智能窗的控溫性能展示實圖  南京工業(ye) 大學供圖

智能窗光強依賴的自適應性能展示實圖 南京工業(ye) 大學供圖

你見過這樣的變色窗嗎？可以隨著太陽光的強弱而自動調節光線強度與(yu) 色彩的深淺，改善室內(nei) 采光；還能將酷熱的太陽光直射溫度降低超過9℃；這種智能窗還能實現100%的有效空間利用率……日前，中國科學院院士黃維、南京工業(ye) 大學教授秦天石課題組的這一研究成果在線刊發於(yu) 《自然—通訊》。

近年來，可動態調節透光度、選擇性吸收紫外或紅外波段的智能窗在建築物、汽車、飛機等領域展現出較大的應用潛力。目前，單片式高度集成的變色智能窗一般是通過side-by-side（並排的，肩並肩的）的方式得以實現。然而，side-by-side集成不能實現100%的有效空間利用率，並且不透明或半透明的光伏層會(hui) 阻擋部分可見光透過智能窗，從(cong) 而影響到室內(nei) 照明。

針對這一問題，南京工業(ye) 大學先進材料研究院IAM團隊黃維、秦天石開發了一種全幅麵變色智能窗。據論文第一作者博士生劉有介紹，傳(chuan) 統的光伏變色窗將不透明光伏層與(yu) 變色層並排，這樣導致整體(ti) 的空間利用率很低，並且光伏層部分透光度很低。課題組設計的智能窗，光伏層采用的是他們(men) 自主研發的全透明鈣鈦礦光伏層，而且整體(ti) 采用的是垂直串聯的方式，將電極層、光伏層、變色層像三明治一樣的自下而上堆疊，從(cong) 而實現了100%的有效空間利用率。

更重要的是，課題組設計了一種基於(yu) 鹵素離子交換的方法，將鈣鈦礦光伏層浸泡在特定的化學溶劑中，根據浸泡時間的長短來對化學材料中各組分的比例進行調控，從(cong) 而使得這種光伏層材料實現高達76%的透光率。此外，這種智能窗具有高達96顯色指數（指色彩的飽和度、保真度）、>30%的平均可見光對比度（即變色前後透光率的差值），以及應對不同太陽輻射強度的高度自適應性。

劉有解釋道，所謂自適應性是指智能窗可根據不同的太陽光照強度展現出不同深度的顏色，根據不同天氣自適應調節室內(nei) 采光——晴天時，智能窗讓室外的強光透進來少一點，這樣就不刺眼；陰天時，就讓光線完全透進來，滿足室內(nei) 照明需求。

同時，這種智能窗在紅外光波段也有調節功能，能對紅外線進行調控。秦天石表示，變色智能窗通過吸收一部分的紅外光，減少紅外光的透入，從(cong) 而能使室內(nei) 溫度降低超過9℃，極大降低了室內(nei) 對空調降溫的能耗需求。

“我們(men) 的成果經過10000個(ge) 工作循環後，智能窗的平均可見光對比度仍然可以基本維持初始值，證明了智能窗性能是穩定的。這一成果將廣泛應用於(yu) 建築物、汽車、飛機等領域，在防眩目、護目鏡、視覺頭盔等軍(jun) 用領域也有廣闊應用前景。”劉有說。

相關(guan) 論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-021-23701-z


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