【創(chuàng)新】芝加哥大學研發(fā)“變色龍”建筑材料：冬暖夏涼！
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芝加哥大學普利茲克分子工程學院的研究人員設計了一種類似“變色龍”的建筑材料，可以根據(jù)外界溫度調(diào)整吸收或釋放熱量。在炎熱的日子里，這種材料可以釋放出高達92%的紅外熱量，幫助冷卻建筑物內(nèi)部。而在寒冷的日子里，這種材料只發(fā)射7%的紅外線，有助于保持建筑物的溫暖。
領(lǐng)導這項發(fā)表在《自然·可持續(xù)發(fā)展》雜志上的研究的助理教授 Po-Chun Hsu說：“我們基本上已經(jīng)找到了一種低能耗的方法，可以像對待人一樣對待建筑；冷的時候加一層，在熱的時候脫一層?！薄斑@種智能材料可以讓我們無需大量能耗的情況下維持建筑物的溫度?！?
根據(jù)估計，建筑占全球能源消耗的30%，排放的溫室氣體占全球溫室氣體總量的10%。大約一半的能源足跡歸因于建筑空間的加熱和冷卻。 Po-Chun Hsu說：“很長一段時間以來，我們大多數(shù)人都認為室內(nèi)溫度控制是理所當然的，沒有考慮它需要多少能量。”“如果我們想要一個負碳的未來，我認為我們必須考慮多種方式，以更節(jié)能的方式控制建筑溫度?！?
Hsu和同事設計了一種不易燃的“電致變色”建筑材料，該材料包含一層可以呈現(xiàn)兩種構(gòu)象的材料：保留大部分紅外熱量的固體銅，或發(fā)射紅外的水溶液。在任何選定的觸發(fā)溫度下，該設備都可以通過將銅沉積到薄膜中或?qū)~剝離，使用少量的電來誘導狀態(tài)之間的化學位移。在這篇新論文中，研究人員詳細介紹了如何在金屬和液體狀態(tài)之間快速可逆地切換。實驗表明，即使在1800次循環(huán)后，在兩種構(gòu)象之間切換的能力仍然有效。然后，該團隊創(chuàng)建了他們的材料如何在美國15個不同城市的典型建筑中降低能源成本的模型。他們報告說，在普通商業(yè)建筑中，用于誘導材料電致變色變化的電力不到建筑總用電量的0.2%，但可以節(jié)省建筑每年暖通空調(diào)能耗的8.4%。
這種材料含有一層可以呈現(xiàn)兩種構(gòu)象：一種是固體銅，它可以保留大部分紅外熱量，有助于保持建筑物的溫暖，另一種是水溶液，它可以發(fā)射紅外線，有助于冷卻建筑物。到目前為止，研究團隊只制作了直徑約6厘米的材料，但以后可以像瓦片一樣組裝成更大的薄片。
論文原文出處： Sui, C., Pu, J., Chen, TH. et al. Dynamic electrochromism for all-season radiative thermoregulation. Nat Sustain 6, 428–437 (2023). https://doi.org/10.1038/s41893-022-01023-2
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