熱を通しにくいプラスチックの新製造法を発見(UMass Amherst-led Team Discovers New Way to Make Thermally Insulative Plastics)

2026-06-22 マサチューセッツ大学アマースト校

米国のUniversity of Massachusetts Amherstを中心とする研究チームは、熱を伝えにくい高性能な断熱性プラスチックを製造する新たな手法を開発した。一般にプラスチックは金属より熱伝導率が低いが、建築材料や電子機器、エネルギー関連用途ではさらに高い断熱性能が求められている。研究チームは、高分子鎖の配列や微細構造を精密に制御することで、熱を運ぶ分子振動(フォノン)の伝播を効果的に妨げる仕組みを発見した。その結果、従来材料よりも熱伝導率の低いプラスチックを実現できることを示した。この技術は発泡材のように大きな空隙を必要とせず、機械的強度を維持しながら優れた断熱性能を付与できる可能性がある。研究者らは、建物の省エネルギー化、電子機器の熱管理、低炭素社会に向けたエネルギー効率向上などへの応用を期待している。本成果は、高分子材料の熱輸送メカニズムに関する理解を深めるとともに、次世代断熱材料開発の新たな設計指針を提供するものである。

THDBT(テトラヒドロキシデオキシベンゾイントリアゾール)充填剤の分子レベルでの凝集体の図。この「緩やかなカオス」状態では、熱輸送に利用できる振動経路が少なくなり、結果として熱伝導率が低下します。Materials Horizo​​ns誌より、英国王立化学会の許可を得て転載。

<関連情報>

非多孔質ポリマーハイブリッドにおける熱輸送を抑制するために、熱的にアクセス可能な振動モードを制限する Suppressing thermal transport in nonporous polymer hybrids by limiting thermally accessible vibrational modes

Henry Worden, Mihir Chandra, Yijie Zhou, Zarif Ahmad Razin Bhuiyan, Mouyang Cheng, Krishnamurthy Munusamy, Duc Nghiem, Weiguo Hu, Weibo Yan,a Siyu Wu, Ruipeng Li, Zhang Jiang, Anna Chatterji, Shengjia Zhang, Ilia N. Ivanov, Jihua Chen, Jack C. Lasseter, Mengru Jin, Derin Abitagaoglu, Qing Tu, Todd Emrick, Jun Liu  and  Yanfei Xu
Materials Horizons  Published:18 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1039/D6MH00633G

Abstract

Achieving low thermal conductivity in nonporous polymer materials without compromising mechanical integrity remains a longstanding challenge. Conventional strategies, such as introducing porosity, are inherently limited in dense systems. Here, we demonstrate that thermal transport in polymer–organic filler hybrids is closely associated with the engineered availability of thermally accessible vibrational modes, rather than individual interfacial resistance or porosity. Using PU/organic filler hybrids as a model system, we show that incorporating rigid organic motifs shifts the vibrational density of states toward higher frequencies, where vibrational modes are weakly thermally populated at ambient conditions. This limits the number of heat-carrying channels, leading to suppressed thermal conductivity despite negligible individual interfacial resistance (∼10−9 m2 K W−1). These findings provide initial evidence that vibrational mode engineering may offer a promising molecular-level route for reducing thermal conductivity in dense polymer–organic hybrid systems.

0504高分子製品
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