NTU新加坡科学家开发的自适应玻璃具有独特的结构，可以同时调节加热和冷却。信用:NTU新加坡由新加坡南洋理工大学(NTU新加坡)的科学家领导的一个国际研究小组开发了一种材料，当涂在玻璃窗板上时，可以有效地自适应加热或冷却世界上不同气候区的房间，有助于减少能源使用。由NTU的研究人员开发并发表在《科学》杂志上的这种玻璃是第一种通过在加热和冷却之间切换来自动响应温度变化的玻璃。
这种自适应玻璃是利用二氧化钒纳米粒子复合材料、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和低发射率涂层形成独特的结构，可以同时调节加热和冷却。
这种新开发的玻璃没有电子元件，其工作原理是利用负责加热和冷却的光谱。
在夏天，玻璃抑制了太阳能加热(近红外光)，同时促进了辐射冷却(长波红外)——热量通过表面向寒冷的宇宙散发的一种自然现象——来冷却房间。在冬天，它做相反的事情来温暖房间。
在使用红外相机可视化结果的实验室测试中，玻璃允许在各种条件下(室温-70℃以上)释放受控量的热量，证明了其对不断变化的天气条件做出动态反应的能力。
新玻璃调节加热和冷却
窗户是建筑设计的关键组成部分之一，但也是最不节能、最复杂的部分。仅在美国，根据美国能源部的数据估算，每年与窗户相关的建筑能耗(供暖和制冷)约占其一次能源使用总量的4%。
虽然其他地方的科学家已经开发了可持续的创新来缓解这种能源需求——例如使用低辐射涂层来防止热传递，以及通过着色来调节太阳能传输的电致变色玻璃——但迄今为止，没有一种解决方案能够同时调节加热和冷却。
这项研究的主要研究者，NTU材料科学与工程学院的一龙博士说，“如今大多数节能窗户都解决了由可见光和近红外阳光引起的部分太阳热量增加。然而，研究人员经常忽视长波红外的辐射冷却。虽然侧重于辐射冷却的创新已被用于墙壁和屋顶，但这一功能在冬季变得不受欢迎。我们的团队首次展示了一种可以对两种波长都有良好响应的玻璃，这意味着它可以持续自我调节，以应对四季不断变化的温度。”
由于这些特点，NTU研究小组认为，他们的创新提供了一种方便的方法来节约建筑能源，因为它不依赖任何移动组件、电气机制或阻挡视图来发挥作用。
共同作者美国怀俄明州大学的谭刚教授和中国武汉华中科技大学的杨教授领导了建筑节能模拟，他们说，为了提高窗户的性能，同时调节太阳能传输和辐射冷却至关重要。
“这项创新填补了传统智能窗户和辐射制冷之间缺失的空白，为最大限度地降低能耗铺平了新的研究方向，”谭刚教授表示。
这项研究是支持NTU 2025年战略计划的开创性研究的一个例子，该计划寻求解决人类在可持续性方面的重大挑战，并加快将研究发现转化为减轻人类对环境影响的创新。
(L-R)发明背后的NTU研究团队包括材料科学与工程学院研究员孟云、首席研究员一龙博士、研究员王善成博士。信用:NTU新加波创新适用于多种气候类型
作为概念的证明，科学家们使用覆盖全球所有人口密集地区(七个气候区)的气候数据模拟来测试他们发明的节能性能。
该团队发现，他们开发的玻璃在温暖和凉爽季节都显示出节能效果，整体节能性能高达9.5%，或每年约33万千瓦时(估计为新加坡60户家庭供电一年所需的能源)低于模拟中型办公楼中市售的低辐射玻璃。
该研究的第一作者王善成是一龙博士的研究员和前博士生，他说:“研究结果证明了我们的玻璃在所有类型的气候中应用的可行性，因为它能够帮助减少能源使用，而不管冷热季节的温度波动。这使我们的发明有别于目前的节能窗户，目前的节能窗户在季节性变化较少的地区使用有限。”
此外，他们的玻璃的加热和冷却性能可以定制，以适应市场和地区的需求。
“我们可以通过简单地调整玻璃面板上特殊纳米复合涂层的结构和组成来做到这一点，使我们的创新有可能应用于广泛的热量调节应用，而不仅限于窗户，”一龙博士说。
美国马里兰大学材料创新中心主任赫伯特·拉宾特聘教授·胡教授提供了一个独立的观点，他说:“龙和他的同事最初开发了能够调节近红外阳光和长波红外热量的智能窗户。这种智能窗户的使用对于建筑节能和脱碳非常重要。”
这项创新已经申请了新加坡专利。作为下一步，研究团队正致力于纳米复合涂层的设计，以实现更高的节能性能。
国际研究团队还包括来自中国南京理工大学的科学家。
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