通过窗户的太阳能和热辐射的自适应控制对于建筑节能至关重要。然而，将这种同步无源调节集成到一个热致变色窗口中具有挑战性。最近，科研人员通过将聚 (N-异丙基丙烯酰胺) (pNIPAm) 和银纳米线 (AgNWs) 集成到 pNIPAm/AgNW 复合水凝胶材料中来开发太阳能和热调节 (STR) 窗口。一种迄今为止尚未探索的机制，起源于由于 pNIPAm 相变引起的温度触发的水捕获和释放，被利用来实现太阳能传输和热发射的同时调节。STR 窗口显示出出色的太阳能调制 (58.4%) 和热调制 (57.1%)，并展示了白天和夜间对室内温度的有效调节。与其他热致变色技术相比，STR窗口减少了寒冷环境下的热量损失，同时促进了炎热环境下的散热，实现了全天候的高效节能。这种双重的太阳能和热调节机制可能会为智能窗户技术的进步提供未知的见解。

图1 STR 窗口的热致变色性能。

图2 STR窗口的制作过程和工作机制。

图3 STR 窗口的光学和热学特性。

图4 具有不同窗口的腔室的热管理测试。

图5 稳定性和能源效率。

总结

该团队提出了一种超宽带热致变色窗（STR智能窗），并展示了其出色的室内温度调节能力。利用迄今为止尚未探索的机制通过 pNIPAm-AgNW 网状复合膜实现太阳辐射和热辐射的同步调制。特别是，水分子被用作热调节剂，其通过 AgNW 网格的定向转移由 pNIPAm 的热诱导疏水-亲水转变控制。水传输实现了热调节，而 pNIPAm 的相分离允许在不同温度条件下进行太阳能调节。在这种新机制的基础上，STR 智能窗可以控制超宽带光谱调节，具有 58.4% 的出色太阳透射率调制和 57.1% 的热反射率（发射率）调制。此外，其高亮度透射率 (78.3%) 和低转变温度 (τc = 31°C) 使其在实际应用中高效且可行。与所有报道的仅调节太阳辐照度传输的智能窗户不同，STR 窗户通过调节太阳辐射和热辐射来管理室内温度，使其能够在全天候条件下进行温度调节。STR窗与普通玻璃窗、low-E窗和水凝胶窗相比，夏季室内温度较低，冬季白天和夜间室内温度较高，据此估算了暖通空调系统的四个不同的节能效果。城市：安克雷奇、北京、香港和阿布扎比通过房屋模拟。结果表明STR窗在所有城市都具有正的节能效果。相比之下，low-E 和水凝胶窗仅在炎热气候下才能降低能耗。由于这种新颖的结构被用于热致变色窗，因此未来需要研究一些潜在的问题。可以通过混合防冻剂来提高防冻能力，以降低冰点并保持在寒冷地区的性能。可以通过将高沸点溶剂与水混合以降低蒸发速率或使用具有低水蒸气渗透性的盖以将水保存在水凝胶中来缓解水蒸发。通过使用刚性光学薄膜和网格封装，可以防止大面板中潜在的漏水和分布不均。其他透明聚合物也可以用作PDMS框架的替代品。这种聚合物框架芯设计不仅有助于水的定向运动，还有助于在玻璃上实现粘合基板，这可能很容易适合现有的窗户。这种前所未有的技术可能会导致智能窗户的新发展。

相关论文以题为All-weather thermochromic windows for synchronous solar and thermal radiation regulation发表在《Science Advances》上。通讯作者是香港科技大学李威宏助理教授、姚舒怀教授、黄宝陵教授。