最高温度降幅14℃!上海硅酸盐所研发智能节能窗新材料

科技 2024-05-15 15:48 阅读:4

窗玻璃也可以智能?

随着日照的变化或者气温的变化,智能节能玻璃可以调节其颜色和透光情况,实现一定程度的控温,从而达到节能效果。

换句话说,有了这种玻璃,夏天、冬天都能少用点空调。

近期,上海硅酸盐所曹逊研究员与华中科技大学杨荣贵教授等合作,开发出了一种新型电致变色结构,可以用于窗户的热管理,能够最大限度地利用可见光和近红外光的太阳辐射以及中红外光的辐射冷却。

这种新材料优化了全波段光热交换,能够在很宽的波长范围内实现多种光学状态的智能切换,达到更好的节能效果。

研究团队在上海市和三亚市进行的户外实验表明,在典型晴朗天气下,与传统商用的Low-e窗户相比,这种基于新型电致变色结构的窗户可实现全天持续冷却,最高温度降幅可达14℃。

热交换模拟和实验研究验证了该模型的普适性和有效性。

模拟显示,这种新的电致变色器件在世界上绝大多数气候区域比商用Low-e玻璃具有更高的节能效果。该发现为创新的智能节能窗户设计提供了巨大机遇,有助于实现全球碳中和和可持续发展。

5月14日,上述研究成果以“Tri-band electrochromic smart window for energy savings in buildings”为题在线发表在国际学术期刊《自然-可持续性》上。

在典型晴朗天气下,与传统商用的Low-e窗户相比,这种基于新型电致变色结构的窗户可实现全天持续冷却,最高温度降幅可达14℃。

研究团队提出的新型电致变色器件,可以基于VO2和WO3薄膜相变实现三态转变。

在这个结构中,通过施加不同的外加电压,Li+能够分别扩散至单斜相的VO2和WO3层,并完成两次相转变

该电致变色结构的三种光学状态可以维持4小时以上

其中,四方相LixVO2具有金属相的特性,其折射率快速升高,导致近红外光透过率的剧烈变化;而LiyWO3表现出对可见光和红外部分的吸收,导致透过率快速下降。

这两次相变可以实现三种不同的光学状态,从而独立调节可见光和近红外透射率。

此外,在建筑全年热管理过程中,夏季室外环境和窗户表面温度比室内高,为了降低制冷能耗,需要减少热量进入,并降低室外经窗户向内辐射热量;冬天为了减少热量损失,需要降低室内向窗户辐射热量,同样需要在窗户内侧设置低发射率。

研究团队进一步通过优化电致变色结构的外侧和内侧电致变色电极的发射率,实现室内外环境之间的辐射热交换最小化。

上海硅酸盐所博士毕业生邵泽伟、黄爱彬副研究员和博士生曹翠翠为上述最新发表论文的共同第一作者。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、ANSO国际合作专项、上海市自然科学基金原创探索等项目的资助和支持。

论文链接:https://doi.org/10.1038/s41893-024-01349-z