曾在烈日下停過(guò)車(chē)的人都知道，陽(yáng)光很容易透過(guò)玻璃窗進(jìn)入車(chē)內(nèi)，讓這些熱量散發(fā)出去卻很難。據(jù)外媒報(bào)道，杜克大學(xué)（Duke University）的研究人員開(kāi)發(fā)了一種類(lèi)似智能窗戶的技術(shù)，只需輕輕一按開(kāi)關(guān)，就可在兩種狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，或者是收集來(lái)自陽(yáng)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(guó)就有望減少近20%的能耗。
（圖片來(lái)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(shí)改變顏色或不透明度。杜克大學(xué)機(jī)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(yáng)能供暖和輻射冷卻之間進(jìn)行切換。這種電致變色調(diào)控方法，不采用任何活動(dòng)部件，而且連續(xù)可調(diào)?！?BR> 用電致變色玻璃制成智能窗戶，是一種相對(duì)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(lái)。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(duì)于可見(jiàn)光而言，這已經(jīng)很難實(shí)現(xiàn)；考慮到中紅外光(輻射熱)時(shí)，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(dòng)供暖和冷卻模式之間切換時(shí)，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(yáng)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(shí)露出一面反射太陽(yáng)光的鏡子，讓設(shè)備后面的中紅外光消散。由于鏡子對(duì)可見(jiàn)光永遠(yuǎn)是不透明的，該設(shè)備不會(huì)取代家庭或辦公室的窗戶，但可能會(huì)用于其他建筑表面。Hsu表示：“很難制造出同時(shí)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(lái)最大的調(diào)控范圍之一?！?BR> 設(shè)計(jì)這樣的設(shè)備需要克服兩個(gè)主要挑戰(zhàn)。首先是制造電極層，既要能導(dǎo)電，又要對(duì)可見(jiàn)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(wú)法滿足這一要求，因?yàn)檫@兩種特性相互矛盾，因此研究人員開(kāi)始自己設(shè)計(jì)材料。
研究人員從只有單原子厚的石墨烯層開(kāi)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(gè)薄薄的金網(wǎng)，充當(dāng)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(guò)的能力，但影響不大。
第二個(gè)挑戰(zhàn)涉及設(shè)計(jì)一種材料，使其能在兩個(gè)電極層之間穿過(guò)并來(lái)回切換，以吸收光和熱，或讓其通過(guò)。研究人員利用等離子體現(xiàn)象來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。當(dāng)微小的納米級(jí)金屬顆粒彼此相距只有幾納米時(shí)，可以根據(jù)其大小和間距捕獲特定波長(zhǎng)的光。但是，在這種情況下，納米顆粒隨機(jī)分布在簇中，可與大量波長(zhǎng)的光相互作用，這有利于有效捕獲陽(yáng)光。
在演示過(guò)程中，電流通過(guò)兩個(gè)電極，使上部電極附近形成金屬納米顆粒。這會(huì)導(dǎo)致設(shè)備變暗，使整個(gè)設(shè)備能夠吸收和捕獲可見(jiàn)光和熱量。當(dāng)電流逆轉(zhuǎn)時(shí)，納米顆粒會(huì)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(shí)世界中，該設(shè)備會(huì)在一種狀態(tài)或另一種狀態(tài)下工作數(shù)小時(shí)。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中失去幾分鐘的效率，這微不足道?！?BR> 要讓這項(xiàng)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?yàn)槠湓驮谑バ手?，只能進(jìn)行幾十次轉(zhuǎn)換。降溫模式的太陽(yáng)反射率也待提高，研究人員希望在不久的將來(lái)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(huì)有很多應(yīng)用。這項(xiàng)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(hù)結(jié)構(gòu)提供這樣一種動(dòng)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(lái)的碳排放。
（轉(zhuǎn)載）
