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透光率76%、降溫9℃、100%空間利用率……
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智能窗光強依賴的自適應(yīng)性能展示實圖（0.1sun為10%的標準太陽光照強度）。?南京工業(yè)大學(xué)供圖
本報訊（記者溫才妃 通訊員周偉）你見過這樣的變色窗嗎？可以隨著太陽光的強弱而自動調(diào)節(jié)光線強度與色彩的深淺，改善室內(nèi)采光；還能將酷熱的太陽光直射溫度降低超過9℃；實現(xiàn)100%的有效空間利用率……日前，中國科學(xué)院院士黃維、南京工業(yè)大學(xué)教授秦天石課題組針對這種變色窗的論文在線刊發(fā)于《自然—通訊》。
近年來，可動態(tài)調(diào)節(jié)透光度、選擇性吸收紫外或紅外波段的智能窗在建筑物、汽車、飛機等領(lǐng)域展現(xiàn)出較大的應(yīng)用潛力。目前，單片式高度集成的變色智能窗一般是通過并排的方式得以實現(xiàn)。然而，并行集成不能實現(xiàn)100%的有效空間利用率，并且不透明或半透明的光伏層會阻擋部分可見光透過智能窗，從而影響室內(nèi)照明。
針對這一問題，南京工業(yè)大學(xué)先進材料研究院IAM團隊黃維、秦天石等人開發(fā)了一種全幅面變色智能窗。
據(jù)論文第一作者、博士生劉有介紹，該智能窗的光伏層采用的是他們自主研發(fā)的全透明鈣鈦礦光伏層，而且整體采用的是垂直串聯(lián)的方式，將電極層、光伏層、變色層像三明治一樣自下而上堆疊，從而實現(xiàn)了100%的有效空間利用率。
更重要的是，課題組設(shè)計了一種基于鹵素離子交換的方法，將鈣鈦礦光伏層浸泡在特定的化學(xué)溶劑中，根據(jù)浸泡時間的長短來對化學(xué)材料中各組分的比例進行調(diào)控，從而使得這種光伏層材料實現(xiàn)高達76%的透光率。此外，這種智能窗的顯色指數(shù)高達96（指色彩的飽和度、保真度），具有大于30%的平均可見光對比度（即變色前后透光率的差值），以及應(yīng)對不同太陽輻射強度的高度自適應(yīng)性。
劉有解釋道，所謂自適應(yīng)性是指智能窗可根據(jù)不同的太陽光照強度展現(xiàn)出不同深度的顏色，根據(jù)不同天氣自適應(yīng)調(diào)節(jié)室內(nèi)采光——晴天時，智能窗讓室外的強光透進來少一點，這樣就不刺眼；陰天時，就讓光線完全透進來，滿足室內(nèi)照明需求。
同時，這種智能窗在紅外光波段也有調(diào)節(jié)功能，能對紅外線進行調(diào)控。秦天石表示，變色智能窗通過吸收一部分紅外光，能使室內(nèi)溫度降低超過9℃，極大降低了室內(nèi)對空調(diào)降溫的能耗需求。
“我們的成果經(jīng)過1萬個工作循環(huán)后，智能窗的平均可見光對比度仍然可以基本維持初始值，證明了智能窗性能是穩(wěn)定的。這一成果有潛力廣泛應(yīng)用于建筑物、汽車、飛機等領(lǐng)域，在防眩目、護目鏡、視覺頭盔等領(lǐng)域也有廣闊應(yīng)用前景?！眲⒂姓f。
相關(guān)論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41467-021-23701-z
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