Solar RRL:光、色协奏,随光而变:太阳光驱动的自变色智能窗

智能窗(Smart Windows)是一类由玻璃或透明塑料等基材和调光材料所组成的调光功能器件,在一定的物理条件下(如电场、温度或光等),这种器件可以改变自身的透明度或颜色,从而选择性地吸收和反射外界光或热辐射,达到调节光强度或室内温度的目的。然而,目前大多数智能窗,其颜色变化的驱动力为电能或热能,需要依靠外加电源或加热设备来刺激变色材料的颜色变化。而这些能源设备会增加器件结构的复杂性且其本身也消耗能量,并不利于节能减排。因此,发展新型无能耗、太阳光下自驱动变色  的智能窗就显得尤为重要。

近日,苏州大学的程丝副教授课题组制备了一种结合贵金属纳米粒子与热致变色材料的智能窗,可通过金纳米粒子在太阳光照射下高效的光热转换效应来驱动热致变色材料的颜色或透明度发生变化。这种智能窗可根据外界太阳光强度的大小自发地连续改变其模糊程度,当大气温度达到39oC时,该智能窗变为模糊状态。而当大气温度低于30oC时,该智能窗可自动重回至透明状态。在半模糊状态下的智能窗不仅可以阻隔近红外光,还保证了室内一定的光亮度。此项工作中,智能窗相变前较高的可见光透过率以及相变后较高的近红外光的阻隔率也都凸显了其在同类智能窗中的优势。另外,该智能窗的开关温度可以通过改变贵金属纳米粒子的浓度实现,也可以采用市场上被广泛利用的具有多种相变温度的可逆热致变色染料,实现彩色智能窗在太阳光照射下的自变色。这种利用太阳光驱动的自变色行为为今后智能窗的研究开辟了一条新道路,有望实用于建筑物的外观美化及室内亮度及温度调节。

与传统的黑色光热转换材料,如碳黑,碳纳米管,石墨烯等相比,贵金属纳米金制备的智能窗具有光学透明性上的优势。传统的黑色光热转换材料虽然具有较好的光热转换效率,但黑色会影响窗户的透明度,并不适合用于智能窗中。

本工作将以Back Cover的形式在线发表于Wiley 旗下期刊Solar RRL(DOI:10.1002/solr.201700219),第一作者为该组的本科生曹鼎。

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