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含水材料使窗戶有選擇性地阻擋光線與熱量

含水材料使窗戶有選擇性地阻擋光線與熱量

2023-09-25 Comments 0 Comment

窗戶是建築中透光和散熱的基本必需品,但你並不總是希望同時擁有這兩種功能。現在,北卡羅來納州立大學(NCSU)的工程師們開發了一種新材料,可以讓窗戶在三種模式之間輕鬆切換。

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這種新型動態窗戶可以在正常的透明模式(透光透熱)、阻擋熱量但保持透明的模式和有色模式(阻擋部分光線但不阻擋熱量)之間切換。這樣,使用者就可以在一年四季都享受到遮陽效果。

這一切的關鍵在於一種叫做氧化鎢的小材料,它經常出現在基於電致變色原理的動態玻璃窗中。通常情況下,氧化鎢是透明的,當你施加電訊號時,它就會變暗並阻擋光線,這使得它在按需著色的窗戶上非常方便。

但在新的研究中,北卡羅來納大學的研究人員發現了它全新的隱藏技能:加入水後,它變成了水合氧化鎢,當它被用於電致變色窗時,就會有額外的設定.

關閉時,它對光和熱都保持透明,非常適合那些單調的冬日,因為這時候人們需要盡可能多的光和熱。當一些電子和鋰離子注入這種材料時,它首先會經歷一個阻擋紅外線(感覺到熱)的階段,同時對可見光波長保持透明。最後,隨著更多的電子進入材料,它會過渡到一個黑暗階段,在這個階段,它既能阻擋可見光,也能阻擋紅外線,非常適合夏天使用。

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氧化鎢水合物究竟為何能發揮這樣的作用,目前還不確定,但北卡羅來納大學的科學家們有一個假設。

“晶體結構中水的存在使結構密度降低,因此當鋰離子和電子注入材料時,結構更不易變形,”該研究的第一作者傑內爾-福圖納托(Jenelle Fortunato)說。”我們的假設是,由於氧化鎢水合物在變形之前能比普通氧化鎢容納更多的鋰離子,因此會產生兩種模式。一種是’冷’模式,即註入鋰離子和電子會影響光學特性,但結構尚未發生變化,這種模式會吸收紅外線。然後,在結構發生變化後,會出現一種’暗’模式,同時阻擋可見光和紅外線。”

雖然市面上並不缺乏動態窗戶的設計者,但在一個系統中通常不會提供這麼多的模式。即使有,通常也需要較笨重的裝置。在這種情況下,由於只需要一種材料,玻璃的厚度和能源需求只與普通的氧化鎢窗差不多。

該研究的共同通訊作者迪莉婭-米利隆(Delia Milliron)說:「在一種已經為智慧窗戶界所熟知的單一材料中發現雙波段(紅外線和可見光)光控技術,可能會加速具有增強功能的商業產品的開發。”

該研究發表在《ACS Photonics》雜誌上。

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