由新加坡南洋理工大学 (NTU Singapore) 科学家领导的国际研究小组发明了一种“智能”窗户材料，可以在不遮挡视线的情况下控制热传递，这有助于减少建筑物制冷和供暖所需的能源。
由 NTU 研究人员开发的新型电致变色(EC) 窗节能材料，只需轻按一下开关即可工作，旨在阻挡红外线辐射，红外线辐射是太阳光发出热量的主要成分。
这种新材料具有专门设计的纳米结构，包括二氧化钛 (TiO 2 )、三氧化钨 (WO 3 )、钕-铌 (Nd-Nb) 和锡 (IV) 氧化物 (SnO 2 )等先进材料。这种复合材料旨在涂在玻璃窗板上，当被电激活时，用户将能够“打开和关闭”通过窗户的红外辐射传输。
该发明与ACS Omega期刊的封面一起出现，根据实验模拟，它可以阻挡多达 70% 的红外辐射，而不会影响透过窗户的视野，因为它允许多达 90% 的可见光通过。
该材料在调节热量方面的效率也比市售电致变色窗高约 30%，并且由于其耐用性而制造成本更低。
对当前电致变色 (EC) 窗口的改进
电致变色窗户是当今“绿色”建筑的常见特征。它们的工作原理是在使用时着色，减少进入房间的光线。
市售电致变色窗通常在玻璃面板的一侧涂有一层三氧化钨 (WO 3 )，而另一侧没有。当窗户打开时，电流将锂离子移动到含有 WO 3的一侧，窗户变暗或变得不透明。一旦关闭，离子就会从镀膜玻璃上移开，窗口再次变得清晰。
然而，目前的电致变色窗户只能有效阻挡可见光，而不能有效阻挡红外线辐射，这意味着热量会继续通过窗户，使房间变暖。
当前技术的另一个缺点是其耐用性，因为电致变色组件的性能往往会在三到五年内下降。在实验室测试中，NTU 的电致变色技术经过严格的开关循环以评估其耐用性 结果表明窗户的特性保持了出色的稳定性(阻挡了 65% 以上的红外辐射)证明了其卓越的性能、可行性和长期节约成本的潜力- 在可持续建筑中长期使用。
电致变色窗口研究的主要作者、南洋理工大学材料科学与工程学院的 Alfred Tok 副教授说：“通过结合特殊设计的纳米结构，我们使材料能够以‘选择性’的方式反应，阻挡近红外辐射，同时每当我们的电致变色窗户打开时，仍然允许大部分可见光通过。先进材料的选择也有助于提高智能窗户的性能、稳定性和耐用性。”
研究小组表示，新的电致变色技术可能有助于节约用于建筑物供暖和制冷的能源，并有助于未来可持续绿色建筑的设计。
该研究反映了南大致力于解决人类在可持续性方面面临的重大挑战，这是南大 2025 战略计划的一部分，该计划旨在加速将研究发现转化为减轻人类对环境影响的创新。
为了提高智能窗户技术的性能，南大团队在与期刊报道的另一项工作中创建了一个开关系统，有助于控制传导热量，即来自外部环境的热量。
获得专利的 NTU 开关包含磁性碳基颗粒和导热良好的薄膜。当开关关闭时，传导的热量不能通过窗口传递。当打开时，热量将被允许通过玻璃窗。
当与新开发的电致变色材料结合时，该团队的智能窗可以控制两种类型的热传递：红外辐射和传导热，这是通过物质进行热传递的主要方式。
该研究的第一作者、南洋理工大学材料科学与工程学院高级研究员 Ronn Goei 博士说：“通过将我们发明的新型电致变色材料和获得专利的开关集成在一个窗户中，我们可以创造一个智能窗户具有独特的功能。由于能够控制来自太阳的红外线辐射热量和通过窗户的传导热量，我们预计这项技术在温带气候中特别有用，因为建筑物居住者可以使用它来调节热量损失或获得满足季节变化的需求，同时仍能欣赏到大部分景色。”
耶路撒冷希伯来大学化学研究所的合著者 Shlomo Magdassi 教授说：“研究成果有望制造出独特的窗户，从而节省能源。这是研究人员之间科学合作的一个很好的例子在新加坡国立研究基金会的 CREATE 计划的支持下，在南大和以色列耶路撒冷希伯来大学进行了研究。”
发掘商业潜力
展望未来，研究团队希望将这项发明从实验室推向市场。它已与玻璃制造商 iGlass Asia Pacific 合作进行进一步测试，并考虑将智能窗户纳入其项目以提高效率和可持续性。
专注于创新玻璃制造的新加坡公司 iGlass Asia Pacific 的董事兼该研究的行业合作者 Jeremy Sani 说：“与 NTU 一起踏上这一创新之旅是我们的荣幸。虽然我们拥有商业和应用知识，南大从技术角度深入的专业知识已将项目的执行提升到一个超出我们预期的水平。”
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