线上买球平台中国科大俞书宏院士刘建伟教授《自然·通讯》：智能窗户动态调节太阳辐射
线上买球平台随着人们对室内居住环境舒适性最求的提高，改善居住者舒适度所需的能源消耗已经占全球能源使用量的15-20%，并且这一数字还在持续攀升。特别是空调的过度依赖导致了大量的电力消耗和相应的温室气体排放。节能建筑材料技术是一种保证居住环境舒适度的同时还降低能耗的可行方案之一，安装具有可逆光学特性的窗户可以使建筑物的冷却、加热和照明的能源消耗减少50%。最近，基于电致变色和热致变色材的具有可逆的光学开关的智能窗已经被广泛报道。这些智能窗通过快速从透明状态切换到彩色状态，表现出良好的调制效率，允许在短短几秒钟内对整个窗户表面进行均匀着色，以减少阳光辐照造成室内温度的上升。
但是在智能窗户领域仍然有很多需要提升的地方，比如大多数智能窗只能通过透明和不透明状态来实现对太阳辐射的调节，而没有根据个人需求对建筑物所需的特定阳光波段进行智能控制。较高的可见光透射率对室内照明至关重要，但往往为了更高的调制效率而被牺牲掉，而有限的刺激反应能力使其难以调制太阳辐射以应对复杂的天气变化和个人偏好。因此，开发能够有效阻挡太阳辐射以应对环境变化的智能窗户，方式及应用上都是有意义的。
近期，中国科学技术大学俞书宏院士、刘建伟教授团队提出一种通用的、可行的共组装策略，用于太阳辐射调节的智能窗的制备线上买球平台。对于电响应智能窗，通过将极少量的等离子体金纳米棒（NRs）与电致变色的W18O49纳米线（NWs）整合在一起，使得传统电致变色窗的光学调制性能得到了明显的改善。具有不同长宽比的金纳米棒的混合物在760-1360纳米的特定波长范围内表现出强烈的吸收，可以阻挡该波段内超过50%的光线V的负电压时，该装置转化为彩色状态，可以有效地阻挡大部分近红外光（超过90%），从而使室内温度在1个太阳的照射下降低约5℃。这些纳米材料的有序排列可以减少了窗户的雾度，同时仍然保持70%的可见光透射率。这种装置中的多成分调制策略也可以应用于改善传统热变色窗的性能。与VO2的固定相变温度（Tc = 68 °C）相比，不同量的钨（W）掺杂的热变色W-VO2 NWs被共同组装起来，以扩大智能窗的温度刺激反应。这些智能窗具有30-50℃的宽响应范围，可以动态地调整其阻挡性能。该工作以题为“Nanowire-based smart windows combining electro- and thermochromics for dynamic regulation of solar radiation”的文章发表于Nature Communication上。
该文报道的两种智能窗是通过界面共组装这一种通用而有效的方法，包括在一个界面上同时组装多种纳米材料，以实现一个功能性复合结构。为了实现电致变色智能窗选择性光吸收和电致变色性能，通过不同长宽比的Au NR被合成和混合，以覆盖760-1360纳米波段线上买球平台。然后，多尺寸的Au NR混合物与电致变色的W18O49 NWs和导电的Ag NWs共同组装成一个有序的网络结构，以实现对近红外区域的精确调制。这种窗口能够选择性地吸收760-1360纳米的近红外波长范围，以达到照明和冷却的效率，这些光学材料的协同作用可以显著提高在较高温度下的冷却效果。利用相同的界面组装调节策略，通过共同组装不同W掺杂量的热变色W-VO2 NWs，将固定响应温度值扩展到宽温度响应范围，开发了宽响应范围热变色智能窗。只有高掺杂量的纳米线在低温下发生相变，而随着温度的升高，不同掺杂量的几个纳米线都处于相变状态。这种广泛的反应范围使智能窗能够随着环境温度的变化逐渐调节其阻光性能，从而对室内照明和温度进行有效控制。当智能窗安装在房子里时，它们可以选择性地阻挡太阳辐射，并在小的外加电压或环境温度变化时动态地调节室内温度。
其中，电变色智能窗的红外阻隔性主要由Au NRs调节。具有局部表面等离子体共振（LSPR）效应的Au NRs由于形态确定，只能吸收特定波长的。为了实现对近红外光的选择性吸收，特别是在近红外区占据四分之三能量的波段。通过调节种子溶液的量和生长溶液的pH值，合成了具有不同长宽比的Au NRs。多种尺寸的Au NRs与Ag和W18O49 NWs混合并共同组装。并通过Langmuir-Blodgett（LB）共组装技术多次沉积W18O49/Ag和W18O49/Au单层，以获得具有垂直交角的网络纳米线结构。导电层是用Ag NWs而不是传统的刚性ITO导电玻璃制作的，同时利用超细电致变色的W18O49 NWs来分离Au NRs和Ag NWs，从而保证了可见光的透射，并进一步阻挡了彩色状态下的太阳辐射。相比无序结构所形成的有序交叉排列结构可以显著减少各个方向的光散射，从而使薄膜的雾度从无序结构的37.7%下降到14%。
智能窗的热变色性能主要通过W掺杂的VO2纳米实现。首先，通过水热法合成了不同程度的W掺杂的VO2纳米，从差示扫描量热曲线、40和35℃。然后，通过共同组装上述三种类型的W-VO2 NWs制备了具有良好透明度的热变色薄膜。这种薄膜表现出更宽的温度刺激-反应范围，而不是只在一个狭窄的温度范围内做出反应。，近90%的近红外光在低温下可以通过薄膜，在高温下不到65%，而热变色薄膜的可见光透过率可以维持在65%左右，无论温度如何变化，该薄膜对室内采光的影响都不大。NWs的有序排列有效降低了薄膜的雾度（10.9%），此外，具有2层相互垂直的纳米线L）在高温下甚至可以阻挡40%以上的近红外光。
为了验证智能窗在实际环境条件下的有效性，9月份在中国合肥（北纬31°49′21″，东经117°13′18″；海拔37.15米）将安装有玻璃、电变色和热变色智能窗的相屋模型暴露在实际阳光下室外地面的温度从29℃上升到39.8℃。实时记录了装有这些智能窗的样板房中的黑体，由于Au NRs对近红外光的持续吸收，在SLE窗的保证下，黑体的峰值温度达到36℃。而在10点（上午10点）用1.5V的普通电池激活SLE窗的电致变色功能时，温度进一步降低到33.4℃。在带有WRT窗的样板房中，随着太阳辐射的增强，越来越多的W-二氧化硅纳米发生相变。与中午普通玻璃的样板房中相比（41℃），带WRT窗的黑体温度只有36.1℃。随着15:00（下午3点）后阳光的减少，WRT4窗户的阻挡能力动态下降，导致使用WRT4窗户和普通玻璃的样板房内的温度趋于一致。为了进一步研究我们的智能窗的节能性能，我们进行了节能模拟，在模拟软件中设计了实际尺寸的建筑模型。选择利雅得（沙特阿拉伯）和香港（中国）的气候数据来分析窗户的性能。最后还对比了利雅得和香港的普通玻璃、电响应热变色智能窗的每月总能量负荷。通过使用这些智能窗，建筑的月总能源负荷（包括HVAC系统）明显减。
小结：该文提出了一种制备太阳能调节智能窗的共组装策略，通过调节多类材料的组分和结构，可以显著提高窗户的光学性能。首先为解决传统电致变色窗的瓶颈问题，在电致变色窗中引入了Au NR，在不影响可见光传输的前提下尽可能地选择性吸收近红外光线上买球平台，通过共组装不同长宽比的Au NR混合物，可以扩大吸收范围。W18O49 NWs的电致变色功能被作为一种积极的选择，可以根据住户的意愿和实际天气情况进一步调节太阳辐射。其次，同样的多组分共组装策略也可以提高传统热变色窗的性能，不同掺杂量的热变色W-二氧化硅NWs被共组装起来，将固定的响应温度值扩展到30-50℃的宽温度范围。纳米线的有序排列有效降低了智能窗的雾度，显示出良好的可视性。