导读
近日，加拿大不列颠哥伦比亚大学（UBC）化学研究员们开发出电致变色智能窗户更简单、更经济的新制造技术，将为这项节能技术大规模应用铺平道路。
背景
近年来，节能环保日益受到广泛重视。但是，让我们感到不可思议的是：传统的玻璃窗让我们的建筑浪费掉了许多能量。
原因很简单：寒冷的冬日，窗户将大量的太阳辐射能量挡在了外面，室内的取暖会耗费大量的能量；酷热的夏天，窗户又无法有效阻挡太阳辐射能量进入室内，室内制冷也会耗费大量的能量。
然而，一项前沿科技：智能窗户（Smart window），可以帮助我们解决这个问题。它可以动态调节太阳辐射能的透过率，例如：天热的时候，窗户变暗，达到室内的太阳辐射能会减少；天冷的时候，窗户变透明，到达室内的太阳辐射能会增加。物联网时代，智能窗户还可以通过智能设计，自动完成变色过程。
之所以智能窗户能感知外界光线变化并作出反应，是因为它依靠特殊的材料，这些材料主要可分类为：电致变色、光致变色、热致变色。简单说，它们会随着电、光、热等外界条件变化，改变自身颜色和透光特性。
其中，电致变色材料的应用尤为突出，也是笔者之前重点关注的技术。电致变色，是指材料的光学特性，在外部电场作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。
举两个有关电致变色材料的典型案例：美国德克萨斯大学奥斯汀分校研究人员利用掺杂氧化铌的二氧化钛纳米晶体材料，动态控制太阳辐射能的透过率；美国哥伦比亚大学科学家开发的新型相变光学材料SmNiO3，经过电调谐后，这种材料可以在更宽的波长和调制幅度范围内，动态地控制光线。
除了智能窗户，电致变色材料还有许多其他的应用，例如：反红外侦察，人员和汽车通过覆盖这种材料，将变得比实际上更“冷”，让热成像夜视摄影机无法识别；航天器应用，调整对于太阳明暗面的相对热辐射，降低卫星上的原本较大的温度梯度，延长卫星的生命周期；汽车后视镜应用，当身后汽车的车头远光照射时，通过电致变色材料，自动将光线转化为暗蓝色，避免强光对于司机的影响，保证行车安全；此外，还有光学存储器件、光通信、眼镜、智能衣服等应用。
创新
然而，对于电致变色智能窗户的大规模应用来说，成本和量产制造是非常关键的因素。近日，加拿大不列颠哥伦比亚大学（UBC）化学研究员们开发出电致变色智能窗户更简单、更经济的新制造技术，将为这项节能技术大规模应用铺平道路。
（图片来源：参考资料【2】）
技术
智能窗户对于降低建筑能耗来说，是一项非常有前途的技术。UBC 的化学教授 Curtis Berlinguette 表示：“传统的窗户浪费掉了建筑中的加热、通风和空调的总能量的三分之一，智能窗户技术为降低这些损耗提供了机遇，但是主要挑战在于找到让这些窗户更加便宜的途径。”
一般的电致变色窗户的活性成分是：过渡金属氧化物层。目前，电致变色玻璃公司制造这些薄膜采用的是物理沉积技术，它通常通过需要复杂的真空设备。
Wei Cheng 是该项目的领头人，同时该项目也是他在UBC的博士后研究的一部分。通过与Berlinguette的实验室合作，他找到了一种制造电致变色玻璃材料的新方法：基于溶液的光沉积法，合成电化学活跃的非晶金属氧化物（WO3、 Nb2O5、 MoO3、V2O5）薄膜。
Cheng 的方法是将含有金属离子的溶液沉积到玻璃上，然后使用紫外线将它转化为涂覆在玻璃上的薄膜。这种薄膜完全透明，但是当通电时会变成蓝色。这些非晶金属氧化物薄膜显示了非常先进的电化学性能。
（图片来源：UBC）
价值
目前，智能窗户每平方米的制造成本约为500美元到1000美元，远远高于传统玻璃窗户每平方米30美元到200美元的制造成本。这种新方法意味着，窗户的制造无需目前方法所采用的高温条件或者复杂的真空设备，从而降低了成本。
Cheng 说：“我们的技术创造出一种统一的动态涂覆技术，无需特殊的仪器。我们的方法另外还有一个优点，就是它兼容许多金属，并可扩展。我们对于能够潜在地微调这些材料的动态特性感到兴奋，这将更进一步地改善性能，制造出可商用的大窗户。”
研究人员称，这种溶液沉积技术为实现电致变色窗户的大规模应用，提供了一种快速、经济、可扩展的途径。
未来
Berlinguette 和 Cheng 将继续通过制造出长时间稳定工作的越来越大的窗户，来验证这项技术。
Cheng 表示：“商用的窗户需要持续工作许多年，我们需要证明我们的窗户可以做到这一点。” 他也同时表示，他们正在实验一种更加素净的染色，让窗户可以变成灰色而不是蓝色。
关键字
智能窗户、制造工艺、电致变色
参考资料
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