透明なのに熱は通さない新素材「MOCHI（モチ）」が開発 (2/3)

透明なのに熱を止める「MOCHI」の原理はプチプチ

研究チームが開発したMOCHI素材は、ひとことで言えば「究極に透明で超軽量なスポンジ状のシリコーン」です。

シリコーンというのは、いわゆる柔らかいゴムのような樹脂の一種で、似た名前のシリコンとは別の材料です。

（※シリコン（ケイ素：Si）は半導体や太陽電池などに使われる硬い材料ですがシリコーンはケイ素と酸素がつながった高分子（ポリマー）で、ゴムやオイル、シーリング材など柔らかい製品に使われます。）

まず研究チームは、シリコーンの中に非常に細かな「穴」を作る方法を考えました。

その秘密は、界面活性剤という石けんのような物質にあります。

この界面活性剤は、水の中で勝手に糸状の集まりを作る不思議な性質を持っています。

そこで、まずはこの糸のまわりをシリコーンで包み込み、あとから界面活性剤を溶媒（液体）で洗い流してしまいます。

すると、界面活性剤があった場所が空っぽの管状になって残るわけです。

こうして出来上がった素材は、体積の85〜95％が空気でできた、まるで「空気をぎゅっと閉じ込めた透明なプチプチ」とでもいうべき構造になっています。

研究者たちは、この素材を「MOCHI（モチ）」と名付けました。

この不思議な名前は、専門用語の頭文字をとったもので、「多孔質で光学的に透明な断熱材（Mesoporous Optically Clear Heat Insulato）」という意味です。

気になるのはその性能ですが、驚くべきことに、ほぼ完全な透明性を持っています。

平均で99％以上の光を通すことが確認されていて、肉眼ではまるで何もないかのように透き通っています。

通常、この手の素材は厚くすると曇ったように白く見えてしまうのですが、MOCHIは厚さ3センチという大きな板にしても、その透明性がほとんど失われません。

また、光の乱れ（ヘイズ）も1％未満と非常に低く、まるで普通のガラスと見分けがつかないほど透明です。

さて、もう一つ大事なポイントは断熱性能です。

先に述べたように、MOCHIの熱の伝えにくさ（熱伝導率）は、約0.010〜0.012 W/(m・K)という値を叩き出しました。

これに対して、一般的な窓ガラス（ソーダライムガラス（一般的な窓ガラス））の熱伝導率は、およそ0.8〜1.0 W/(m・K)ほどあります。

単純に熱の通しやすさ（材料の熱伝導率だけ）を比べると、MOCHIは普通のガラスに比べて約80倍〜100倍ほど熱を通しにくい、という驚くほど優れた断熱性能を持つことになります。

さらにこの値は熱を伝えにくい代表格である普通の空気（約0.027 W/(m・K)）の半分以下と言う極めて低い値です。

そのため、薄くても十分な断熱効果を発揮します。

実際、手のひらの上に厚さ5ミリほどのMOCHIシートを置いて、その上からバーナーの炎を当てても熱さをほとんど感じにくい、という驚きのデモンストレーションが行われました。

では、MOCHIがなぜここまで熱を伝えにくいのか。

これは、MOCHI内部の小さな穴のサイズに秘密があります。

先に述べたように、空気が熱を運ぶ仕組みは、空気の分子がぶつかり合いながらエネルギーを渡していくことによります。

MOCHIの中の穴のサイズはおよそ30ナノメートル（ナノは10億分の1メートル）ほどで、空気分子が自由に飛び回れる距離（約60ナノメートル）よりもずっと小さいのです。

そのため空気分子はお互いにぶつかる前に、すぐ穴の壁に当たってしまい、熱をうまく運べなくなります。

一方で、目に見える光の波長は数百ナノメートル程度あります。

MOCHIの穴は、それよりずっと小さいため、光にとってはほぼ「穴がない」のと同じ状況です。

光は邪魔されず、すっと通り抜けていくのです。

さらにMOCHI素材は、光の反射が極めて少なく、その反射率はたったの0.02％程度しかありません。

これは、普通のガラスよりずっと透明に見える大きな理由です。

例えるなら、網戸が風の流れをほどよく弱めながら日光はしっかり通すように、MOCHIは熱を運ぶ空気分子の動きだけを絶妙に抑えつつ、光は自由に通す仕組みになっているのです。

しかもMOCHIのすごさは、それが小さな実験室レベルで終わっていないことです。

研究チームは、実際に窓と同じくらいの大きさの板（平方メートル級）を作って、断熱性能を確認しました。

例えば、厚さ2.5センチほどのMOCHI板を二重窓と同じ厚さのユニットに組み込むと、なんと壁並みかそれ以上の断熱性を示したのです。

さらに、3〜4ミリの薄いMOCHIフィルムを普通の窓ガラスの内側に貼り付けるだけでも、二重窓に近いレベルの断熱性能にアップグレードできることが分かりました。

また実用面でも、MOCHIは極めて頑丈で耐久性も抜群でした。

薄く伸ばしたシート状のMOCHIを丸めて広げる作業を何百回繰り返しても性能が大きく落ちず、さらに温度の変化にも強く、火にも水にも比較的強いという驚異的な性質を持っています。

実際に窓の内側に貼り付けて約5年間の経過観察を行ったところ、性能の低下はほぼ確認されませんでした。

こうして見ると、このMOCHIという素材は、ただの実験室の「新しい素材」にとどまらず、実用化が狙えるかもしれないほどの完成度を持っていると言えそうです。