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前沿科技:在夏天可以阻挡70%阳光热量的智能透明薄膜材料

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发表于 2019-4-4 21:35:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
最近,MIT研究人员开发了一种新型可作用在窗户上的隔热薄膜,在32摄氏度下保持高度透明,但在高于32摄氏度的温度下,它会变成像磨砂玻璃一样的半透明状态。这种窗户隔热薄膜可以反射高达70%的太阳热量,由此降低室内温度和空调负荷。
研究人员估计,如果建筑物所有朝外的窗户覆盖这种隔热薄膜,那么能耗费用可能会降低10%。
前沿科技:在夏天可以阻挡70%阳光热量的智能透明薄膜材料
图∣MIT研究人员研发透明薄膜,用作窗户涂层,可阻挡70%的太阳热量。(来源:MITNews)
在夏季的时候,隔热膜覆盖在窗户上,有助于降低温度,同时又有较好的透光性。MIT机械工程专业的教授NicholasFang表示,与现有的智能窗户技术相比,这种窗户隔热薄膜提供了另一种经济实惠、节能的选择。因为目前市场上的智能窗户要么隔热不够高效,要么就是非常耗电(比如一些电致变色窗户)。
“水中鱼网”
一年前,NicholasFang教授开始与香港大学研究人员开展合作。
香港大学的研究人员热衷于寻找降低建筑能耗的方式,香港夏天非常炎热,空调用电达到峰值。香港承诺:到2025年,能耗降低40%。NicholasFang教授表示,“完成这一挑战,对香港这样的大都市来说很关键,也很紧迫。”
经过简单计算,NicholasFang教授的学生发现建筑物中的热量很大一部分是来源于透过窗户的太阳光。太阳光透过窗户带来的热量大约是500W/平方米,大约等同于5个灯泡的功率。
NicholasFang研究团队的主要方向是研究相转变材料的光散射性能,他们好奇这样的光学材料是否适用于窗户,用来反射大部分建筑热量,从而达到隔热效果。
他们研究了多种热致变色材料,这种材料对温度敏感,随着温度的变化而改变相态。最终,他们发现NIPAM-DMAEMA共聚物(poly(N-isopropylacrylamide)-2-Aminoethylmethacrylatehydrochloride)微粒材料,具有较好的隔热性能。这些微粒类似于微小透明的、纤维网状的球颗粒,其中充满了水。当升高至一定温度,球颗粒中所有水被挤出,收缩成密实的纤维束,以不同方式反射光,使得材料变成半透明。
NicholasFang教授表示,“它就像水中鱼网一样。纤维自己编织成网,反射一定量的光。由于其中有很多水,所以很难看到纤维,薄膜呈现透明状。一旦把水挤出来,纤维就明显可见了,薄膜变得半透明。”
之前有研究发现,缩水微粒可以较好地挡光,但是隔热效果不好。NicholasFang研究团队发现原因在于微粒缩水后的尺寸。之前报道的微粒收缩后,直径约100纳米,小于红外光波长,这使得热量很容易透过,并不隔热。研究人员扩展了微粒的分子链,使它们收缩后的直径约500纳米。
舒适度的区别
研究人员利用太阳模拟器,把光照射到窗户上模拟照射进来的阳光。在高温下,薄膜变成半透明(像结霜一样);在窗户另一侧测试,结果表明薄膜可以阻挡70%的热量。
另一项实验,研究团队在一个小型量热室贴满隔热膜,并测量室内温度。如果没有隔热膜,室内温度达到39摄氏度;如果加了隔热膜,室内温度在34摄氏度左右。NicholasFang教授表示,这在舒适度上有很大不同。
科罗拉多大学机械工程专业的助理教授XiaoboYin表示,窗户已经成为影响建筑能效的一个瓶颈。这种新型窗户隔热薄膜可以调节太阳光射入量,有望打破这一瓶颈。他还表示,NicholasFang研究团队工作的亮点在于所采用的材料,这大幅提升智能窗户的适用性和可制造性。
下一步,NicholasFang研究团队计划开展更多的测试,期望可以提升薄膜的隔热性能。
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