科羅拉多大學(xué)發(fā)明智能著(zhù)色新方法:有望實(shí)現廉價(jià)耐用的智能窗戶(hù)

　　它采用了不同于現有行業(yè)標準的可逆金屬電沉積工藝。

　　麥吉希教授及其學(xué)生們在實(shí)驗室工作。(圖片來(lái)源：科羅拉多大學(xué)博爾德分校)

　　建筑物的供暖、散熱以及照明系統消耗著(zhù)大量的能量，因此它一直是碳排放的重要來(lái)源之一。也許我們未曾想到，這種能量浪費與傳統的玻璃窗有著(zhù)很大的關(guān)聯(lián)。寒冷冬日，窗戶(hù)將大量陽(yáng)光擋在外面，室內取暖耗會(huì )耗費更多的能量;炎炎夏天，窗戶(hù)又無(wú)法有效阻擋陽(yáng)光進(jìn)入室內，室內制冷也會(huì )耗費大量的能量。

　　智能窗戶(hù)(Smart Window)這一新興科技能解決上述問(wèn)題，它可以動(dòng)態(tài)調節太陽(yáng)光的透射率。天熱時(shí)，窗戶(hù)變暗，減少到達室內的太陽(yáng)光;天冷時(shí)，窗戶(hù)變透明，增加到達室內的太陽(yáng)光，而且這種變色過(guò)程可以迅速地自動(dòng)完成。

　　(圖片來(lái)源：勞倫斯伯克利國家實(shí)驗室)

　　簡(jiǎn)單說(shuō)，智能窗戶(hù)利用了電致變色、光致變色、熱致變色等特殊材料，隨著(zhù)電、光、熱等外界條件變化而改變自身顏色以及透光特性，有效控制進(jìn)入室內的太陽(yáng)輻射能量，從而達到建筑節能的目的。例如，筆者曾介紹過(guò)美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校研究人員利用摻雜鈮的二氧化鈦納米晶體材料，動(dòng)態(tài)地控制太陽(yáng)輻射的透過(guò)率，可以選擇性地允許可見(jiàn)光通過(guò)，阻擋熱量(冷卻模式);相反地，阻擋可見(jiàn)光，讓熱量傳輸(加熱模式)通過(guò)。另外，這項技術(shù)還可以在這兩種模式間迅速切換，僅僅需要幾秒鐘。

　　(圖片來(lái)源：納米快報雜志)

　　麥吉希表示：“我們正在做的就是打造一種電化學(xué)電池。我們有一個(gè)透明的電極以及一個(gè)含有金屬離子的電極。通過(guò)切換電壓，薄板金屬可以阻擋光線(xiàn)。這完全不同于其他人實(shí)現同樣效果所采用的方法。”

　　這篇論文詳細解釋了如何將金屬電鍍到透明電極上以阻擋光線(xiàn)，然后通過(guò)操縱電壓去除它以使窗口再次透明。它特別探討了，如何將各種電解質(zhì)與不同的支持陰離子一起使用以達到期望的效果。

　　麥吉希表示，智能窗戶(hù)技術(shù)使用戶(hù)在不遮擋視線(xiàn)的情況下，調整通過(guò)家庭或窗戶(hù)進(jìn)入的光線(xiàn)和熱量。著(zhù)色能讓更多的自然光通過(guò)家庭窗戶(hù)，同時(shí)還能維護隱私，對家庭或辦公室的節能和暖通空調(HVAC)控制有著(zhù)積極的影響。盡管有吸引力，但是由于這篇論文所面對的許多問(wèn)題，動(dòng)態(tài)窗戶(hù)還沒(méi)有實(shí)現廣泛的商業(yè)化。

　　(圖片來(lái)源：科羅拉多大學(xué)博爾德分校)

　　例如，這項新工藝最終實(shí)現了比其他技術(shù)更理想的玻璃中性顏色，并允許任意的透明度調整，從80%的著(zhù)色一直到0%或者完全透明。而市場(chǎng)上許多的窗戶(hù)最多只能提供70%的著(zhù)色。這種轉變也可以迅速完成，3分鐘內就可以達到60%的對比度。

　　最終產(chǎn)品的制造成本也很可能低于現有技術(shù)。麥吉希表示，潛在節約的成本難以估算，但用這種技術(shù)生產(chǎn)窗戶(hù)無(wú)需大型特殊工具，且產(chǎn)量很高，這意味著(zhù)玻璃可以被快速制造出來(lái)。

　　麥吉希是實(shí)驗室成員、博士生泰勒·埃爾南德斯(Tyler Hernandez)是這篇論文的第一作者，該團隊已經(jīng)采用這項工藝制造出了1平方英尺的窗戶(hù)。他們目前正在進(jìn)行穩定性和其他測試，初步結果表明該產(chǎn)品具有長(cháng)期的耐用性，而且沒(méi)有電極腐蝕的跡象，腐蝕會(huì )降低整體性能，也是市場(chǎng)上其他版本產(chǎn)品的一大缺點(diǎn)。

　　汽車(chē)制造商也對該技術(shù)感興趣，而飛機制造商波音公司已經(jīng)在其787夢(mèng)想客機上使用了電致變色窗戶(hù)。

　　麥吉希推測，其他的應用領(lǐng)域可能包括，隨著(zhù)光線(xiàn)條件快速變化的自行車(chē)眼鏡或滑雪護目鏡。

　　他表示：“我的團隊研究這個(gè)問(wèn)題和工藝已經(jīng)有了一段時(shí)間。這篇論文解決了這項技術(shù)所面臨的許多問(wèn)題，而且我們認為未來(lái)會(huì )有很多機會(huì )。”