科罗拉多大学发明智能着色新方法:有望实现廉价耐用的智能窗户

　　它采用了不同于现有行业标准的可逆金属电沉积工艺。

　　麦吉希教授及其学生们在实验室工作。(图片来源：科罗拉多大学博尔德分校)

　　建筑物的供暖、散热以及照明系统消耗着大量的能量，因此它一直是碳排放的重要来源之一。也许我们未曾想到，这种能量浪费与传统的玻璃窗有着很大的关联。寒冷冬日，窗户将大量阳光挡在外面，室内取暖耗会耗费更多的能量;炎炎夏天，窗户又无法有效阻挡阳光进入室内，室内制冷也会耗费大量的能量。

　　智能窗户(Smart Window)这一新兴科技能解决上述问题，它可以动态调节太阳光的透射率。天热时，窗户变暗，减少到达室内的太阳光;天冷时，窗户变透明，增加到达室内的太阳光，而且这种变色过程可以迅速地自动完成。

　　(图片来源：劳伦斯伯克利国家实验室)

　　简单说，智能窗户利用了电致变色、光致变色、热致变色等特殊材料，随着电、光、热等外界条件变化而改变自身颜色以及透光特性，有效控制进入室内的太阳辐射能量，从而达到建筑节能的目的。例如，笔者曾介绍过美国德克萨斯大学奥斯汀分校研究人员利用掺杂铌的二氧化钛纳米晶体材料，动态地控制太阳辐射的透过率，可以选择性地允许可见光通过，阻挡热量(冷却模式);相反地，阻挡可见光，让热量传输(加热模式)通过。另外，这项技术还可以在这两种模式间迅速切换，仅仅需要几秒钟。

　　(图片来源：纳米快报杂志)

　　麦吉希表示：“我们正在做的就是打造一种电化学电池。我们有一个透明的电极以及一个含有金属离子的电极。通过切换电压，薄板金属可以阻挡光线。这完全不同于其他人实现同样效果所采用的方法。”

　　这篇论文详细解释了如何将金属电镀到透明电极上以阻挡光线，然后通过操纵电压去除它以使窗口再次透明。它特别探讨了，如何将各种电解质与不同的支持阴离子一起使用以达到期望的效果。

　　麦吉希表示，智能窗户技术使用户在不遮挡视线的情况下，调整通过家庭或窗户进入的光线和热量。着色能让更多的自然光通过家庭窗户，同时还能维护隐私，对家庭或办公室的节能和暖通空调(HVAC)控制有着积极的影响。尽管有吸引力，但是由于这篇论文所面对的许多问题，动态窗户还没有实现广泛的商业化。

　　(图片来源：科罗拉多大学博尔德分校)

　　例如，这项新工艺最终实现了比其他技术更理想的玻璃中性颜色，并允许任意的透明度调整，从80%的着色一直到0%或者完全透明。而市场上许多的窗户最多只能提供70%的着色。这种转变也可以迅速完成，3分钟内就可以达到60%的对比度。

　　最终产品的制造成本也很可能低于现有技术。麦吉希表示，潜在节约的成本难以估算，但用这种技术生产窗户无需大型特殊工具，且产量很高，这意味着玻璃可以被快速制造出来。

　　麦吉希是实验室成员、博士生泰勒·埃尔南德斯(Tyler Hernandez)是这篇论文的第一作者，该团队已经采用这项工艺制造出了1平方英尺的窗户。他们目前正在进行稳定性和其他测试，初步结果表明该产品具有长期的耐用性，而且没有电极腐蚀的迹象，腐蚀会降低整体性能，也是市场上其他版本产品的一大缺点。

　　汽车制造商也对该技术感兴趣，而飞机制造商波音公司已经在其787梦想客机上使用了电致变色窗户。

　　麦吉希推测，其他的应用领域可能包括，随着光线条件快速变化的自行车眼镜或滑雪护目镜。

　　他表示：“我的团队研究这个问题和工艺已经有了一段时间。这篇论文解决了这项技术所面临的许多问题，而且我们认为未来会有很多机会。”