新材料 “聪明窗”持续冷却 让夏天室内凉爽

有没有“聪明”的窗户，能随着日照或气温的变化调节颜色和透光情况，从而节省空调用电？中国科学院上海硅酸盐研究所曹逊研究员团队给出答案。他们联合华中科技大学杨荣贵教授等从优化全波段光热交换的角度出发，开发出新型电致变色结构，用于窗户的热管理，能够最大限度利用可见光和近红外光的太阳辐射以及中红外光的辐射冷却。

智能节能玻璃需要根据环境温度、太阳辐射的动态变化实现对其自身能量交换能力的动态响应，它要求材料能够在很宽的波长范围内实现多种光学状态的智能切换。研究团队在上海和三亚进行的户外实验表明，在典型晴朗天气下，与传统商用的Low-e（低辐射玻璃）窗户相比，这种基于新型电致变色结构的窗户可实现全天持续冷却，最高温度降幅可达14℃。热交换模拟和实验研究验证该模型的普适性和有效性。模拟显示，这种新的电致变色器件在世界上绝大多数气候区域比商用Low-e玻璃具有更高的节能效果。“此发现为创新的智能节能窗户设计提供了巨大机遇，有助于实现全球碳中和及可持续发展。”曹逊说。

研究团队提出的新型电致变色器件是基于二氧化钒和氧化钨薄膜相变实现三态转变。在该结构中，通过施加不同的外加电压，锂阳离子能分别扩散至单斜相的二氧化钒和氧化钨层，并完成两次相转变。这两次相变可实现三种不同的光学状态，从而独立调节可见光和近红外透射率。该电致变色结构的三种光学状态可维持4小时以上。研究团队还发现：在不同温度气候下，对智能节能窗户内外侧的发射率往往有不同的要求。在建筑全年热管理过程中，夏季室外环境和窗户表面温度比室内高，为降低制冷能耗，需减少热量进入，并降低室外经窗户向内辐射热量；冬天为减少热量损失，需要降低室内向窗户辐射热量，同样需要在窗户内侧设置低发射率。研究团队进一步通过优化电致变色结构的外侧和内侧电致变色电极的发射率，实现室内外环境之间的辐射热交换最小化。5月14日，相关成果在国际学术期刊《自然-可持续性》上在线发表。 本报记者 郜阳