自帶升溫“體質(zhì)”？這是一款讓暖氣有壓力的“智能窗”！

窗戶作為建筑的主體單元，對光熱傳輸轉(zhuǎn)換起到主導(dǎo)作用，因此被認(rèn)為是建筑中最不節(jié)能的部件之一。熱致變色智能窗可以根據(jù)環(huán)境溫度變化被動地進(jìn)行光調(diào)制如可見光（0.38-0.78 μm）透過率、近紅外（0.78-2.5 μm）透過率及中紅外（2.5-20μm）發(fā)射率，由于其過程中不消耗任何能源因此能對建筑進(jìn)行有效的熱管理并降低能耗。然而，在始終保持熱致變色智能窗高透明度的條件下同時(shí)調(diào)節(jié)近紅外和中紅外光仍具有挑戰(zhàn)性。

針對這一問題，南京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)提出一種基于形狀記憶聚合物的熱致變色智能窗，可在超過50%的可見透明下同時(shí)實(shí)現(xiàn)44.0%的近紅外調(diào)制和76.5%的中紅外調(diào)制，具備優(yōu)異的溫度調(diào)節(jié)性能，有望推動節(jié)能建筑發(fā)展。相關(guān)研究近期發(fā)表于《國家科學(xué)評論》。

研究團(tuán)隊(duì)首先分析了理想的熱致變色智能窗應(yīng)具備的光學(xué)特性，其在寒冷的情況下應(yīng)保證所有的太陽光進(jìn)入室內(nèi)并具備紅外低發(fā)射率以減小熱量的散失，在炎熱的情況下應(yīng)仍保持高的可見透明度，并擁有高近紅外反射率以減小熱量輸入和高中紅外發(fā)射率以增大制冷性能。

理想熱致變色智能窗應(yīng)具有（a）光學(xué)傳輸示意圖（b）光學(xué)切換性能

在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)基于形狀記憶聚合物設(shè)計(jì)了如下的熱致變色智能窗器件，該器件由具有高發(fā)射特性的熱塑性聚氨酯（TPU）層、具有可見選擇性透過的一維光子晶體層、起粘接作用的光學(xué)膠帶層、用于溫度敏感智能可逆切換的雙向形狀記憶聚合物（2W SMP）層和具有紅外低發(fā)射特性的氧化銦錫（ITO）基底層的三明治結(jié)構(gòu)組成，它能夠在制熱模式（應(yīng)對低溫環(huán)境）下卷起，實(shí)現(xiàn)86.9%的可見透過率、67.3%的近紅外透過率和12.3%的中紅外發(fā)射率；在制冷模式（應(yīng)對高溫環(huán)境）下鋪平，實(shí)現(xiàn)63.4%的可見透過率、22.3%的近紅外透過率和88.7%的中紅外發(fā)射率，該可逆切換與理想情況保持一致。

（a）結(jié)構(gòu)切換示意圖（b）器件光學(xué)照片（c）分層結(jié)構(gòu)示意圖（d）一維光子晶體結(jié)構(gòu)（e）器件光學(xué)性能（f）器件紅外照片

該器件實(shí)際測試中在夏天白天可實(shí)現(xiàn)比普通玻璃低4度的降溫效果，在冬天白天比普通玻璃高2度的降溫效果，在春天晚上比普通玻璃高1度的保溫效果。

（a）戶外測試裝置照片（b）對照組紅外照片（c）夏天白天溫度對比（d）冬天白天溫度對比（e）春天晚上溫度對比

該器件在室內(nèi)外測試中都發(fā)現(xiàn)具備優(yōu)異的切換性能，并在建筑能耗模擬中于全球不同氣候區(qū)都比普通玻璃有更優(yōu)的全季度節(jié)能效果。

（a）室內(nèi)循環(huán)測試（b）戶外切換記錄（c-e）器件與普通玻璃在不同地區(qū)的建筑能耗分析對比

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A highly visible-transparent thermochromic smart window with broadband infrared modulation for all-season energy savings. National Science Review, doi:10.1093/nsr/nwae408