科羅拉多大學發明智能著色新方法:有望實現廉價耐用的智能窗戶

　　它采用了不同于現有行業標準的可逆金屬電沉積工藝。

　　麥吉希教授及其學生們在實驗室工作。(圖片來源：科羅拉多大學博爾德分校)

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

　　智能窗戶(Smart Window)這一新興科技能解決上述問題，它可以動態調節太陽光的透射率。天熱時，窗戶變暗，減少到達室內的太陽光;天冷時，窗戶變透明，增加到達室內的太陽光，而且這種變色過程可以迅速地自動完成。

　　(圖片來源：勞倫斯伯克利國家實驗室)

　　簡單說，智能窗戶利用了電致變色、光致變色、熱致變色等特殊材料，隨著電、光、熱等外界條件變化而改變自身顏色以及透光特性，有效控制進入室內的太陽輻射能量，從而達到建筑節能的目的。例如，筆者曾介紹過美國德克薩斯大學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，動態地控制太陽輻射的透過率，可以選擇性地允許可見光通過，阻擋熱量(冷卻模式);相反地，阻擋可見光，讓熱量傳輸(加熱模式)通過。另外，這項技術還可以在這兩種模式間迅速切換，僅僅需要幾秒鐘。

　　(圖片來源：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電池。我們有一個透明的電極以及一個含有金屬離子的電極。通過切換電壓，薄板金屬可以阻擋光線。這完全不同于其他人實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，然后通過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，智能窗戶技術使用戶在不遮擋視線的情況下，調整通過家庭或窗戶進入的光線和熱量。著色能讓更多的自然光通過家庭窗戶，同時還能維護隱私，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題，動態窗戶還沒有實現廣泛的商業化。

　　(圖片來源：科羅拉多大學博爾德分校)

　　例如，這項新工藝最終實現了比其他技術更理想的玻璃中性顏色，并允許任意的透明度調整，從80%的著色一直到0%或者完全透明。而市場上許多的窗戶最多只能提供70%的著色。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。

　　最終產品的制造成本也很可能低于現有技術。麥吉希表示，潛在節約的成本難以估算，但用這種技術生產窗戶無需大型特殊工具，且產量很高，這意味著玻璃可以被快速制造出來。

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

　　汽車制造商也對該技術感興趣，而飛機制造商波音公司已經在其787夢想客機上使用了電致變色窗戶。

　　麥吉希推測，其他的應用領域可能包括，隨著光線條件快速變化的自行車眼鏡或滑雪護目鏡。

　　他表示：“我的團隊研究這個問題和工藝已經有了一段時間。這篇論文解決了這項技術所面臨的許多問題，而且我們認為未來會有很多機會。”