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卷曲智能薄膜高效提升太陽光多級調(diào)制

鋰電聯(lián)盟會長 ? 來源:復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系官網(wǎng) ? 2023-01-30 15:28 ? 次閱讀

一、研究背景:

建筑物能源利用效率的優(yōu)化在很大程度上主導(dǎo)了現(xiàn)代城市可持續(xù)發(fā)展的進程,其中建筑物的照明、供暖和空調(diào)等能源系統(tǒng)占據(jù)了全球能源消耗的約40%,很多建筑物的能量會因為建筑窗戶與外界熱交換而大量浪費掉。因此,如何通過窗戶的智能化實現(xiàn)太陽光的調(diào)制是建筑物熱能高效利用的一項挑戰(zhàn)。

由環(huán)境溫度變化引起自身物理性質(zhì)變化的二氧化釩材料(VO2)成為實現(xiàn)窗戶智能化的重要手段之一。作為無需人工干預(yù)的自響應(yīng)智能窗,它可以保持可見光不變,僅僅隨溫度變化調(diào)節(jié)近紅外區(qū)域太陽光透射,實現(xiàn)低溫多透光,高溫少透光。

但是,二氧化釩材料的可見光透過率較低,紅外熱能的調(diào)控也同步減弱,能源管理效率的進一步提高受到材料物理特性的制約。

二、文章簡介:

近日,復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系梅永豐課題組受到百葉窗的啟發(fā),利用自卷曲技術(shù)將玻璃上的應(yīng)變二氧化釩薄膜脫附并卷曲成 “葉片”陣列智能窗,通過環(huán)境溫度的變化調(diào)制智能窗為完全卷曲(“開”),半卷曲(“半開”)和平面(“關(guān)閉”)狀態(tài),并實現(xiàn)自響應(yīng)智能切換,從而在全開狀態(tài)大幅提升透光率的同時,以不同的開度實現(xiàn)多程度光透過調(diào)制。

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三、研究內(nèi)容:

智能窗工作方式如圖1所示,室溫下(a和b),玻璃表面的二氧化釩薄膜保持卷曲狀態(tài),太陽光中的可見光和近紅外光都能幾乎完全不受阻攔地入射到室內(nèi),提高室內(nèi)溫度和采光度。高溫下(c和d),卷曲二氧化釩薄膜因為相變導(dǎo)致的應(yīng)變變化而自動展開,鋪平襯底遮擋太陽光中近紅外光的透過,降低室內(nèi)光熱輻射。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作方式使低溫環(huán)境下可以通過更多的透過太陽光輻射來進一步節(jié)約室內(nèi)供暖和采光所需能量,而高溫下又能自發(fā)恢復(fù)熱輻射阻擋效果來減少室內(nèi)制冷的消耗。

研究團隊發(fā)展的卷曲智能窗在可見到近紅外波段實現(xiàn)了隨溫度改變的多級太陽光透過率調(diào)制(e和f),并得到極高的太陽光調(diào)制率(42.14%)和可見光透過率(61.01%),這使得該智能窗具備了在不同溫度,不同氣候,不同時段高效自適應(yīng)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的能力。

研究團隊利用全球氣候數(shù)據(jù)庫與模擬軟件,對不同氣候類型的典型城市中裝配卷曲智能窗、平面薄膜智能窗與普通玻璃的房屋進行了全年能耗(包括照明、供暖和制冷)的模擬(g),由于卷曲智能窗具有比較高的太陽光調(diào)制率以及低溫下良好的太陽光透過率,無論在常年炎熱的環(huán)境還是四季嚴(yán)寒的環(huán)境,都具有比較優(yōu)異的節(jié)能效果。

該工作將智能二氧化釩薄膜材料的熱致形變能力與熱致色變能力創(chuàng)造性地結(jié)合在一起,突破了傳統(tǒng)平面薄膜難以兼顧透光率、節(jié)能效率和多環(huán)境適應(yīng)性的難點,為新一代的高效智能窗提供了一種新的可行性思路。

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圖1. 低溫下卷曲智能窗的宏觀示意圖(a)和微觀示意圖及相應(yīng)的SEM圖像(b),高溫下卷曲智能窗的宏觀示意圖(c)和微觀示意圖及相應(yīng)的SEM圖像(d),比例尺:100μm;卷曲智能窗高低溫下的光學(xué)照片(e)及其可見光和近紅外光透光率變化(f);卷曲智能窗和平面薄膜智能窗在不同城市中的年平均節(jié)能量模擬對比圖(g)。





審核編輯:劉清

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原文標(biāo)題:復(fù)旦-梅永豐及合作者︱卷曲智能薄膜高效提升太陽光多級調(diào)制

文章出處:【微信號:Recycle-Li-Battery,微信公眾號:鋰電聯(lián)盟會長】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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