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按下电源开关玻璃瞬间从透明变成全黑
添加时间:2021-02-20 11:16 来源:博乐坊 点击量:

  麻省理工学院(MIT)的研究人员发明了一种能够制造变色窗玻璃的新方法。这种窗玻璃能够从透明变成深色,它能够在炎热的天气阻挡阳光,从而减少空调支出、节省能源。

  虽然其他让玻璃变深色的技术也已存在,但是这种新方法的显著优势在于其快速反应能力和较少的能量需求。一旦玻璃由浅变深(或反过来),这种新系统就几乎不需要能量来保持新状态。和其他材料不同,它只在状态转变的过程中需要消耗电力。这些结果发表于在线期刊《化学》上。

  这项新发现使用的是电致变色材料。这篇论文的作者MIT化学教授米尔恰·丁加(Mircea Dinca)解释道,这种材料在施加电压的情况下会改变颜色和透明度。它们和那些在阳光下变成深色的太阳眼镜中用到的光致变色材料很不同。光致变色材料的反应时间更长,而且透明度的改变并不大。

  现有的电致变色材料的缺陷也较类似,应用范围很有限。比如,波音787机型的窗玻璃采用的就是电致变色材料,它们能变深色防止强烈的阳光照射到客舱内。丁加说,当通电时这种窗玻璃就能变深,但是“如果你把电源打开,它需要好几分钟才会变深。显然你肯定希望这个速度更快一些”。

  而现有电致变色材料变色速度缓慢的原因是,材料内部的变化依赖的是电子的运动(电流),电流使整个窗玻璃带负电。带正电的离子穿越材料来恢复电平衡,正是它们产生了变色效应。不过,虽然电子穿越材料的速度很快,离子的穿越速度却慢了许多,这就限制了整体的变色速度。

  MIT的团队克服了这个问题,他们使用了一种类似于海绵的材料,叫做金属有机骨架化合物,它可以以高速传导电子和离子。这种材料已经使用了20年,因为它们能够在内部储存气体。不过MIT的团队首次利用了它们的电子和光学性质。

  丁加表示,现有自遮阳材料的其他问题在于,“很难让材料从全透明变成全黑。”即使是787机型上的窗玻璃也只能变成深绿色,并不能变成不透明。

  在之前对MOF材料进行的研究中,丁加和学生制造出了一种能从透明变成蓝色或绿色的材料。但是在最新的研究中,他们达到了长久以来追寻的目标,制造出了一种能够从全透明变成近乎黑色(通过将两种互补色,绿色和红色混合)的涂料。新材料是用两种化合物制造的,一种是有机材料,另一种是金属盐。一旦两者被混合,它们就会自组装成一层薄薄的,能够变色的新材料。

  Dinca表示,“正是这两种材料的组合让转换时间变快,并且让材料能够接近黑色。大家对此感到很兴奋。”

  他说,这种新窗玻璃除了能够遮阳以外,还具有其他巨大的潜力。他说,在炎热的天气里,大幅降低有许多窗户的建筑物对空调的需求,“它们能够极大地节省能源。”“当太阳射入窗户时,你只需按一下开关,它就会变成黑色了”,它甚至能让整个建筑物的一边立即变黑。

  现在这种材料的性质在实验室内已经得到了验证。该团队的下一个目标是用它来制造一个小型设备(一个大约2.54厘米的样本),进行进一步的测试,为投资者展示其工作原理,确定该窗玻璃的制造成本。

  丁加表示,需要更多的测试,才能确认初步测试的结果——一旦打开开关,材料变色后,就不需要能量来维持新状态。不管现在的状态是透明还是不透明,在转换状态前,不需要再打开电源提供能量。而许多现有电致变色材料却需要持续电压才能维持状态。

  丁加表示,除了智能窗玻璃以外,这种材料还能用来制造低功耗显示器,就像用电子墨水屏一样(用在类似于Kindle一类的设备中,它们用的也是MIT研发的技术),只不过使用的是完全不同的方法。(徐寒易译)

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