基于金属有机框架的新型电致变色薄膜可打造更智能、更凉爽的生活空间

基于金属有机框架的新型电致变色薄膜可打造更智能、更凉爽的生活空间就像眼镜可以变暗以提供防晒保护一样,这些透明薄膜的光学特性也可以通过电来调整,以阻挡太阳的热量和光线。现在,研究人员在《ACS能源快报》(ACSEnergyLetters)上报告说,他们展示了一种基于金属有机框架(MOF)的新型电致变色薄膜设计,这种薄膜能快速、可靠地从透明变为减少眩光的绿色,再变为隔热的红色。当电势从0伏到0.8伏再到1.6伏时,这种电致变色薄膜的颜色和光学特性就会发生变化:绿色有助于减少眩光,红色可增强隔热性。来源:改编自《美国化学学会能源通讯》2024期,DOI:10.1021/acsenergylett.4c00492徐洪波及其同事在他们的电致变色薄膜中使用了MOFs,因为这种结晶物质能够形成孔径大小可以通过改变与金属离子结合的有机配体的长度来定制的薄膜。这些特性可以改善电流流动,更精确地控制颜色,并且经久耐用。在演示中,徐的MOF电致变色薄膜在0.8伏的电势下只需2秒钟就能从无色变为绿色,在1.6伏的电势下只需2秒钟就能变为暗红色。当电势下降时,薄膜能在40小时内保持绿色或红色,除非施加反向电压使薄膜恢复透明状态。这种薄膜还能在从彩色到透明的4500次循环切换中保持稳定的性能。研究人员表示,经过进一步优化,他们的可调涂层可用于调节室内温度的智能窗户,以及较小规模的智能光学设备和传感器。除了徐的基于MOF的电致变色薄膜外,其他几个研究小组也报告了电致变色涂层的设计,包括一种阻挡紫外线但视觉上透明的辐射冷却薄膜、一种暴露在阳光下会变冷的彩色植物薄膜,以及一种在寒冷天气变深、在炎热天气变浅的温度响应薄膜。编译来源:ScitechDaily...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432805.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1432805.htm

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由变色龙启发的建筑材料可改变其吸收或散发的热量在炎热的日子里,这种材料可以发射出它所包含的高达92%的红外热量,帮助冷却建筑物内部。然而,在较冷的日子里,这种材料只发出7%的红外线,帮助建筑物保持温暖。"我们基本上想出了一种低能耗的方法来对待建筑物,就像对待一个人一样;当你冷的时候,你就加一层,当你热的时候,你就脱一层,"领导这项研究的许宝春助理教授说,他发表在《自然可持续性》上。"这种智能材料让我们在没有大量能源的情况下保持建筑物的温度"。受气候变化的驱动根据一些估计,建筑物占全球能源消耗的30%,并排放了全球所有温室气体的10%。这一能源足迹的大约一半归因于室内空间的加热和冷却。"长期以来,我们大多数人都认为室内温度控制是理所当然的,没有想过它需要多少能源,"许说。"如果我们想要一个负碳的未来,我认为我们必须考虑多样化的方式,以更节能的方式控制建筑温度。"研究人员先前已经开发了辐射冷却材料,通过提高其发射红外线的能力来帮助保持建筑物的温度,红外线是人和物体辐射出来的无形热量。也有一些材料可以在寒冷的气候中防止红外线的发射。这种材料包含一个可以采取两种构象的层:保留大部分红外线热量的固体铜,这有助于保持建筑物的温暖;或者是发射红外线的水溶液,这可以帮助冷却建筑物"一个简单的思考方式是,如果你有一个完全黑色的建筑面向太阳,它将比其他建筑更容易升温,"PME研究生隋晨曦说,他是新手稿的第一作者。这种被动加热在冬天可能是一件好事,但在夏天就不是了。随着全球变暖导致极端天气事件和多变的天气越来越频繁,建筑物需要能够适应;很少有气候需要全年供暖或全年空调。从金属到液体再到液体许和他的同事设计了一种不可燃的"电致变色"建筑材料,它包含一个可以呈现两种构象的层:保留大部分红外线热量的固体铜,或发射红外线的水溶液。在任何选定的触发温度下,该设备可以通过将铜沉积到薄膜中,或将铜剥离,使用极少量的电力来诱导两种状态之间的化学变化。在这篇新论文中,研究人员详细说明了该装置如何在金属和液体状态之间快速和可逆地切换,即使经过1800次循环,在两种构象之间切换的能力仍然有效,因此这种智能材料可以在不需要大量能源的情况下保持建筑物的温度。该团队创建了模型,说明他们的材料如何能在美国15个不同城市的典型建筑中减少能源成本。他们报告说,在一个普通的商业建筑中,用于诱导材料电致变色的电力将不到该建筑总用电量的0.2%,但可以节省该建筑每年HVAC能耗的8.4%。"一旦你在不同的状态之间切换,你不需要应用更多的能量来保持任何一种状态,"许说。"因此,对于你不需要在这些状态之间频繁切换的建筑,它的用电量真的可以忽略不计。"扩大规模到目前为止,许的小组只创造了大约六厘米宽的材料碎片。然而,他们设想,许多这样的材料碎片可以像瓦片一样被组装成更大的板材。他们说,这种材料也可以进行调整,以使用不同的定制颜色--水相是透明的,几乎任何颜色都可以放在它后面而不影响其吸收红外线的能力。研究人员现在正在研究制造这种材料的不同方法。他们还计划探究该材料的中间状态如何能够发挥作用。"我们证明了辐射控制可以在整个不同季节控制广泛的建筑温度方面发挥作用,我们正在继续与工程师和建筑部门合作,研究这如何能够为一个更可持续的未来做出贡献"。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1343391.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1343391.htm

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