作者:温才妃 周伟 来源:中国科学报 发布时间:2021/6/18 12:21:32
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降温、改善采光,你见过这样的智能变色窗吗

智能窗的控温性能展示实图  南京工业大学供图

智能窗光强依赖的自适应性能展示实图 南京工业大学供图

你见过这样的变色窗吗?可以随着太阳光的强弱而自动调节光线强度与色彩的深浅,改善室内采光;还能将酷热的太阳光直射温度降低超过9℃;这种智能窗还能实现100%的有效空间利用率……日前,中国科学院院士黄维、南京工业大学教授秦天石课题组的这一研究成果在线刊发于《自然—通讯》。

近年来,可动态调节透光度、选择性吸收紫外或红外波段的智能窗在建筑物、汽车、飞机等领域展现出较大的应用潜力。目前,单片式高度集成的变色智能窗一般是通过side-by-side(并排的,肩并肩的)的方式得以实现。然而,side-by-side集成不能实现100%的有效空间利用率,并且不透明或半透明的光伏层会阻挡部分可见光透过智能窗,从而影响到室内照明。

针对这一问题,南京工业大学先进材料研究院IAM团队黄维、秦天石开发了一种全幅面变色智能窗。据论文第一作者博士生刘有介绍,传统的光伏变色窗将不透明光伏层与变色层并排,这样导致整体的空间利用率很低,并且光伏层部分透光度很低。课题组设计的智能窗,光伏层采用的是他们自主研发的全透明钙钛矿光伏层,而且整体采用的是垂直串联的方式,将电极层、光伏层、变色层像三明治一样的自下而上堆叠,从而实现了100%的有效空间利用率。

更重要的是,课题组设计了一种基于卤素离子交换的方法,将钙钛矿光伏层浸泡在特定的化学溶剂中,根据浸泡时间的长短来对化学材料中各组分的比例进行调控,从而使得这种光伏层材料实现高达76%的透光率。此外,这种智能窗具有高达96显色指数(指色彩的饱和度、保真度)、>30%的平均可见光对比度(即变色前后透光率的差值),以及应对不同太阳辐射强度的高度自适应性。

刘有解释道,所谓自适应性是指智能窗可根据不同的太阳光照强度展现出不同深度的颜色,根据不同天气自适应调节室内采光——晴天时,智能窗让室外的强光透进来少一点,这样就不刺眼;阴天时,就让光线完全透进来,满足室内照明需求。

同时,这种智能窗在红外光波段也有调节功能,能对红外线进行调控。秦天石表示,变色智能窗通过吸收一部分的红外光,减少红外光的透入,从而能使室内温度降低超过9℃,极大降低了室内对空调降温的能耗需求。

“我们的成果经过10000个工作循环后,智能窗的平均可见光对比度仍然可以基本维持初始值,证明了智能窗性能是稳定的。这一成果将广泛应用于建筑物、汽车、飞机等领域,在防眩目、护目镜、视觉头盔等军用领域也有广阔应用前景。”刘有说。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41467-021-23701-z

 
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