中国の科学研究チームは最近、ナノテクノロジーと伝統的な顔料を混合した新しい自動車コーティングソリューションを提案した。これにより、量産モデルで「ブラックホール」に近い「エクストリームブラック」の外観が実現されると期待されている。この新しいハイブリッド コーティングは、高度な垂直配向カーボン ナノチューブ (VACNT) ウルトラ ブラック コーティングと従来の水性カーボン ブラック顔料スプレー プロセスを組み合わせたものです。超高光吸収能力を維持しながら、コーティングの耐久性と工業用スプレー適性を大幅に向上させます。可視光域におけるコーティングの吸収率は99.90%と高く、光の反射がほとんどないため、高い視覚的没入効果を生み出します。
この技術の背景には、中国の自動車市場で黒色の車用塗料の需要が急速に高まっていることがある。かつては中国の新車市場の約3分の2を白が占めていたこともあったが、現在では黒が4分の1近くにまで跳ね上がっている。今年、中国では約750万台の新たな黒色車が公道を走ると予想されており、これはヨーロッパと北米の主要市場を合わせた数よりもさらに多い。消費者の心の中で、深い黒はステータスと高級感の象徴となっており、市場の嗜好は「白なら何色でも良い」から「濃いほど良い」へと移りつつあります。
BMWはすでに2019年に、当時「世界で最も黒い車」と呼ばれていたX6コンセプトカーにナノスケールの「スーパーブラック」コーティングを使用した。その中心原理は、表面にカーボンナノチューブで構成される「ナノフォレスト」を構築することにより、入射光を多孔質構造内に閉じ込めることで、紫外、可視、遠赤外帯域にわたる光の98%～99.9%の吸収を達成します。ただし、このタイプのコーティングはプロセスが複雑で、コストが高く、機械的特性が壊れやすいです。スプレー性能、耐候性、耐摩耗性などの点で、量産車の要求を満たすことが困難でした。
今回、中国チームが開発したハイブリッドウルトラブラックコーティングの焦点は、ナノチューブアレイの「光トラップ」効果を維持、あるいは強化しながら、伝統的なカーボンブラック顔料を導入することにある。研究者らは、カーボン ブラック顔料の粒子をカーボン ナノチューブの配列に沿って自発的に配列させ、微細な「山と谷」で構成される粗い表面を形成しました。この構造は、入射光を複数回散乱および捕捉することもできるため、可視光領域におけるコーティングの総吸収率は 99% を超えます。以前の壊れやすい純粋なナノチューブ コーティングと比較して、このハイブリッド材料は機械的強度と接着特性を大幅に改善し、自動車業界の量産コーティングの要件に近づきます。
上海にある日本ペイントグループの中核研究開発センターのカラーテクノロジーチームの化学研究者、リウ・ジウェイ氏は、中国市場ではボディカラーが重要なセールスポイントの一つになっていると語った。深い黒の車の塗装は、長い間高級車の象徴的な色であり、そのエレガントな外観、強い視覚的インパクト、豪華な雰囲気により広く好まれています。同氏は、自動車メーカーは激しい競争の中でブランドイメージを強化するために、量産可能で極度の黒色を備えた超黒色コーティングソリューションを積極的に探していると指摘した。
プロセス適応の点で、この新しいハイブリッド コーティングのハイライトの 1 つは、既存のコーティング プロセスを完全に再構築する必要がなく、従来の自動車用スプレー生産ラインを通じて適用できることです。研究チームは、湿気および高湿の環境にさらされたテストで、コーティングが長期安定性の点で優れた性能を発揮し、湿度、耐水性、密着性などの重要なテストに合格し、産業応用の可能性が高いことを示したことがわかりました。上海チームはモデルカーのスプレー塗装展示を完成させました。車体はほぼ無反射の深い黒色を呈し、光の下では車体の曲面のディテールがほとんど見えません。
技術原理の観点から見ると、垂直配向カーボン ナノチューブ アレイ (VACNT) コーティング自体は、科学界に知られている「最も黒い」材料の 1 つです。そのナノスケールの管状構造は基板表面に対して垂直であり、非常に高い多孔性と複数の散乱チャネルを形成します。入射光は「ナノフォレスト」に入射した後、散乱と吸収を継続し、非常に抜けにくくするため、極めて高い光吸収を実現します。英国企業 Surrey NanoSystems が開発した Vantablack は、2014 年にはすでに同様の原理に基づいて広く注目を集め、芸術や宇宙望遠鏡の内部消滅などの分野で応用されてきました。
しかし、自動車などの要求の厳しいアプリケーションシナリオになると、究極の光学性能と機械性能およびプロセス性能のバランスをどのように取るかが、エンジニアリングの実装において常に最大の問題となります。今回中国チームが提案したハイブリッドカーボンブラック・カーボンナノチューブ（CB-CNT）ソリューションは、2種類のカーボン素材をミクロレベルで相乗効果を発揮する。ナノチューブアレイの超光吸収能力を利用するだけでなく、従来のカーボンブラックシステムの成熟したプロセスルートと物理的強度にも依存しており、大規模な大量生産の可能性を提供します。
研究者らはまた、将来的には、このハイブリッドシステムに勾配屈折率技術（GRIT）をさらに導入する予定であると述べた。つまり、コーティング内で屈折率が上から下に徐々に変化する構造を構築して、表面反射をさらに低減し、コーティングに入った後に光が「逃げ場がない」ようにするというものだ。超黒色材料の分野では、最新の成果の一部は、いわゆる「フォーナイン」（99.99%）吸収レベルに近づいていますが、この極端な範囲では、それを正確に測定する方法自体が課題です。
関連する結果は学術誌「Matter & Light」に掲載され、Cell Press および EurekAlert を通じてリリースされました。業界観察者らは、中国国内市場で黒色のハイエンドモデルに対する需要が拡大し続ける中、量産可能性を備えたこのタイプの超黒色コーティングが実際にOEMメーカーに導入されれば、視覚デザイン、ブランド認知度、機能性マットなどの多面で新たな競争力の焦点をもたらすことが期待されると考えている。本当に「世界で最も黒い自動車用コーティング」の称号を獲得できるかどうかは、測定技術がさらに発展するまではまだ判断が難しいかもしれないが、「極度の黒」をめぐる技術的かつ美的競争が中国市場で明らかに始まっている。