多波長カムフラージュを備えた放射冷却フィルムの階層的設計とスケーラブルな生産

隠れながら涼しく

熱波がより頻発し、監視技術が高度化するにつれて、人や機器を冷却しつつ検出を回避できる材料の需要が高まっています。本研究は、宇宙へ熱を放散しながら赤外線やレーザーの署名を偽装でき、さらに壁や砂、低木など日常の背景に馴染む色付けも可能な新しい薄いプラスチック＋金属フィルムを報告します。

熱と隠蔽の課題

屋外に置かれた物体は、人やテント、電子機器に至るまで、二つの相反する要求に直面します。快適性と安全のためには、とくに気温の上昇に伴って余分な熱を放散する必要があります。一方で、多くの状況では赤外カメラや特定の赤外バンドの反射を探すレーザー検出器から隠れることが求められます。従来の冷却材料は、熱画像装置が監視する波長帯で明るく輝き、対象を簡単に見つけられるようにしてしまいます。逆に従来のステルス塗装は熱を閉じ込めがちで、過熱や追加の冷却エネルギーを招きます。

分子レベルから作られたフィルム

研究者らは、放出・反射する赤外線波長を選択的に制御する材料の設計でこの対立に対処しました。まず一般的な有機構成要素をスクリーニングし、熱検知に使われる波長帯では静かな一方で“非検出”赤外窓で吸収・放出する結合振動を持つポリマー化学基を探しました。その結果、よく知られたポリマー、ポリアミド66（ナイロン66）に行きつきました。適切に処理すると、ナイロン66は選ばれたレンジでのみ強い赤外活性を示し、軍用で一般的なレーザー波長に近い10.6マイクロメートル付近に追加の吸収特性を持ち、レーザー反射の低減に適しています。

ナノファイバーから大判ロールへ

ロール・トゥ・ロール電界紡糸を用いて、研究チームはアルミ箔基材の上に非常に薄いランダムに絡み合ったナイロン66ナノファイバーのマットからなるメートルスケールの「Xフィルム」を製造しました。ナノファイバーの直径は約100ナノメートルで、中赤外光をほとんど散乱しないほど小さく、スペクトルは主にナイロンの分子振動で支配されます。ナイロンの厚みを調整することで、フィルムは主要なサーマルイメージング帯では強く反射し、熱を宇宙へ逃がす非大気帯では強く放射し、10.6マイクロメートルで効率的に吸収してレーザーカムフラージュを実現することが測定で示されました。ファイバーがランダムに積み重なっているため、赤外応答は−60°から60°の視角でほとんど変化せず、移動する観測者や対象に対して有利です。

色、快適性、そしてカムフラージュ

実際の風景で使えるようにするため、著者らは中赤外とほとんど干渉しない可視顔料を追加しました。白いフィルムに微量の鉄系顔料を噴霧することで、赤、黄、青、茶、緑といったパレットを作りつつ選択的な赤外挙動を維持しました。加熱プレートを用いた室内外試験では、すべてのXフィルムが裸の表面に比べてサーマルカメラ上の見かけの温度を低くしつつ、非検出窓を通じた放射により単なるアルミ箔よりも5〜12°Cさらに冷却することが示されました。カムフラージュと冷却の最良のバランスはナイロン層厚30〜75マイクロメートルで得られました。綿製衣服に取り付けて加熱マネキンや被験者が着用した場合、Xフィルム繊維は可視画像では低木に合わせ、熱画像では背景に溶け込み、下地の“皮膚”をアルミコーティング布より低温に保ちました。

実地での使用に耐える設計

フィールド展開にあたっては、光学性能と同じくらい耐久性が重要です。チームは中赤外で透明であり調整したスペクトルを乱さない薄いポリエチレンのカバーでフィルムをラミネートしました。これらの封入フィルムは極低温・高温、酸性・アルカリ溶液、流水、紫外線暴露、強風などに耐え、質量変化が1％未満で赤外反射にほとんど変化を示しませんでした。引っかきや摩耗試験でも被覆されたフィルムは取り扱いや摩耗に耐えうることが示され、衣料、電子機器カバー、テント、その他の屋外用具への適用可能性を支持します。

今後の意義

平たく言えば、著者らは“安全な”赤外バンドで熱を逃がしつつ、熱カメラやレーザーが対象を検出するバンドでは隠れる柔軟で低コストのシートを作り出しました。大面積でロール展開でき、さまざまな環境に合わせて着色でき、多くの角度から見られても効果を失わないため、この放射冷却フィルムは、温暖化とセンサーが増える世界で涼しく隠れるための実用的な新素材群を示しています。

引用: Jiang, Y., Wang, B., An, Y. et al. Hierarchical design and scalable production of radiative cooling film featuring multispectral camouflage. Nat Commun 17, 2253 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69045-4

キーワード: 放射冷却, 赤外線カムフラージュ, 多波長ステルス, ポリマーフィルム, 熱管理