草根影響力新視野 夜未央編譯

窗戶變得越來越智慧型，從防止熱或冷空氣洩漏到家外的節能窗格，到無需遮光罩就能使光線變暗的自著色窗戶。未來，智慧型窗戶可能會更進一步，真正從太陽中獲取能量，在冬天為你的房子供暖，並在夏天反射它，讓你的家保持涼爽，而不會真正改變陽光的透光程度。

匹茲堡大學工程系助理教授Nathan Youngblood致力於可重構或相變光子學，採用透鏡或反射鏡等光學元件並使其在兩種狀態之間切換。在與一家名為Bodle的新創公司合作開發變色技術顯示器時，他和他的核心研究人員認為，如果你可以在一塊玻璃之類的東西上使用一層薄薄的塗層，讓它在兩種不同的顏色之間切換，你是否也可以在紅外線的兩種不同狀態之間切換？肉眼看不到紅外線，但我們可以感覺它是熱能。如果你可以改變一個表面反射或吸收紅外線的程度，它可能會影響那個空間的溫度。

傳統上，窗戶在調節室內空間溫度方面非常糟糕。冬天冷空氣滲入，夏天暖空氣滲入，迫使您調整暖氣或冷氣。在建築物的能源使用方面，大約35%用於升溫、降溫和通風。智慧型窗戶技術的許多進步通過調節光總量（因此也包括熱量）來調節溫度，方法是使窗格在不透明和透明之間變化。一些智慧型窗戶將光線調暗多達90%，這意味著您必須在內部使用更多的燈，使用更多的能源。如果您的窗戶全天打開和關閉，這可能會造成干擾，具體取決於陽光照射到它的程度。

「我們的目標是製作一些美觀的東西，因為它不會打擾裡面的人，所以他們不知道那是智慧型窗戶，但它仍然能夠根據季節收集能量並反射或加熱房屋，」Youngblood說。  「除了控制窗戶的光學特性之外，還可以控制熱特性是一個尚未真正探索過的領域。」

Youngblood是第一個作者發表在ACS Photonics雜誌上的一篇論文證明了這種材料的概念。傳統的窗戶是兩塊窗格，在它們之間泵入氬氣之類的氣體以起到絕緣的作用。 研究人員在玻璃內部創造了一種帶有額外光學塗層的材料，它可以反射或吸收來自太陽的紅外線並將其作為熱能帶入，而不會改變可見光的透光量。

挑戰在於能夠控制塗層，隨著季節的變化將其從吸收模式切換到反射模式，這需要通過電來完成。在用於Youngblood研究的小型原型上，切換塗層特性的能力是有效的，但在大窗口的跨度上更難做到。

這只是這類工作的開始，但它可能會產生巨大的影響。「我們能夠說明的一項關鍵創新是，我們可以使用在吸收和反射之間切換的材料選擇性地從紅外線中獲取能量，」Youngblood說，「這為許多尚未被探索的不同材料開闢了領域。」當研究人員模擬潛在的節能效果時，他們估計與典型的雙層窗戶相比，使用這種窗戶（包括控制它們所需的能源）每年可以節省20%到34%的能源使用量。

資料來源： https://www.fastcompany.com