你見過這樣的變色窗嗎?可以隨著太陽光的強弱而自動調(diào)節(jié)光線強度與色彩的深淺，改善室內(nèi)采光;還能將酷熱的太陽光直射溫度降低超過9℃;而且，這種智能窗還能實現(xiàn)100%的有效空間利用率……日前，南京工業(yè)大學(xué)黃維院士、秦天石教授課題組的這一最新研究成果在線刊發(fā)于《自然·通訊》。

近年來，可動態(tài)調(diào)節(jié)透光度、選擇性吸收紫外或紅外波段的智能窗在建筑物、汽車、飛機等領(lǐng)域展現(xiàn)出較大的應(yīng)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(并排的，肩并肩的)的方式得以實現(xiàn)。然而side-by-side集成不能實現(xiàn)100%的有效空間利用率，并且不透明或半透明的光伏層會阻擋部分可見光透過智能窗，從而影響到室內(nèi)照明。

針對這一問題，南京工業(yè)大學(xué)先進材料研究院IAM團隊黃維院士、秦天石教授開發(fā)了一種全幅面變色智能窗。“傳統(tǒng)的光伏變色窗將不透明光伏層與變色層并排，這樣導(dǎo)致整體的空間利用率很低，并且光伏層部分透光度很低。我們課題組設(shè)計的智能窗，光伏層采用的是我們自主研發(fā)的全透明鈣鈦礦光伏層，而且整體采用的是垂直串聯(lián)的方式，將電極層、光伏層、變色層像三明治一樣自下而上堆疊，從而實現(xiàn)了100%的有效空間利用率。”論文第一作者博士生劉有介紹。

更重要的是，課題組設(shè)計了一種基于鹵素離子交換的方法，將鈣鈦礦光伏層浸泡在特定的化學(xué)溶劑中，根據(jù)浸泡時間的長短來對化學(xué)材料中各組分的比例進行調(diào)控，從而使得這種光伏層材料實現(xiàn)高達76%的透光率。此外，這種智能窗具有高達96顯色指數(shù)(指色彩的飽和度、保真度)、>30%的平均可見光對比度(即變色前后透光率的差值)，以及應(yīng)對不同太陽輻射強度的高度自適應(yīng)性。“所謂自適應(yīng)性，是指智能窗可根據(jù)不同的太陽光照強度展現(xiàn)出不同深度的顏色，根據(jù)不同天氣自適應(yīng)調(diào)節(jié)室內(nèi)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(nèi)照明需求。”劉有說。

同時，這種智能窗在紅外光波段也有調(diào)節(jié)功能，能對紅外線進行調(diào)控，“變色智能窗通過吸收一部分的紅外光，減少紅外光的透入，從而能使室內(nèi)溫度降低超過9℃，極大降低了室內(nèi)對空調(diào)降溫的能耗需求。”秦天石教授說。

南工大秦天石教授課題組的這項工作，提供了一種制備高透光度智能窗的有效方法，顯著提高了智能窗的光學(xué)性能，對實現(xiàn)全幅面高對比度穩(wěn)定的智能窗具有重要意義。“我們的成果經(jīng)過10000個工作循環(huán)后，智能窗的平均可見光對比度仍然可以基本維持初始值，證明我們的智能窗性能是穩(wěn)定的。這一成果將廣泛應(yīng)用于建筑物、汽車、飛機等領(lǐng)域，在防眩目、護目鏡、視覺頭盔等軍用領(lǐng)域也有廣闊應(yīng)用前景。”劉有說。(通訊員 周偉 南京晨報/愛南京記者 王晶卉)

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