美研製出智慧玻璃或將代替空調和照明

科技日報訊 據物理學家組織網近日報導， 美國勞倫斯伯克利國家實驗室借助納米結晶技術， 開發出一種能讓門窗更聰明的智慧玻璃。 這種玻璃中嵌入了一層超薄納米塗層， 可按需調整進入玻璃的光線， 能做到明暗可控、冷熱可調， 有望大幅降低建築的空調和照明開支。 相關研究發表在《自然》雜誌上。

與現有的技術不同， 該塗層可實現對可見光與產生熱量的近紅外(NIR)光的選擇性控制， 以便在不同的氣候條件下最大限度地保証舒適性和節約能源。

領導該項目的勞倫斯伯克利國家實驗室化學家迪莉婭·米莉蓉說：“在美國，

我們所消耗的所有能源中大約有四分之一用於建築的照明、取暖和製冷。 目前城市中的不少建築都被大量的玻璃所覆蓋， 新材料的使用將大幅提高這類建築的能源使用效率。 ”

米莉蓉的研究小組此前因研製出能夠阻擋近紅外光而讓可見光通過的隔熱玻璃而為世人所知， 該技術的關鍵在於電致變色效應。 新研究要求他們的技術達到一個新高度， 做到對可見光和近紅外光的獨立控制。 這意味著使用者能夠在不增加額外熱量的情況下， 保証室內的採光， 從而減少對空調和人工照明的依賴。

新技術核心是一種經過重新設計的電致變色材料， 由氧化銦錫納米晶體和嵌入在玻璃基質中氧化鈮組成。

除了能分別控制可見光和近紅外光， 採用這一技術的窗戶還能按需切換到遮光模式(同時遮罩近紅外光和可見光)或全明模式(讓所有光線毫無阻擋地進入室內)。

研究人員發現， 納米晶體在玻璃中微小區域的協同交互作用可增強電致變色效應， 這意味著可以在不犧牲性能的前提下進一步降低塗層的厚度。 最關鍵的是， 這種納米晶體玻璃介面的原子連接方式導致了玻璃基質結構的重排， 其拓展了玻璃基體的內部空間， 使電荷的移動和進出更加容易， 這也為新型電池材料的研發提供了思路。 而從材料設計的角度來看， 他們証明瞭能夠用在單一同質材料中增加不同材料的方式來賦予其新特性。