Nature Energy：只要3分钟，让玻璃完全不透光!

动态（可变色）窗户通过减少照明、供热和制冷负荷，在建筑中平均节省20%的能源，并被列为建筑脱碳的关键需求。除了节约能源，越来越多的证据表明自然光的重要性，而带有动态窗户的办公大楼为其使用者的健康、幸福和生产力提供了可观的好处。动态窗户的色调可调，让用户可以控制光和热的流动，减少建筑的碳足迹，提高居住者的舒适度。尽管动态窗户有诸多好处，但市场渗透率很小，目前只有0.004%的商业建筑空间采用动态窗户，因为现有技术无法以令人满意的成本实现快速和中性色彩。

基于可逆金属电沉积(RME)的动态窗将克服成本、颜色、对比度和耐久性等方面的挑战，这些都阻碍了基于电致变色氧化物和分子的传统技术的采用。金属是坚固耐用的材料，具有优异的光、热和化学稳定性。此外，RME动态窗口的架构使可视和太阳辐射控制范围比任何现有技术都更广。以前控制金属沉积的尝试主要集中在控制电极表面的金属成核，然而，金属薄膜往往是多孔的，因此遮光效果不好。

斯坦福大学Michael T. Strand和科罗拉多大学Michael D. McGehee在Nature Energy上发布变色玻璃的最新进展，他们实现了变色的快速响应，变色后不透光以及多次变色的稳定性。

在这里，作者演示了使用聚合物抑制剂聚乙烯醇（PVA）在动态玻璃中可逆地沉积具有可控形貌的金属薄膜。在RME动态窗口中，人们希望生长出光滑而紧凑的能有效调制光的金属薄膜。聚合物抑制剂通过在表面诱导均匀的电镀速率和通过吸附机制抑制枝晶生长来促进这种形貌。在没有抑制剂的情况下，局部电场在不均匀的情况下形成，产生树枝状电沉积形貌。然而，当聚合物被吸附时，空间电荷仍然是分布的，而不是局限在表面上，因此电沉积形貌均匀。由于多元醇的无色、无毒、便宜、电化学稳定，并且与可逆电沉积化学兼容等特点，是很有前途的动态窗口抑制剂。

使用效果：使用聚合物抑制剂的窗口透过率在30秒降至10%，一分钟降至5%，可以在不到3分钟内达到0.001%的可见光透射率，并表现出高的红外反射率(>70%)，色中性透射率(C*< 5)和超宽的光学和太阳调制范围(ΔT_vis= 0.76和ΔSHGC = 0.56)。聚合物抑制剂还能提高效率，提高窗户的耐久性，作者演示了>900 cm²的动态窗户的快速响应和长耐久性(超过1000次循环)。

图文详情

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图1. 基于可逆金属电沉积的动态窗口示意图

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图2. 聚合物抑制剂控制金属沉积形貌

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图3. 动态窗的光学效率

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图4. 金属基动态窗的光学性能及其与商用动态窗的比较

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图5. >900 cm²动态窗口的均匀着色

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图6. 经久耐用的动态窗口超过1000次变色循环

链接

Strand, M.T., Hernandez, T.S., Danner, M.G. et al. Polymer inhibitors enable >900 cm2 dynamic windows based on reversible metal electrodeposition with high solar modulation. Nat Energy (2021). https://doi.org/10.1038/s41560-021-00816-7

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