新型变色智能窗可自动调节光线色彩温度

  你见过这样的变色窗吗?可以随着太阳光的强弱而自动调节光线强度与色彩的深浅,改善室内采光;还能将酷热的太阳光直射温度降低超过9℃;而且,这种智能窗还能实现100%的有效空间利用率……日前,南京工业大学黄维院士、秦天石教授课题组的这一最新研究成果在线刊发于《自然·通讯》。

  近年来,可动态调节透光度、选择性吸收紫外或红外波段的智能窗在建筑物、汽车、飞机等领域展现出较大的应用潜力。目前,单片式高度集成的变色智能窗一般是通过side-by-side(并排的,肩并肩的)的方式得以实现。然而side-by-side集成不能实现100%的有效空间利用率,并且不透明或半透明的光伏层会阻挡部分可见光透过智能窗,从而影响到室内照明。

  针对这一问题,南京工业大学先进材料研究院IAM团队黄维院士、秦天石教授开发了一种全幅面变色智能窗。“传统的光伏变色窗将不透明光伏层与变色层并排,这样导致整体的空间利用率很低,并且光伏层部分透光度很低。我们课题组设计的智能窗,光伏层采用的是我们自主研发的全透明钙钛矿光伏层,而且整体采用的是垂直串联的方式,将电极层、光伏层、变色层像三明治一样的自下而上堆叠,从而实现了100%的有效空间利用率。”论文第一作者博士生刘有介绍。

  更重要的是,课题组设计了一种基于卤素离子交换的方法,将钙钛矿光伏层浸泡在特定的化学溶剂中,根据浸泡时间的长短来对化学材料中各组分的比例进行调控,从而使得这种光伏层材料实现高达76%的透光率。此外,这种智能窗具有高达96显色指数(指色彩的饱和度、保真度)、>30%的平均可见光对比度(即变色前后透光率的差值),以及应对不同太阳辐射强度的高度自适应性。“所谓自适应性,是指智能窗可根据不同的太阳光照强度展现出不同深度的颜色,根据不同天气自适应调节室内采光——晴天时,智能窗让室外的强光透进来少一点,这样就不刺眼;阴天时,就让光线完全透进来,满足室内照明需求。”刘有说。

  同时,这种智能窗在红外光波段也有调节功能,能对红外线进行调控,“变色智能窗通过吸收一部分的红外光,减少红外光的透入,从而能使室内温度降低超过9℃,极大降低了室内对空调降温的能耗需求。”秦天石教授说。

  南工大秦天石教授课题组的这项工作,提供了一种制备高透光度智能窗的有效方法,显著提高了智能窗的光学性能,对实现全幅面高对比度稳定的智能窗具有重要意义。“我们的成果经过10000个工作循环后,智能窗的平均可见光对比度仍然可以基本维持初始值,证明我们的智能窗性能是稳定的。这一成果将广泛应用于建筑物、汽车、飞机等领域,在防眩目、护目镜、视觉头盔等军用领域也有广阔应用前景。”刘有说。

 


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