最高溫度降幅14℃！上海硅酸鹽所研發智能節能窗新材料
窗玻璃也可以智能？
隨著日照的變化或者氣溫的變化，智能節能玻璃可以調節其顏色和透光情況，實現一定程度的控溫，從而達到節能效果。
換句話說，有了這種玻璃，夏天、冬天都能少用點空調。
近期，上海硅酸鹽所曹遜研究員與華中科技大學楊榮貴教授等合作，開發出了一種新型電致變色結構，可以用于窗戶的熱管理，能夠最大限度地利用可見光和近紅外光的太陽輻射以及中紅外光的輻射冷卻。
這種新材料優化了全波段（可見光、近紅外、中遠紅外）光熱交換，能夠在很寬的波長范圍內實現多種光學狀態的智能切換，達到更好的節能效果。
研究團隊在上海市和三亞市進行的戶外實驗表明，在典型晴朗天氣下，與傳統商用的Low-e窗戶相比，這種基于新型電致變色結構的窗戶可實現全天持續冷卻，最高溫度降幅可達14℃。
熱交換模擬和實驗研究驗證了該模型的普適性和有效性。
模擬顯示，這種新的電致變色器件在世界上絕大多數氣候區域比商用Low-e玻璃具有更高的節能效果。該發現為創新的智能節能窗戶設計提供了巨大機遇，有助于實現全球碳中和和可持續發展。
5月14日，上述研究成果以“Tri-band electrochromic smart window for energy savings in buildings”為題在線發表在國際學術期刊《自然-可持續性》（Nature Sustainability?）上。
在典型晴朗天氣下，與傳統商用的Low-e窗戶相比，這種基于新型電致變色結構的窗戶可實現全天持續冷卻，最高溫度降幅可達14℃。
研究團隊提出的新型電致變色器件，可以基于VO2和WO3薄膜相變實現三態轉變。
在這個結構中，通過施加不同的外加電壓，Li+能夠分別擴散至單斜相的VO2和WO3層，并完成兩次相轉變。
該電致變色結構的三種光學狀態可以維持4小時以上。
其中，四方相LixVO2具有金屬相的特性，其折射率快速升高，導致近紅外光透過率的劇烈變化；而LiyWO3表現出對可見光和紅外部分的吸收，導致透過率快速下降。
這兩次相變可以實現三種不同的光學狀態，從而獨立調節可見光和近紅外透射率。
此外，在建筑全年熱管理過程中，夏季室外環境和窗戶表面溫度比室內高，為了降低制冷能耗，需要減少熱量進入，并降低室外經窗戶向內輻射熱量；冬天為了減少熱量損失，需要降低室內向窗戶輻射熱量，同樣需要在窗戶內側設置低發射率。
研究團隊進一步通過優化電致變色結構的外側和內側電致變色電極的發射率，實現室內外環境之間的輻射熱交換最小化。
上海硅酸鹽所博士畢業生邵澤偉、黃愛彬副研究員和博士生曹翠翠為上述最新發表論文的共同第一作者。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、ANSO國際合作專項、上海市自然科學基金原創探索等項目的資助和支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41893-024-01349-z
