窗玻璃也可以智能？
隨著日照的變化或者氣溫的變化，智能節(jié)能玻璃可以調(diào)節(jié)其顏色和透光情況，實(shí)現(xiàn)一定程度的控溫，從而達(dá)到節(jié)能效果。
換句話說，有了這種玻璃，夏天、冬天都能少用點(diǎn)空調(diào)。
近期，上海硅酸鹽所曹遜研究員與華中科技大學(xué)楊榮貴教授等合作，開發(fā)出了一種新型電致變色結(jié)構(gòu)，可以用于窗戶的熱管理，能夠最大限度地利用可見光和近紅外光的太陽輻射以及中紅外光的輻射冷卻。
這種新材料優(yōu)化了全波段（可見光、近紅外、中遠(yuǎn)紅外）光熱交換，能夠在很寬的波長范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多種光學(xué)狀態(tài)的智能切換，達(dá)到更好的節(jié)能效果。
研究團(tuán)隊(duì)在上海市和三亞市進(jìn)行的戶外實(shí)驗(yàn)表明，在典型晴朗天氣下，與傳統(tǒng)商用的Low-e窗戶相比，這種基于新型電致變色結(jié)構(gòu)的窗戶可實(shí)現(xiàn)全天持續(xù)冷卻，最高溫度降幅可達(dá)14℃。
熱交換模擬和實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證了該模型的普適性和有效性。
模擬顯示，這種新的電致變色器件在世界上絕大多數(shù)氣候區(qū)域比商用Low-e玻璃具有更高的節(jié)能效果。該發(fā)現(xiàn)為創(chuàng)新的智能節(jié)能窗戶設(shè)計(jì)提供了巨大機(jī)遇，有助于實(shí)現(xiàn)全球碳中和和可持續(xù)發(fā)展。
5月14日，上述研究成果以“Tri-band electrochromic smart window for energy savings in buildings”為題在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然-可持續(xù)性》（Nature Sustainability ）上。
在典型晴朗天氣下，與傳統(tǒng)商用的Low-e窗戶相比，這種基于新型電致變色結(jié)構(gòu)的窗戶可實(shí)現(xiàn)全天持續(xù)冷卻，最高溫度降幅可達(dá)14℃。
研究團(tuán)隊(duì)提出的新型電致變色器件，可以基于VO2和WO3薄膜相變實(shí)現(xiàn)三態(tài)轉(zhuǎn)變。
在這個結(jié)構(gòu)中，通過施加不同的外加電壓，Li+能夠分別擴(kuò)散至單斜相的VO2和WO3層，并完成兩次相轉(zhuǎn)變。
該電致變色結(jié)構(gòu)的三種光學(xué)狀態(tài)可以維持4小時以上。
其中，四方相LixVO2具有金屬相的特性，其折射率快速升高，導(dǎo)致近紅外光透過率的劇烈變化；而LiyWO3表現(xiàn)出對可見光和紅外部分的吸收，導(dǎo)致透過率快速下降。
這兩次相變可以實(shí)現(xiàn)三種不同的光學(xué)狀態(tài)，從而獨(dú)立調(diào)節(jié)可見光和近紅外透射率。
此外，在建筑全年熱管理過程中，夏季室外環(huán)境和窗戶表面溫度比室內(nèi)高，為了降低制冷能耗，需要減少熱量進(jìn)入，并降低室外經(jīng)窗戶向內(nèi)輻射熱量；冬天為了減少熱量損失，需要降低室內(nèi)向窗戶輻射熱量，同樣需要在窗戶內(nèi)側(cè)設(shè)置低發(fā)射率。
研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步通過優(yōu)化電致變色結(jié)構(gòu)的外側(cè)和內(nèi)側(cè)電致變色電極的發(fā)射率，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外環(huán)境之間的輻射熱交換最小化。
上海硅酸鹽所博士畢業(yè)生邵澤偉、黃愛彬副研究員和博士生曹翠翠為上述最新發(fā)表論文的共同第一作者。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、ANSO國際合作專項(xiàng)、上海市自然科學(xué)基金原創(chuàng)探索等項(xiàng)目的資助和支持。
