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美国研制出智能玻璃:可以按需选择透光

导读: 美国劳伦斯伯克利国家实验室借助纳米结晶技术,开发出一种能让门窗更聪明的智能玻璃。

  ——美国劳伦斯伯克利国家实验室借助纳米结晶技术,开发出一种能让门窗更聪明的智能玻璃。这种玻璃中嵌入了一层超薄纳米涂层,可按需调整进入玻璃的光线,能做到明暗可控、冷热可调,有望大幅降低建筑的空调和照明开支。相关研究发表在《自然》杂志上。

  与现有的技术不同,该涂层可实现对可见光与产生热量的近红外(NIR)光的选择性控制,以便在不同的气候条件下最大限度地保证舒适性和节约能源。

  领导该项目的劳伦斯伯克利国家实验室化学家迪莉娅·米莉蓉说:“在美国,我们所消耗的所有能源中大约有四分之一用于建筑的照明、取暖和制冷。目前城市中的不少建筑都被大量的玻璃所覆盖,新材料的使用将大幅提高这类建筑的能源使用效率。”

  米莉蓉的研究小组此前因研制出能够阻挡近红外光而让可见光通过的隔热玻璃而为世人所知,该技术的关键在于电致变色效应。新研究要求他们的技术达到一个新高度,做到对可见光和近红外光的独立控制。这意味着使用者能够在不增加额外热量的情况下,保证室内的采光,从而减少对空调和人工照明的依赖。

  新技术核心是一种经过重新设计的电致变色材料,由氧化铟锡纳米晶体和嵌入在玻璃基质中氧化铌组成。除了能分别控制可见光和近红外光,采用这一技术的窗户还能按需切换到遮光模式(同时屏蔽近红外光和可见光)或全明模式(让所有光线毫无阻挡地进入室内)。

  研究人员发现,纳米晶体在玻璃中微小区域的协同交互作用可增强电致变色效应,这意味着可以在不牺牲性能的前提下进一步降低涂层的厚度。最关键的是,这种纳米晶体玻璃界面的原子连接方式导致了玻璃基质结构的重排,其拓展了玻璃基体的内部空间,使电荷的移动和进出更加容易,这也为新型电池材料的研发提供了思路。而从材料设计的角度来看,他们证明了能够用在单一同质材料中增加不同材料的方式来赋予其新特性。

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