曾在烈日下停過車的人都知道，陽光很容易透過玻璃窗進入車內(nèi)，讓這些熱量散發(fā)出去卻很難。據(jù)外媒報道，杜克大學(xué)（Duke University）的研究人員開發(fā)了一種類似智能窗戶的技術(shù)，只需輕輕一按開關(guān)，就可在兩種狀態(tài)之間進行轉(zhuǎn)換，或者是收集來自陽光的熱量，或者使物體冷卻。這一方法有利于暖通空調(diào)節(jié)能，僅在美國就有望減少近20%的能耗。
（圖片來源：杜克大學(xué)）
這種電致變色技術(shù)采用的材料，可在通電時改變顏色或不透明度。杜克大學(xué)機械工程和材料科學(xué)助理教授Po-Chun Hsu表示：“我們展示的電致變色設(shè)備，首次可以在太陽能供暖和輻射冷卻之間進行切換。這種電致變色調(diào)控方法，不采用任何活動部件，而且連續(xù)可調(diào)。”
用電致變色玻璃制成智能窗戶，是一種相對較新的技術(shù)。利用電致變色反應(yīng)，將玻璃從透明變成非透明，眨眼之間又可變回來。有很多方法可以產(chǎn)生這種現(xiàn)象，但都涉及到將電響應(yīng)材料夾在兩層薄電極之間，并在其間傳遞電流。對于可見光而言，這已經(jīng)很難實現(xiàn)；考慮到中紅外光(輻射熱)時，就更加困難了。
研究人員演示了一種薄的設(shè)備，該設(shè)備在被動供暖和冷卻模式之間切換時，可以與兩種光譜相互作用。在供暖模式下，該設(shè)備變暗以吸收陽光，并阻止中紅外光逃逸。在冷卻模式下，變暗的窗狀層消失，同時露出一面反射太陽光的鏡子，讓設(shè)備后面的中紅外光消散。由于鏡子對可見光永遠是不透明的，該設(shè)備不會取代家庭或辦公室的窗戶，但可能會用于其他建筑表面。Hsu表示：“很難制造出同時滿足這兩種條件的材料。在熱輻射方面，我們的設(shè)備具備有史以來最大的調(diào)控范圍之一?！?BR> 設(shè)計這樣的設(shè)備需要克服兩個主要挑戰(zhàn)。首先是制造電極層，既要能導(dǎo)電，又要對可見光和熱輻射保持透明。大多數(shù)導(dǎo)電材料，如金屬、石墨和一些氧化物，均無法滿足這一要求，因為這兩種特性相互矛盾，因此研究人員開始自己設(shè)計材料。
研究人員從只有單原子厚的石墨烯層開始，但是石墨烯太薄了，不能反射或吸收任何一種光。而且，其導(dǎo)電性也不足以傳輸設(shè)備大規(guī)模工作所需的電量。為了克服這一限制，研究人員在石墨烯上加了一個薄薄的金網(wǎng)，充當電力高速公路。這在一定程度上降低了石墨烯讓光線不受阻礙地通過的能力，但影響不大。
第二個挑戰(zhàn)涉及設(shè)計一種材料，使其能在兩個電極層之間穿過并來回切換，以吸收光和熱，或讓其通過。研究人員利用等離子體現(xiàn)象來實現(xiàn)這一目標。當微小的納米級金屬顆粒彼此相距只有幾納米時，可以根據(jù)其大小和間距捕獲特定波長的光。但是，在這種情況下，納米顆粒隨機分布在簇中，可與大量波長的光相互作用，這有利于有效捕獲陽光。
在演示過程中，電流通過兩個電極，使上部電極附近形成金屬納米顆粒。這會導(dǎo)致設(shè)備變暗，使整個設(shè)備能夠吸收和捕獲可見光和熱量。當電流逆轉(zhuǎn)時，納米顆粒會溶解回液體透明電解質(zhì)中。完成這兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，需要一到兩分鐘。Hsu表示：“在現(xiàn)實世界中，該設(shè)備會在一種狀態(tài)或另一種狀態(tài)下工作數(shù)小時。在轉(zhuǎn)換過程中失去幾分鐘的效率，這微不足道?！?BR> 要讓這項技術(shù)在日常生活中發(fā)揮作用，還有很多挑戰(zhàn)。最大的挑戰(zhàn)可能是，增加納米顆粒在形成和解體之間循環(huán)的次數(shù)，因為其原型在失去效率之前，只能進行幾十次轉(zhuǎn)換。降溫模式的太陽反射率也待提高，研究人員希望在不久的將來能夠?qū)崿F(xiàn)低于環(huán)境溫度冷卻。
然而，隨著技術(shù)的成熟，可能會有很多應(yīng)用。這項技術(shù)可應(yīng)用于外墻或屋頂，在能耗很少的情況下，幫助建筑物供暖和降溫。為建筑圍護結(jié)構(gòu)提供這樣一種動態(tài)能力，利用可再生資源供暖和制冷，有可能減少使用建筑材料及其帶來的碳排放。
（轉(zhuǎn)載）
