建筑物消耗了全球超過三分之一的能量,其中用于加熱和冷卻的空調系統所消耗的能量約占建筑物總能耗的50%。目前建筑物的墻體已經應用了各種隔熱保溫材料來實現節能減排,然而建筑物的窗戶除了上世紀80年代發明的Low-E玻璃窗戶之外,鮮有能夠工業化的節能窗戶。熱致變色智能窗具有被動響應溫度變化、無需額外能量輸入的優點,能夠根據環境溫度的變化動態調節進入室內的熱輻射量,從而達到節能的目的,其中聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAm)基水凝膠智能窗的研究尤為廣泛。與固態的PNIPAm凝膠智能窗相比,液態的PNIPAm微凝膠懸浮液表現出體積穩定和易于規模化生產的優勢。然而目前的PNIPAm微凝膠懸浮液制備過程繁瑣,往往需要通過復雜的濃縮過程和額外加入乳化劑來提高濃度并增強分散穩定性(Joule 2019, 3, 290; Joule 2020, 4, 1),同時PNIPAm微凝膠懸浮液的相變溫度不易調節,無法滿足多個領域的應用需求。
圖1. 液態CMH智能窗的制備及作用機制示意圖
圖2. (A,B)P(NIPAm-co-AA)基智能窗的光調控行為;(C)智能窗的Tlum和ΔTsol與文獻數值的對比;(D-E)智能窗的室內溫度調控效果
微凝膠顆粒之間的靜電斥力能夠保證CMH懸浮液在連續相變循環、持續加熱和紫外光輻射中保持優異的分散穩定性。此外,本工作所構建的智能窗具有靈活可調的相變溫度,通過調節pH值來調控CMH與水之間的氫鍵作用,從而實現相變溫度在寬范圍內(27-82 °C)的靈活調控,能夠滿足不同應用場景的需求。
圖3. 一系列CMH懸浮液的制備、相變溫度調控及智能窗的光調控行為
原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202206044
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