99.5%以上の光吸収率と高い耐久性を兼ね備えた究極の暗黒シートを開発――映像のコントラスト向上などに期待 産総研と量研

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(左)開発した暗黒シート(右)表面の微細な円錐状空洞構造の電子顕微鏡画像

産業技術総合研究所(産総研)と量子科学技術研究開発機構(量研)は2019年4月24日、微細な表面構造であらゆる光を吸収する究極の暗黒シートを開発したと発表した。

表面を黒色化した材料は、太陽エネルギー利用、光センサー、熱放射体など幅広い用途があり、ビデオカメラ内部の乱反射防止用途などでは、100%に近い光吸収率も必要とされる。カーボンナノチューブを用いた可視光の99.9%以上を吸収する材料も既に開発されているが、耐久性に乏しく、一般環境での利用は困難だった。

一方、産総研はこれまでに、材料表面の微細な凹凸構造の鋭さ/サイズ/組成の条件を調整することで、光吸収率を極限まで大きくできることを発見していた。そこで、産総研は今回、量研のサイクロトロン加速器からのイオンビーム照射と化学エッチングによって、ポリマー表面に微細な円錐状の空洞構造を多数形成することで光閉じ込め構造を実現。この光閉じ込め構造をシリコーンゴムなどの表面に形成することで、柔軟で耐久性にも優れた暗黒シートを開発した。

(左)光閉じ込め構造の原理(右)暗黒シートの作成方法

シリコーンゴムに転写作製した暗黒シートは、紫外線~可視光~赤外線の全域で99.5%以上の光吸収能があることを確認。特に熱赤外線に対しては99.9%以上という世界最高レベルの光吸収率を達成した。この暗黒シートはシリコーンゴムの柔軟性から、曲げても触っても性能が劣化せず、高い光吸収率を維持できるという。

(左)作成した暗黒シート(右)暗黒シートの光吸収率の波長特性

研究グループは、この成果により、これまでにない黒色の新素材としての活用や、映像のコントラスト向上のほか、サーモグラフィーなどでの乱反射防止といった応用も期待されるとしている。

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