动态窗户是一项有价值的技术，可以帮助减少建筑物的碳足迹。动态窗户是一类具有可调色调的窗户，允许用户更好地控制通过它们的光和热的流动。
斯坦福大学和科罗拉多大学博尔德分校 (UC Boulder) 的研究人员最近创建了尺寸>900cm 2 的新动态窗户。这些窗口出现在Nature Energy上发表的一篇论文中，是使用聚合物抑制剂制造的，可在动态窗口中可逆地沉积具有受控形态的金属薄膜。
“我们在动态窗户上工作的动机是创造一种既能节省能源又能改善人们生活的产品，”Tynt Technologies 的联合创始人兼该研究的首席研究员 Michael Strand 告诉 TechXplore。“我们的主要想法是证明我们开发的核心技术可逆金属电沉积 (RME) 已准备好实现这一目标。”
在他们的论文中，Strand 和他的同事专注于扩大他们在之前研究中创建的动态窗口的大小。这最终使他们能够创建迄今为止展示的同类最大的动态窗口。
此外，研究人员概述了 RME 技术相对于过去创建的现有动态窗口解决方案的主要优势。这些优势包括中性色、出色的对比度和降低成本的潜力。
一段时间以来，工程师一直在试验使用聚合物抑制剂来增强传统电镀工艺。虽然过去的研究表明聚合物抑制剂可以促进光滑和致密的金属薄膜的生长，但迄今为止还没有人证明它们在 RME 系统中的用途。
“我们相信，如果我们能够为我们的动态窗户确定合适的聚合物，它将解决与规模、性能和耐用性相关的许多剩余挑战，”Strand 告诉 TechXplore。“我们认为这项工作的意义远远超出了我们动态窗口的众多好处。”
为了确定最有前途的动态窗材料，Strand 和他的同事筛选并评估了几种不同的聚合物。他们将这些聚合物中的每一种添加到动态窗口的电解质层中，然后测量它们的性能，重点关注着色速度、光学特性和电效率等关键指标。在最初的筛选过程中，研究人员发现聚乙烯醇 (PVA) 是最有前途的窗户材料。
“虽然我们以某种直觉开始该项目，即聚合物抑制剂会改善我们的动态窗口，但结果确实出乎我们的意料，”Strand 说。“在我们的电解质中简单地添加 PVA(不会增加复杂性或成本)几乎改善了我们动态窗口的每个性能参数(在某些情况下是数量级)。”
发现 Strand 和他的同事创建的动态窗口在几个方面优于先前提出的解决方案。除了更大(> 900 cm 2)之外，它们的窗户具有更长的预期寿命(即数千次着色循环和出色的保质期)并实现了改进的太阳能调制以节省能源(即比任何现有的光学范围更大的光学范围迄今为止的技术)。
“我们的工作表明，可逆金属电沉积可以实现人们长期以来想要的颜色、暗度和成本相结合的动态窗户，”另一位进行这项研究的研究员 Mike McGehee 告诉 TechXplore。“我以前从未见过有人在大学实验室中制造过 900 平方厘米大小的电子设备。Michael Strand 和 Tyler Hernandez 能够做到这一点的事实预示着商业化的好兆头。”
虽然动态窗户有很多好处，但到目前为止，它们很少被部署在建筑物中，主要是由于与成本、速度和效率相关的限制。Strand、McGehee 和他们的同事创造的新动态窗户最终可以帮助克服这些限制，使建筑师能够减少建筑物的碳足迹，同时提高居住者的舒适度。
这组研究人员最近的研究表明，在动态窗口的电解质层中添加聚合物或小分子几乎可以影响设备的各个方面。因此，他们的发现可以帮助开发更大的动态窗口和其他具有可调颜色和光学特性的类似技术。
“我们的动态窗口也非常类似于先进的金属阳极电池(QuantumScape 技术)，这引起了很多关注，”Strand 说。“我们在理解聚合物在控制金属电镀方面的作用方面取得的进展也可能帮助电池研究人员取得突破，以提供我们支持可持续能源革命所需的大规模存储。”
Strand、McGehee 和他们的同事现在计划继续研究 RME 技术并评估其与广泛应用的相关性，从温室的创建到卫星的开发。此外，研究人员还成立了一家名为 Tynt 的公司，目标是将他们创建的动态窗口商业化。
“Tynt 的主要任务是将这项技术带入人们的家中，以创造美丽舒适的室内空间，并带来节能的额外好处，”Strand 说。“我们相信这些窗户将创造更健康的家园和更健康的地球。”