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動態（可變色）窗戶通過減少照明、供熱和制冷負荷，在建筑中平均節省20%的能源，并被列為建筑脫碳的關鍵需求。除了節約能源，越來越多的證據表明自然光的重要性，而帶有動態窗戶的辦公大樓為其使用者的健康、幸福和生產力提供了可觀的好處。動態窗戶的色調可調，讓用戶可以控制光和熱的流動，減少建筑的碳足跡，提高居住者的舒適度。盡管動態窗戶有諸多好處，但市場滲透率很小，目前只有0.004%的商業建筑空間采用動態窗戶，因為現有技術無法以令人滿意的成本實現快速和中性色彩。

基于可逆金屬電沉積(RME)的動態窗將克服成本、顏色、對比度和耐久性等方面的挑戰，這些都阻礙了基于電致變色氧化物和分子的傳統技術的采用。金屬是堅固耐用的材料，具有優異的光、熱和化學穩定性。此外，RME動態窗口的架構使可視和太陽輻射控制范圍比任何現有技術都更廣。以前控制金屬沉積的嘗試主要集中在控制電極表面的金屬成核，然而，金屬薄膜往往是多孔的，因此遮光效果不好。

斯坦福大學Michael T. Strand和科羅拉多大學Michael D. McGehee在Nature?Energy上發布變色玻璃的最新進展，他們實現了變色的快速響應，變色后不透光以及多次變色的穩定性。

在這里，作者演示了使用聚合物抑制劑聚乙烯醇（PVA）在動態玻璃中可逆地沉積具有可控形貌的金屬薄膜。在RME動態窗口中，人們希望生長出光滑而緊湊的能有效調制光的金屬薄膜。聚合物抑制劑通過在表面誘導均勻的電鍍速率和通過吸附機制抑制枝晶生長來促進這種形貌。在沒有抑制劑的情況下，局部電場在不均勻的情況下形成，產生樹枝狀電沉積形貌。然而，當聚合物被吸附時，空間電荷仍然是分布的，而不是局限在表面上，因此電沉積形貌均勻。由于多元醇的無色、無毒、便宜、電化學穩定，并且與可逆電沉積化學兼容等特點，是很有前途的動態窗口抑制劑。

使用效果：使用聚合物抑制劑的窗口透過率在30秒降至10%，一分鐘降至5%，可以在不到3分鐘內達到0.001%的可見光透射率，并表現出高的紅外反射率(>70%)，色中性透射率(C*< 5)和超寬的光學和太陽調制范圍(ΔT_vis= 0.76和ΔSHGC = 0.56)。聚合物抑制劑還能提高效率，提高窗戶的耐久性，作者演示了>900 cm²的動態窗戶的快速響應和長耐久性(超過1000次循環)。

圖文詳情

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圖1. 基于可逆金屬電沉積的動態窗口示意圖

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圖2. 聚合物抑制劑控制金屬沉積形貌

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圖3. 動態窗的光學效率

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圖4. 金屬基動態窗的光學性能及其與商用動態窗的比較

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圖5. >900 cm²動態窗口的均勻著色

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圖6. 經久耐用的動態窗口超過1000次變色循環

鏈接

Strand, M.T., Hernandez, T.S., Danner, M.G. et al. Polymer inhibitors enable >900?cm2 dynamic windows based on reversible metal electrodeposition with high solar modulation. Nat Energy (2021). https://doi.org/10.1038/s41560-021-00816-7

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