美國(guó)新澤西州韋斯特菲爾德的科技作家邁克爾·艾布拉姆斯(Michael Abrams)月中在《ASME》雜志網(wǎng)上發(fā)文說(shuō)，美國(guó)杜克大學(xué)的研究人員正在開發(fā)一種材料，用于我們的墻壁，也許有一天還可用于窗戶，在需要溫暖的時(shí)候吸收陽(yáng)光，不需要溫暖的時(shí)候反射陽(yáng)光……[1]

納米材料幫助研究人員開發(fā)一種”窗口”可調(diào)的材料，用于吸收和反射陽(yáng)光。

太陽(yáng)是可愛、生態(tài)友好、可再生的熱源，有很多方法，可用來(lái)給我們的建筑和家庭供暖。但并不總是冬天。當(dāng)我們?cè)噲D降溫時(shí)，任何可以用來(lái)吸收太陽(yáng)光熱能的非能動(dòng)材料都會(huì)成為麻煩。

但現(xiàn)在美國(guó)杜克大學(xué)的研究人員正在開發(fā)一種材料，用于我們的墻壁，也許有一天還可用于窗戶，在我們需要溫暖的時(shí)候吸收陽(yáng)光，不需要溫暖的時(shí)候反射陽(yáng)光。

幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，我們一直有材料做這兩種事。黑色的東西吸收輻射熱能，鏡子把它反射出去。

這個(gè)大學(xué)機(jī)械工程和材料科學(xué)系的教授，論文《用于電致變色協(xié)同太陽(yáng)能和輻射熱管理的超寬頻透明導(dǎo)電電極》的合著者Po-Chun Hsu曾問，“為什么不把它們結(jié)合起來(lái)，提供可調(diào)性呢?” 這篇論文于去年10月份發(fā)表在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)的《能源快報(bào)》上[2]。“我們有季節(jié)變化，確實(shí)想盡可能地利用周圍任何可再生和可持續(xù)的東西。”

Hsu和他的同事最初創(chuàng)造了一個(gè)可以在兩種材料之間機(jī)械切換的表面，就像在巴士頂部的廣告一樣可以旋轉(zhuǎn)。盡管他們的發(fā)明證明這種方法的有效性，但他們發(fā)現(xiàn)建筑師和建筑工程師并不想依賴既笨重又容易破損的運(yùn)動(dòng)部件。

所以他們轉(zhuǎn)向相對(duì)較新的電致變色窗戶的世界。當(dāng)夾在兩個(gè)電極之間的材料受到一點(diǎn)點(diǎn)電擊時(shí)，這種智能窗格可以從不透明轉(zhuǎn)換為透明。不幸的是，它們只對(duì)可見光有效，而且不能阻擋能太陽(yáng)的中-紅外波長(zhǎng)帶來(lái)的熱量。為此，他們需要一種新的材料。

Hsu說(shuō)，“要操縱這么大的光譜范圍是很困難的，而且也很難完全反轉(zhuǎn)。” “轉(zhuǎn)向納米顆粒絕對(duì)是我們‘頓悟’的時(shí)刻之一。” 他們使用帶金微網(wǎng)格的單層石墨烯，獲得寬頻透光率以及誘導(dǎo)變暗需要的電化學(xué)反應(yīng)所需的電導(dǎo)率。在需冷卻的環(huán)境，這一層可以變得透明，展示為一面反射太陽(yáng)輻射的鏡子。

Hsu說(shuō)，“因?yàn)樗举|(zhì)上可逆，可以創(chuàng)造這種太陽(yáng)能吸收器，讓它消失，再創(chuàng)造一次，然后讓它消失。”

太空溫差嚴(yán)酷，有如此不透明度高度可調(diào)的材料，顯然非常有用。Hsu說(shuō)，“它可以幫助我們?cè)谔杖蝿?wù)中保持設(shè)備的溫度，或者有一天幫助火星上的人類，任何這種可能性都讓我非常非常興奮。”

目前，這種材料只在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)制成并演示過，第一個(gè)原型樣本只有幾厘米寬。用于覆蓋我們的墻壁和衛(wèi)星之前，需要改變的不僅是它的大小。首先，要生產(chǎn)這種金屬，使用銀和有機(jī)溶劑，應(yīng)用于大面積的建筑物外墻，既不切實(shí)際又很昂貴。而且目前在冷卻模式下，這種材料仍然會(huì)捕獲某些熱能(部分原因是他們現(xiàn)在使用的電解液有點(diǎn)紅色)。其中大部分可以使用不同的材料來(lái)處理，而Hsu希望改用水溶劑和電解質(zhì)，既能降低成本，又能提高冷卻能力。

Hsu說(shuō)，“我認(rèn)為值得高興的是，證明有這個(gè)平臺(tái)可以繼續(xù)。” “通過改變材料，希望我們能漸漸地提高性能。”

電致變色協(xié)同太陽(yáng)能和輻射熱管理示意圖

依據(jù)資料：

1 Michael Abrams，A Tunable Material for Capturing and Releasing Heat，ASME，F(xiàn)eb 16, 2022

2 Yunfei Rao et al., Ultra-Wideband Transparent Conductive Electrode for Electrochromic Synergistic Solar and Radiative Heat Management, ACS Energy Lett. October 14, 2021;

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c01486