高い堅牢性と蓄熱密度を兼ね備えた二酸化バナジウムバルク部材の作製に成功 産総研

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開発した相変化蓄熱部材 左は焼結部材、右は切断後

産業技術総合研究所(産総研)は2019年3月1日、電子の相変化を起こす物質である二酸化バナジウム粉末を緻密に焼結成型できる技術を開発し、相変化に伴う潜熱を蓄熱機能として利用する二酸化バナジウムのバルク部材の作製に成功したと発表した。

二酸化バナジウムは、電子の相変化を利用する相変化型蓄熱材料である。融解を利用する相変化型蓄熱材料の場合、液状化した材料を保持するために使用する容器から熱損失が生じるが、それがないという点で二酸化バナジウムには利点がある。

しかし、「加圧して強制的に固化すると結晶にひずみが生じ潜熱が減少するが、かといって樹脂やガラスなどをバインダーにして固形化すると、二酸化バナジウムの体積割合が大きく減少して蓄熱密度が下がる」という、固化成型上の問題があった。

氷や二酸化バナジウム粉末などの従来材と、今回開発したニ酸化バナジウムのバルク部材の比較

そこで産総研は、二酸化バナジウム系以外の補助原料の添加なしで焼結が著しく進行する出発粉末を開発した。同粉末を利用し焼結することで、高い堅牢性と蓄熱密度を兼ね備えた二酸化バナジウムバルク部材の作製に成功したという。

作製した二酸化バナジウムバルク部材は、ビッカース硬度Hv300以上、圧縮強度160MPa以上とマシナブルセラミックスに匹敵する機械強度を備える。蓄熱密度は二酸化バナジウム粉末の潜熱由来の蓄熱密度(約250J/cm3)の約95%であり、氷(333J/cm3)やパラフィン(150~200J/cm3)という従来材に比肩する。動作温度範囲もこれらの動作温度域をカバーできる。

用途としては、溶けない蓄熱材として電子機器や構造体への熱対策利用が考えられる。例えば、熱交換器のフィン形状に加工して対象物と直接熱交換したり、電子機器の筐体の一部を直接構成したりするのに活用できるという。

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