屋工業(yè)大學(xué)對(duì)研究成果的轉(zhuǎn)讓?zhuān)窃诔浞帧蟾倪M(jìn)為企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)，這一點(diǎn)做得非常好。”
對(duì)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(qǐng)了專(zhuān)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(zhuān)利群，簽訂了一攬子專(zhuān)利使用授權(quán)協(xié)議。
面向窗戶(hù)玻璃等用途制造隔熱膜的東洋包材通過(guò)在作為基材的薄膜與隔熱層之間插入反射層來(lái)制造產(chǎn)品。因此，GRANDEX在實(shí)施與反射層強(qiáng)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）
