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(jié)能玻璃可以調(diào)節(jié)其顏色和透光情況，實(shí)現(xiàn)一定程度的控溫，從而達(dá)到節(jié)能效果。

換句話說(shuō)，有了這種玻璃，夏天、冬天都能少用點(diǎn)空調(diào)。

近期，上海硅酸鹽所曹遜研究員與華中科技大學(xué)楊榮貴教授等合作，開(kāi)發(fā)出了一種新型電致變色結(jié)構(gòu)，可以用于窗戶的熱管理，能夠最大限度地利用可見(jiàn)光和近紅外光的太陽(yáng)輻射以及中紅外光的輻射冷卻。

這種新材料優(yōu)化了全波段（可見(jiàn)光、近紅外、中遠(yuǎn)紅外）光熱交換，能夠在很寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多種光學(xué)狀態(tài)的智能切換，達(dá)到更好的節(jié)能效果。

研究團(tuán)隊(duì)在上海市和三亞市進(jìn)行的戶外實(shí)驗(yàn)表明，在典型晴朗天氣下，與傳統(tǒng)商用的Low-e窗戶相比，這種基于新型電致變色結(jié)構(gòu)的窗戶可實(shí)現(xiàn)全天持續(xù)冷卻，最高溫度降幅可達(dá)14℃。

熱交換模擬和實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)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(shù)氣候區(qū)域比商用Low-e玻璃具有更高的節(jié)能效果。該發(fā)現(xiàn)為創(chuàng)新的智能節(jié)能窗戶設(shè)計(jì)提供了巨大機(jī)遇，有助于實(shí)現(xiàn)全球碳中和和可持續(xù)發(fā)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(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然-可持續(xù)性》（Nature Sustainability ）上。


在典型晴朗天氣下，與傳統(tǒng)商用的Low-e窗戶相比，這種基于新型電致變色結(jié)構(gòu)的窗戶可實(shí)現(xiàn)全天持續(xù)冷卻，最高溫度降幅可達(dá)14℃。

研究團(tuán)隊(duì)提出的新型電致變色器件，可以基于VO2和WO3薄膜相變實(shí)現(xiàn)三態(tài)轉(zhuǎn)變。

在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，通過(guò)施加不同的外加電壓，Li+能夠分別擴(kuò)散至單斜相的VO2和WO3層，并完成兩次相轉(zhuǎn)變。

該電致變色結(jié)構(gòu)的三種光學(xué)狀態(tài)可以維持4小時(shí)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(dǎo)致近紅外光透過(guò)率的劇烈變化；而LiyWO3表現(xiàn)出對(duì)可見(jiàn)光和紅外部分的吸收，導(dǎo)致透過(guò)率快速下降。

這兩次相變可以實(shí)現(xiàn)三種不同的光學(xué)狀態(tài)，從而獨(dú)立調(diào)節(jié)可見(jiàn)光和近紅外透射率。

此外，在建筑全年熱管理過(guò)程中，夏季室外環(huán)境和窗戶表面溫度比室內(nèi)高，為了降低制冷能耗，需要減少熱量進(jìn)入，并降低室外經(jīng)窗戶向內(nèi)輻射熱量；冬天為了減少熱量損失，需要降低室內(nèi)向窗戶輻射熱量，同樣需要在窗戶內(nèi)側(cè)設(shè)置低發(fā)射率。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步通過(guò)優(yōu)化電致變色結(jié)構(gòu)的外側(cè)和內(nèi)側(cè)電致變色電極的發(fā)射率，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外環(huán)境之間的輻射熱交換最小化。

上海硅酸鹽所博士畢業(yè)生邵澤偉、黃愛(ài)彬副研究員和博士生曹翠翠為上述最新發(fā)表論文的共同第一作者。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、ANSO國(guó)際合作專項(xiàng)、上海市自然科學(xué)基金原創(chuàng)探索等項(xiàng)目的資助和支持。