香港理工大学吕琳教授（本文通讯作者）团队近期和哈尔滨工业大学沈朝教授（共同通讯作者），宾夕法尼亚州立大学王嘉亮教授合作研发了一种新型双模式光谱调控窗，相关成果于2024年5月29日发表于《Advanced Science》期刊。论文第一作者为课题组博士生蒲积宏，论文题为：“Constructing a new biomass-based bistatic window for solar regulation”。
论文信息：
J.H. Pu, M. Han, C. Shen**, J.L. Wang, L. Lu*. Constructing a New Biomass‐Based Bistatic Window for Solar Regulation. Adv. Sci. 2024, 2401991. https://doi.org/10.1002/advs.202401991
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摘要
智能变色窗响应室外温度变化而自适应地调整自身透过率，为建筑低能耗运行提供一种智能化解决方案。目前的热点智能变色窗均衍生于动态变色材料，虽具备自适应调谐功能，然受制于材料固有缺陷，呈显低调控能力、高雾度、低透光率等问题。为实现窗户层面的高性能、高精度的光谱调控，本文摒弃动态变色材料的设计优化，从自然之绿中提取自然色彩，制备静态精准光热解耦材料，并从窗户结构设计层面开发全新路径的窗户光谱调控思路。首先，基于自然界中广泛存在的叶绿素染料，结合过渡金属离子的光谱选择特性，开发出高效光热解耦（光热比LSG超过2.0）的绿色静态光谱调控材料；其次，本文进一步设计翻致变色窗体结构，赋予窗户双模式切换功能。本文提出的双模式光谱调控窗太阳辐射调控能力高达 61%，透光模式下可见光透过率为91%，遮阳状态下可见光透过率为56%，雾度低于1%，显色指数高于80，且可在1000次循环测试后仍然保持稳定的光学特性，综合性能相较于当前报道的其他类型智能窗有显著提升。本文提出的窗户不同于当前阶段的智能窗设计优化思路，从结构设计角度出发开发新型光学调控策略，有望为窗户光谱调控的技术提供新路径。
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Abstract
Smart windows effectively respond to the ever-changing climatic conditions, offering a smart solution for low-carbon buildings. However, current smart windows derived from chromic materials often have inferior solar modulation ability, or showcase high haze that obstruct outdoor views. Here, instead of developing new chromic materials, we proposed a new bistaic window for dual-mode solar regulation. The new developed window can reduce the indoor surface temperature for about 11.2℃, and reduce the building space cooling and heating energy consumption by 30% to 40%, providing significant energy-related advances over traditional smart windows. In detail, the bistatic window exhibits excellent solar modulation ability (DTsol = 61%), high visible transmittance in both bleached (Tlum,bleached = 91%) and colored (Tlum,colored = 56%) states, low haze (< 1%), rapid switching response (switching time < 1 minute), high color rendering index (CRI > 80), and long-cyclic stability after 1000 cycles. With the advantages of facile fabrication and scalability, it is foreseen the new developed window holds promising prospect for the next-generation low-carbon buildings, paving a new way for future advancements in the fields of smart windows.
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关键词
Solar regulation (太阳能光谱调控)
Bistatic window (双模式静态窗)
Bio-massed material (新型生物质光谱调控材料)
Low-carbon buildings (低碳建筑)
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图文导读
图1 新型双模式窗的：(a)结构设计; (b)工作原理; (c) 性能优势。
图2 精准光谱调控的新型生物质染料及其光热解耦性能表现
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创新之处
本文创新之处主要有两点：
1. 开发了一种低成本，易规模化的新型光热解耦生物质光学材料，相较于传统光学调控的功能纳米材料，本文所开发的新型生物质材料在采光、隔热以及非视觉照明方面具有全方位的提升。
2. 打破传统动态显色材料的桎梏，从宏观窗体结构设计层面提出一种窗户光谱调控的新思路，使窗户可以灵活切换于两种截然相反的光学模式。
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封面设计
欢迎大家对本工作进行指正，欢迎同行学者合作研究！！！
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图文 | 龍景 吕琳
编辑 | 龍景
审核 | 吕琳 龍景
