新製品・新技術紹介

グラデーション変化する調光ガラスの開発
国立研究開発法人

物質・材料研究機構

機能性材料研究拠点

電子機能高分子グループ

樋口昌芳

Development of Gradient-Tint Smart Window
Masayoshi Higuchi
Electronic Functional Macromolecules Group, Recearch Center for Funcaitonal Materials, National Institute for Materials Science

酸化タングステンや酸化モリブデン、プルシ

機分子が配位結合で交互につながった構造を有アンブルーなどの無機系物質や、ビオロゲンやする超分子型ポリマーである（図 1 ）。ポリマー

π共役系高分子（ポリチオフェンやポリアニリの色は、含まれる金属イオン種によって変わる。

ン）などの有機系物質は、エレクトロクロミッ

鉄を含むポリマー（polyFe）は青系、ルテニウク（EC）物質（電気化学的酸化還元により色がムを含むポリマー（polyRu）は赤系、コバルト変わる物質）であり、調光ガラスとしての応用を含むポリマーは（polyCo）は黄色系である。

がこれまでに検討され、ボーイング 787 の窓や、合成したポリマーをメタノール等の極性溶媒に車の防眩ミラー、建物の窓などとしての実用化溶解させ、スプレイコートやスピンコートなどが進んできている。しかし、高い製造コスト、で、透明電極（ITO 電極）が蒸着されたガラス遅い色変化、限られたカラーバリエーション、基板上に塗布し製膜する。この上にゲル状電解不十分な耐久性など、一般に広く使用されるガ質を塗布し、更に対極となる ITO ガラスを重ねラスに向けて克服すべき課題も多い。
著者らは、れば調光ガラスが完成する。ポリマーの膜厚は新しいエレクトロクロミック材料として、有機200 ～ 300 nm である。ゲル電解質層の厚さに／金属ハイブリッドポリマーを開発し、その性制限はないが、通常数百ミクロンである。ポリ能向上を目指すとともに、調光ガラスなどへの応用を目指している。今回、本ポリマーの特徴を生かしてグラデーション変化する調光ガラス
Nの開発に成功したので紹介する。
有機／金属ハイブリッドポリマーは、鉄などNの金属イオンとビス（ターピリジン）などの有〒 305-0044
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46NM(II)

NNNnPolyM
M: Fe, Co, Ru
図１

有機／金属ハイブリッドポリマー

NEW GLASS Vol. 33 No. 124 2018

マーが塗布されている側をプラス側として、2枚の ITO 電極間に 3V の電圧を印加すると、有機／金属ハイブリッドポリマーの色が消える。
プラスとマイナスをつなぎ変えると、元の色が式1現れる。
PolyFe を ITO ガラス上に製膜し（膜面積：1

色及び着色にかかる時間はそれぞれ 0.58 秒と× 1.5 cm）、これを電解質溶液に浸漬させた状0.31 秒と非常に速い。また、それら色変化に必態でポリマーの EC 特性を評価した。1 ）着色時

要な電荷量は、それぞれ 1.46 mC と 1.44 mC での透過率（％）は、ポリマーの塗布量によってあり、透過率変化と電荷量から計算される着色変わるが、今回 51.6% の透過率のポリマー膜を効率（CE）（式 1 ）は 263.8 cm2/C と算出され使用した。有機／金属ハイブリッドポリマーにた。酸化タングステン等の無機系 EC 物質の着おける EC 変化は、ポリマーに含まれる金属イ

色効率はおよそ 50 ～ 100 cm2/C であることかオンの電気化学的酸化還元によって生じること

ら、本ポリマーは発色性の良い物質系と言える。

をこれまでに明らかにしている。本条件下でのまた、消色と着色の繰り返し駆動安定性（サイpolyFe 中の鉄イオンの酸化還元電位は 0.77 Vクル耐久性）は 10 万回まで確認している。一般+vs. Ag/Ag であることを別途電気化学測定にに、有機系 EC 物質は、無機系に比べ、繰り返より確認している。この酸化還元電位よりも高し耐久性に劣る。有機系 EC 物質における色変

い酸化電位を印加するとポリマー中の鉄イオン化は、電気的酸化還元による物質の構造変化（πが＋ 2 価から＋ 3 価へと酸化され消色する。ま共役長変化）によって生じる。構造変化した物

た、酸化された鉄イオンに対し、0.77 V vs. Ag/

質は元の状態より不安定で、水や酸素との反応+Ag よりも低い電位を印加すると、鉄イオンの性が高くなる。その結果、副反応が起こりやす価数が＋ 3 価から＋ 2 価に戻り、再び元の青色く、サイクル耐久性が低下する。一方、有機／が現れる。そこで、このポリマー膜を消色させ金属ハイブリッドポリマーでは、色変化は含ま+るために 1.2 V vs. Ag/Ag の電位を印加し、消れる金属イオンの電気化学的酸化還元により生+じるため、有機分子は構造変化しない。そのた色した膜を着色させるために 0 V vs. Ag/Agの電位を印加した。なお、V vs. Ag/Ag+ とは、+め、有機分子が含まれている材料であるが、高参照電極（Ag/Ag ）に対する電位を示す単位

いサイクル耐久性を有していると考えられる。

であり、電圧（電位差）とは異なる。従って、0最近、色変化の高い応答性を利用して、グラ+V vs. Ag/Ag でも電気は印加されている。1.2

デーション変化する調光ガラス（図 2 ）を開発

V vs. Ag/Ag+ の電位を印加すると、ポリマーした（ 2017 年 10 月 17 日

膜は消色し、透過率は 93.2% まで増加した。消これまで、エレクトロクロミック型の調光ガラ

図２プレスリリース）。

グラデーション変化する調光ガラス

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スでは、「均一に色変化させること」が主眼に研ポリマーの色変化の速度は電圧によって変わる究開発されてきた。しかし、これでは（ロールため、実効電圧の低下によりポリマーの色変化カーテンやブラインドと違って）遮光状態ではが遅くなり、グラデーション変化が生じた。ま外の景色を全く見ることができない。今回、早た、本デバイスにはメモリ性（電源を切っても、稲田大学と多摩美術大学と共同研究を行い、「不その時の着色状態が維持される特性）があるた均一に色変化する窓」の開発を行った。その結め、電圧印加を途中で止めることで、任意のグ果、有機／金属ハイブリッドポリマーの優れたラデーション状態を保持することができる。

高速応答性を利用することで、「遮光と眺望が両現在、我々はユニークな機能と高い信頼性（サ立できる調光ガラス」の作製に世界で初めて成イクル耐久性、耐熱性、耐光性）を兼ね備えた功した。

調光ガラスの開発を進めている。なお、本研究

グラデーション変化の秘密は、ITO 電極にあは、JST-CREST の研究課題「超高速・超低電る。ガラスに ITO をべた塗するのではなく、長力・超大面積エレクトロクロミズム」（Grant

方形の ITO セグメントをガラス上に並べ、それNumber JPMJCR1533 ）の支援を受けて行った。

ぞれのセグメントを細長い ITO で連結した（図3）。細長い ITO 部分が高抵抗となるので、デバイスを作製して電圧を印加すると電源から離れるにしたがって、ITO 基板の抵抗値が段階的に増加する。その結果、2 枚の ITO 電極間にかか

参考文献：1 ）C.-W. Hu, T. Sato, J. Zhang, S. Moriyama, M.
Higuchi, ACS Appl. Mater. Interfaces, 6, 91189125（ 2014 ）.

る実効電圧が、電源から遠い場所ほど低下する。

図３48

セグメント化されたITO電極