中國研發多功能智慧窗戶,兼具控制光熱與殺菌效果

作者 | 發布日期 2018 年 07 月 17 日 8:30 | 分類 環境科學 , 能源科技 follow us in feedly

基於愛護地球之心與節省電費,科學家近年來如火如荼研究各式節能技術,像是近期中國科學家就成功研發出一款智慧窗戶,除了可控制光與熱,還可以去除在玻璃上殘留的大腸桿菌等細菌,可望讓飛機、交通工具、醫院等地的環境更加舒適與安心。



鋪滿大面積玻璃的摩天大樓雖然美觀,採光效果也非常好,但是由於玻璃不具有隔熱與調節溫度等功用,無論是夏天炎熱的空氣還是冬季寒流都會從窗戶流進室內,讓冷氣與暖氣費用節節高升,一點也不環保。

不過要打造出一片具有特殊性能、甚至是多功能玻璃也不是件容易的事情,如果只是想要窗戶具有變色功能,可透過金屬氧化物 WO3(三氧化鎢),該材料通電後會產生可逆的顏色變化,利用「電致變色(Electrochromism)」現象來改變窗戶的光學透射率。

但科學家或是消費者可能會認為窗戶只有變色功能還不夠。如果想要增添光熱反應,玻璃還要再添加金屬奈米粒子,讓窗戶把近紅外光轉換成熱量;假如想要有抗菌功能,則需要銅等金屬來幫忙,才能達到殺菌、抗微生物等效果。

只是要如何將這些材料妥善整合,打造三合一或是多功能窗戶仍是個大難題。

根據中國瀋陽東北大學與南京大學發表在《ACS Nano》的研究,團隊研發出以 3D 三氧化鎢為主的電致變色與光熱效應(electrochromic-photothermal)薄膜,且由於薄膜為蜂巢結構,還可在其中嵌入金奈米粒子與奈米棒,讓窗戶不僅具有變色功用,還可以透過奈米粒子將光轉換成熱,進一步調整光熱效應與溫度,讓建築物冬季不再寒冷。

南京大學化學工學院教授夏興華表示,研究員透過太陽光來最佳化電致變色薄膜,進而實現優異光熱轉換,且在光傳輸(optical transmission)途中,團隊還可以進一步調節光熱轉換效率。

科學家也研究證明,該智慧窗戶除了能在幾分鐘內從透明變成黑色,團隊還可利用近紅外雷射光讓窗戶在 5 分鐘內提高 24°C。

(Source:ACS Nano

為了研究窗戶的殺菌性能,研究員也利用大腸桿菌與近紅外雷射光進行研究,並發現殺菌效果在窗戶完全變黑時最強,幾乎可殺掉所有細菌。而如果要達成殺菌效果,三氧化鎢與金奈米粒子也缺一不可,假設窗戶僅由三氧化鎢或是奈米粒子結構製成,殺菌效果相當微弱,因此該窗戶的光熱特性可說是實現殺菌效果的最大功臣。

夏興華指出,該窗戶具有多功能特性,像是可動態(dynamically)控制窗戶透明度、利用近紅外光調節熱轉換,還可以減少細菌滋生,在飛機、高緯度地區和醫院的應用前景可期。

由於智慧窗戶用途相當廣泛,近年來研究報告與各式玻璃原型如雨後春筍般冒出,好比太陽能透明窗戶、能瞬間從透明變成霧面或是可當成觸控螢幕的窗戶等,隨著科技日新月異,未來窗戶還會有更多不同面貌,帶動另一股玻璃研究風潮與商機。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:pixabay

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