二氧化钒同质异构体的水热制备: 在节能智能窗户应用的优势,挑战和前景

建筑能耗约占社会总能耗的30%,降低建筑能耗对实现节能减排意义重大。随着当今社会建筑美观和提高采光度的要求,玻璃门窗在建筑物结构中所占的比例很大。而玻璃门窗是建筑物与外界进行热量交换的主要渠道,门窗玻璃节能技术是降低建筑能耗的关键。为此,科学家提出了智能窗的概念,即可对进入建筑物的热能和光具有一定调节功能的窗户。其中电致变色和热致变色智能窗是目前研究的热点,相比较而言热致变色智能窗具有结构简单、无需耗能,可自动感知周围环境温度的变化而对光透过率进行动态调整等优势。

二氧化钒(VO2)是目前研究最广泛的无机热致变色材料。VO2有多种同质异构体,而仅M相VO2具有近室温的热致变色功能,有智能窗应用价值。实现M相VO2的可控准备,合成方法的选择尤为重要。近年来,基于水热制备VO2的研究工作取得诸多进展:水热是目前唯一可控合成VO2各同质异构体的制备方法;水热合成了某些新的VO2同质异构体;实现了VO2纳米粉体的公斤级制备;基于水热纳米粉体的VO2薄膜实现了柔性化;纳米热致变色模型的提出;有机-无机杂化提高热致变色性能;智能窗功能多样化等。为系统总结该领域的最新研究进展,新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院龙祎小组与上海大学高彦峰教授、希伯来大学Shlomo Magdassi教授合作在small发表综述文章。

该综述比较了VO2同质异构体之间的差异;分析了水热合成M相VO2过程中存在的问题;认为水热+低温退火是目前获得高产量VO2纳米粉体的一种温和的制备途径;总结了VO2智能窗有被动到主动变色模式的电学和电化学转换策略,及其在克服相变温度过高等方面的优势。作者认为如何在近室温相变温度(Tc)和较高的可见光透过率(Tlum)下,获得满足实用化需求的太阳能调控(ΔTsol)仍是VO2智能窗面临的问题,但总体来说水热技术将在VO2智能窗实用化中发挥重要作用。相关文章在线发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201701147)上。

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