科学家研发智能节能窗新材料，让建筑更智能，更节能！
科学家研发智能节能窗新材料，让建筑更智能，更节能！
随着全球气候变暖的加剧，节能减排已成为全球关注的焦点。在建筑领域，窗户作为能量损失的主要途径之一，其节能性能的提升具有重要意义。近日，中国科学家在《自然·可持续性》杂志上发表了一项关于智能节能窗的重要研究成果，为建筑节能提供了新的解决方案。
窗户是现代建筑物的重要组成部分 （图片来源：veer图库）
智能节能窗的工作原理
太阳光可以分为可见光、紫外光、红外光等多种波长范围的辐射。其中，红外光部分约占太阳辐射能量的一半，是影响室内温度的主要因素。新型电致变色窗正是通过调节对不同波段光的传输和反射特性来实现节能。
太阳光频谱，其中红外光处于微波和可见光频率之间 （图片来源：Wikipedia）
研究团队开发的智能窗采用了独特的双层结构设计：室内侧使用低辐射率的ITO/聚乙烯（PE）基板，能够有效反射外部热辐射；室外侧则采用高辐射率的石英基板，有助于将室内热量排放到外界。
窗内部含有锂离子（Li⁺）和氧化钒/氧化钨（VO₂/WO₃）材料。通过施加不同的外加电压，Li⁺能够分别扩散至VO₂和WO₃层，引发化学反应，从而实现对可见光和红外光的智能调节。
实验效果与应用前景
研究团队在户外进行了实地测试，结果显示新型电致变色窗能够实现全天持续冷却，最高温度降幅可达14℃。这种窗户不仅能在寒冷季节促进热量进入，还能在炎热季节有效阻挡红外辐射，从而显著降低建筑能耗。
户外节能性能测试（a. 在中国三亚一所房子的阳台上进行的测量装置；b.环境温度和实时太阳辐照度；c.环境与实验窗之间的温度差） （图片来源：《自然可持续性》杂志）
其他节能减排建筑材料
除了智能节能窗，近年来还涌现出多种新型建筑材料，为建筑节能提供了更多选择：
硅酸盐复合绝热砂浆：以海泡石、硅酸铝纤维为主原料，具有优异的保温隔热性能和施工便利性。
水泥聚苯板：由聚苯乙烯泡沫塑料制成，具有质轻、导热系数小、保温隔热性能好等优点。
“变色龙”建材：这种智能化材料内部含有可在固体液体两种构象间自由转换的层，能够根据外界温度变化调节红外热辐射的发射率，实现温度调节。
砖墙 （图片来源：veer图库）
随着科技的进步和环保意识的提高，节能减排建筑材料将迎来更广阔的发展前景。我们期待更多创新材料和技术涌现，为建筑行业带来更多可能性。同时，我们每个人也要积极的参与到这个行动中来，为节能减排做出自己的一份贡献！
参考文献：
Shao, Z., Huang, A., Cao, C. et al. Tri-band electrochromic smart window for energy savings in buildings. Nat Sustain (2024) DOI:10.1038/s41893-024-01349-z.
Chenxi Sui, Jiankun Pu, Ting-Hsuan Chen, et al. Dynamic electrochromism for all-season radiative thermoregulation. Nat Sustain，6, 428–437 (2023).
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何云富,徐刚,朱俊,等.VO2热色智能玻璃研究进展[J].微纳电子技术, 2008, 45(7):6.DOI:10.3969/j.issn.1671-4776.2008.07.004.
张元元.热色智能玻璃VO2薄膜的制备及性能研究[D].合肥工业大学,2013.DOI:10.7666/d.D425713.
本文原文来自科普中国