建筑物消耗了全球超过三分之一的能量,其中用于加热和冷却的空调系统所消耗的能量约占建筑物总能耗的50%。目前建筑物的墙体已经应用了各种隔热保温材料来实现节能减排,然而建筑物的窗户除了上世纪80年代发明的Low-E玻璃窗户之外,鲜有能够工业化的节能窗户。热致变色智能窗具有被动响应温度变化、无需额外能量输入的优点,能够根据环境温度的变化动态调节进入室内的热辐射量,从而达到节能的目的,其中聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)基水凝胶智能窗的研究尤为广泛。与固态的PNIPAm凝胶智能窗相比,液态的PNIPAm微凝胶悬浮液表现出体积稳定和易于规模化生产的优势。然而目前的PNIPAm微凝胶悬浮液制备过程繁琐,往往需要通过复杂的浓缩过程和额外加入乳化剂来提高浓度并增强分散稳定性(Joule 2019, 3, 290; Joule 2020, 4, 1),同时PNIPAm微凝胶悬浮液的相变温度不易调节,无法满足多个领域的应用需求。
图1. 液态CMH智能窗的制备及作用机制示意图
图2. (A,B)P(NIPAm-co-AA)基智能窗的光调控行为;(C)智能窗的Tlum和ΔTsol与文献数值的对比;(D-E)智能窗的室内温度调控效果
微凝胶颗粒之间的静电斥力能够保证CMH悬浮液在连续相变循环、持续加热和紫外光辐射中保持优异的分散稳定性。此外,本工作所构建的智能窗具有灵活可调的相变温度,通过调节pH值来调控CMH与水之间的氢键作用,从而实现相变温度在宽范围内(27-82 °C)的灵活调控,能够满足不同应用场景的需求。
图3. 一系列CMH悬浮液的制备、相变温度调控及智能窗的光调控行为
原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202206044
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