用于电致变色(EC)窗户的新型节能材料可以阻挡光线，而不会影响透过窗户的视野，因为它允许高达90%的可见光透过。功劳:南洋理工大学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发明了一种“智能”窗户材料，可以控制热量传递而不阻挡视线，这有助于减少冷却和加热建筑所需的能量。由NTU研究人员开发的这种新型节能材料用于电致变色窗户，只需轻轻一按开关就能工作，旨在阻挡红外辐射——红外辐射是阳光中散发热量的主要成分。
这种新材料具有特别设计的纳米结构，包括二氧化钛、三氧化钨(WO3)、钕铌(钕铌)和氧化锡(二氧化锡)等先进材料。这种复合材料打算被涂在玻璃窗户面板上，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。
根据实验模拟，这项与《ACS Omega》杂志封面并列的发明可以阻挡高达70%的红外辐射，而不会影响透过窗户的视野，因为它允许高达90%的可见光通过。
这种材料在调节热量方面也比市售的电致变色窗有效约30%，并且由于其耐用性，制造成本更低。
对现有电致变色窗的改进
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变色，减少光线进入房间。
市售的电致变色窗通常在玻璃面板的一侧涂有一层三氧化钨(WO3)，而在另一侧没有。当窗户打开时，电流将锂离子移动到含有WO3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中迁移出来，窗口就会再次变得清晰。
然而，目前的电致变色窗户只能有效阻挡可见光，而不能阻挡红外辐射，这意味着热量继续通过窗户，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的电致变色技术通过严格的开关周期来评估其耐用性。结果显示，窗户的性能保持了出色的稳定性(阻挡了超过65%的红外线辐射)，证明了其在可持续建筑中长期使用的卓越性能、可行性和成本节约潜力。
电致变色窗口研究的主要作者、NTU材料科学与工程学院的阿尔弗雷德·托克副教授说:“通过引入特殊设计的纳米结构，我们使材料能够以‘选择性’的方式进行反应，阻挡近红外辐射，同时仍然允许大部分可见光在我们的电致变色窗口打开时通过。先进材料的选择也有助于提高智能窗的性能、稳定性和耐用性。”
研究小组称，新的电致变色技术可能有助于节约能源，用于建筑物的加热和冷却，并有助于可持续绿色建筑的进一步设计。
该研究反映了该大学致力于解决人类在可持续性方面的重大挑战，作为NTU 2025年战略计划的一部分，该计划寻求加快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，NTU团队在《华尔街日报》报道的另一项工作中，创建了一个开关系统，帮助控制传导热量，即来自外部环境的热量。
获得专利的NTU开关包括磁性碳基颗粒和薄膜，它们是良好的导热体。当开关关闭时，传导的热量不能通过窗户传递。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集成时，该团队的智能窗户可以控制两种类型的热传递:红外辐射和传导热，这是通过物质传递热量的主要方式。
这项研究的第一作者、NTU材料科学与工程学院高级研究员江武平·戈伊博士说，“通过将我们发明的新型电致变色材料和专利开关集成在一个窗口中，我们可以创建一个具有独特功能的智能窗口。由于能够控制来自太阳的红外辐射热量和通过窗户传导的热量，我们预计这项技术在温带气候中特别有用，因为建筑居住者可以根据季节变化的需要使用它来调节热量的损失或增加，同时仍然可以欣赏大部分景色。”
合著者之一、耶路撒冷希伯来大学化学研究所的什洛莫·马格达西教授说:“这项研究成果有望制造出独特的窗户，从而节约能源。这是NTU大学和以色列希伯来大学的研究人员之间科学合作的一个很好的例子，这是由新加坡国家研究基金会的CREATE项目促成的。”
探索商业潜力
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亚太区合作进行进一步测试，并考虑将智能窗户纳入其项目中，以提高效率和可持续性。
总部位于新加坡的iGlass亚太区主管Jeremy Sani是这项研究的行业合作者，也是一家专门从事创新玻璃制造的公司，他说:“能与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，但NTU从技术角度提供的深度知识将项目的执行提升到了超出我们预期的水平。”
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