【创新】芝加哥大学研发“变色龙”建筑材料：冬暖夏凉！
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芝加哥大学普利兹克分子工程学院的研究人员设计了一种类似“变色龙”的建筑材料，可以根据外界温度调整吸收或释放热量。在炎热的日子里，这种材料可以释放出高达92%的红外热量，帮助冷却建筑物内部。而在寒冷的日子里，这种材料只发射7%的红外线，有助于保持建筑物的温暖。
领导这项发表在《自然·可持续发展》杂志上的研究的助理教授 Po-Chun Hsu说：“我们基本上已经找到了一种低能耗的方法，可以像对待人一样对待建筑；冷的时候加一层，在热的时候脱一层。”“这种智能材料可以让我们无需大量能耗的情况下维持建筑物的温度。”
根据估计，建筑占全球能源消耗的30%，排放的温室气体占全球温室气体总量的10%。大约一半的能源足迹归因于建筑空间的加热和冷却。 Po-Chun Hsu说：“很长一段时间以来，我们大多数人都认为室内温度控制是理所当然的，没有考虑它需要多少能量。”“如果我们想要一个负碳的未来，我认为我们必须考虑多种方式，以更节能的方式控制建筑温度。”
Hsu和同事设计了一种不易燃的“电致变色”建筑材料，该材料包含一层可以呈现两种构象的材料：保留大部分红外热量的固体铜，或发射红外的水溶液。在任何选定的触发温度下，该设备都可以通过将铜沉积到薄膜中或将铜剥离，使用少量的电来诱导状态之间的化学位移。在这篇新论文中，研究人员详细介绍了如何在金属和液体状态之间快速可逆地切换。实验表明，即使在1800次循环后，在两种构象之间切换的能力仍然有效。然后，该团队创建了他们的材料如何在美国15个不同城市的典型建筑中降低能源成本的模型。他们报告说，在普通商业建筑中，用于诱导材料电致变色变化的电力不到建筑总用电量的0.2%，但可以节省建筑每年暖通空调能耗的8.4%。
这种材料含有一层可以呈现两种构象：一种是固体铜，它可以保留大部分红外热量，有助于保持建筑物的温暖，另一种是水溶液，它可以发射红外线，有助于冷却建筑物。到目前为止，研究团队只制作了直径约6厘米的材料，但以后可以像瓦片一样组装成更大的薄片。
论文原文出处： Sui, C., Pu, J., Chen, TH. et al. Dynamic electrochromism for all-season radiative thermoregulation. Nat Sustain 6, 428–437 (2023). https://doi.org/10.1038/s41893-022-01023-2
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