本报记者 谢诗涵 通讯员 周伟

可以随着太阳光的强弱而自动调节室内光线强度与色彩深浅；能将酷热的太阳光直射温度降低超过9℃；还能实现100%的有效空间利用率……想要将这些场景变为现实，前提是拥有一面神奇的变色智能窗。日前，新利18彩票 先进材料研究院IAM团队黄维院士、秦天石教授课题组研发的一种全幅面变色智能窗引起广泛关注，本期《科技周刊》为您揭晓这面窗的奥秘。

夏日气温高，为了降低室内温度，很多人不得不拉上窗帘避免阳光射入。为了解放人力，同时更好地改善室内采光，近年来，可动态调节透光度、选择性吸收紫外或红外波段的智能窗成为研究热点，在建筑物、汽车、飞机等领域展现出较大的应用潜力。

“我们所研发的新型全幅面变色智能窗主要由两块导电玻璃、光伏层、变色层等几个部分构成，具有很好的透光性、节能性、自适应性等特点。”秦天石在接受《科技周刊》记者采访时表示，太阳光除了可见光之外，还有人眼不可见的紫外线和红外线，而这其中，红外线是主要的热量来源，也是导致室内温度升高的“元凶”。当太阳光照射到变色智能窗后，团队自主研发的全透明钙钛矿光伏层能够及时吸收并“拦截”紫外线，对可见光和红外光予以“放行”，并将“拦截”下来的紫外线转化为电能；随后，利用转化后的电能驱动变色材料进行变色，调节可见光和红外线的透过率，进而达到调节室内采光和温度的效果。“尽管肉眼看上去是一块透明的玻璃，但实际上当阳光照射其上，两块导电玻璃的中间夹层部分已经在不经意间发生了一系列反应变化。”

秦天石介绍，在这款新型一体化光伏变色智能窗问世之前，人们主要是通过外部电路，连接太阳能电池与电致变色窗来达到类似的室内采光和温度调节效果。“简单来说，就是将普通太阳能电池通过电线连接到电致变色玻璃上，利用太阳能电池发电来驱动玻璃变色。”然而，这种方式的弊端也显而易见。由于普通太阳能电池是不透光的，因此我们在设计时需要额外占用一些空间来放置，不能实现100%的有效空间利用率，并且不透明或半透明的光伏层可能会阻挡部分可见光透过智能窗，从而影响到室内照明。“鉴于此， 我们课题组设计的智能窗整体采用的是一体化单片叠层的结构，将透明电极层、透明光伏层和电致变色层像三明治一样的垂直堆叠，从而实现了100%的有效空间利用率。”论文第一作者博士生刘有介绍。

课题组设计了一种基于卤素离子交换的方法，将钙钛矿光伏层浸泡在特定的化学溶剂中，根据浸泡时间的长短来对化学材料中各组分的比例进行调控，从而使得这种光伏层材料实现高达76%全可见光谱的透光率。此外，这种智能窗还具有高达96显色指数（指色彩的饱和度、保真度）、>30%的动态对比范围（即变色前后透光率的差值），以及应对不同太阳辐射强度的智能自适应性。所谓“智能自适应性”，是指变色窗可根据不同的太阳光照强度对应展现出的不同深度的颜色，根据不同天气智能自适应调节室内采光。“晴天时，智能窗让室外的强光少透进来一点，这样就不刺眼；阴天时，则让光线完全透进来，满足室内照明需求。”刘有解释。

在一些特殊情况下，用户不想窗户根据太阳光进行光线调节时，应该如何做呢？“我们只需要在窗户内安装一个蓝牙芯片，用户即可以通过手机蓝牙遥控，同时根据实际需求自己决定是否开启变色调节功能。”秦天石表示，像大家所熟悉的变色眼镜主要是通过改变材料分子结构从而实现光线调节，在这其中，人无法控制变色眼镜镜片的分子结构变化，因此光致变色过程无法被关闭。而此款光伏变色智能窗却可以通过断开导电玻璃、光伏层、变色层间的电路来关闭变色功能。当此功能关闭，变色智能窗就会像普通窗户一样，哪怕室外光线再强，也不会变色。

同时，这种智能窗在红外光波段也有调节功能，能对红外线进行调控，“变色智能窗可以吸收一部分的红外光，从而减少热辐射源的透入。经模拟测温实验，这款光伏变色智能窗在太阳光直射环境下，可以使窗后温度降低超过9℃，极大降低了室内对空调降温的能耗需求，这将有助于我国实现‘碳达峰、碳中和’的目标。”秦天石说，此项成果经过长期多次反复工作循环后，智能窗的平均可见光对比度仍然可以基本维持初始值，由此证明智能窗性能的稳定。

“尽管这项科研成果目前仍在实验室阶段，但相信这种新型变色智能窗在建筑物、汽车、飞机等多领域具有广阔应用前景。”秦天石表示，目前智能窗研发的瓶颈在于成本较高，想要投入市场还需要进一步改善技术。“在此前的工作中，智能窗的主要器件——由光伏层和变色层构成的光伏变色薄膜主要依靠纯手工制作，且制作出的成品面积也有限。近期我们开始尝试利用全自动卷对卷加工设备进行工艺放大，未来我们还将不断探索其他技术改进方法。”

2021年7月6日《新华日报》：http://xh.xhby.net/pc/con/202107/06/content_943821.html