Chameleon-like building material changes color to save energy

作者：ASHWINI SAKHARKAR

来源：inceptivemind

据估计，建筑消耗了近151 EJ的能源，相当于世界最终能源消耗的36%。建筑的运行消耗了全球近30%的能源，排放了全球10%的温室气体。大约一半的能源足迹归因于室内空间的加热和冷却。

(资料图片仅供参考)

为了应对日益频繁的极端天气事件和多变的天气所带来的节能挑战，美国芝加哥大学普利兹克分子工程学院（PME）的研究人员设计了一种“变色龙般的”建筑材料，这种材料可以根据外界的温度改变其红外颜色以及吸收或散发的热量。

在炎热的天气里，这种材料可以释放出高达92%的红外线热量，帮助建筑物内部降温。然而，在寒冷的冬天，它只会发出7%的红外线，以保持建筑物的温暖。

以前开发的辐射冷却材料通过增强建筑物发射红外线的能力来帮助保持建筑物的凉爽，红外线是从人和物体身上辐射出来的热量。此外，还有一些材料可以防止在寒冷气候下发射红外线。但研究人员表示，建筑需要能够适应;很少有气候需要全年供暖或全年空调。

该材料含有一层可以呈现两种构象：保留大部分红外热的固体铜或发射红外的水溶液。图片来源：Hsu Group

为了解决这个问题，领导这项研究的Po-Chun Hsu教授和他的团队设计了一种不易燃的“电致变色”建筑材料，其中包含一层可以呈现两种构象的层：固体铜，保留大部分红外热量，有助于保持建筑温暖，或者是一种能发射红外线的水溶液，可以帮助建筑物降温。该装置使用少量的电流，通过将铜沉积到薄膜中或将铜剥离来诱导两种状态之间的化学转移。

研究人员表示，该装置可以在金属和液体状态之间快速、可逆地切换，甚至在1800次循环后也能有效地在两种构象之间切换。

然后，该团队创建了他们的材料如何在15个不同的美国城市的典型建筑中降低能源成本的模型。研究人员说，在一栋普通的商业建筑中，用于引起材料电致变色的电量不到该建筑总用电量的0.2%，但可以节省该建筑每年暖通空调能耗的8.4%。

Hsu教授说：“一旦你在两种状态之间切换，就不需要再消耗更多的能量来保持这两种状态，因此，对于那些不需要频繁在状态之间切换的建筑来说，它使用的电量实际上是非常微不足道的。”

到目前为止，研究人员只创造了直径约6厘米的材料碎片。然而，许多这样的材料补丁可以像瓦片一样组装成更大的薄片，而且材料也可以进行调整，使用不同的自定义颜色，而不影响其吸收红外的能力。

他们现在正在研究制造这种材料的不同方法，并计划探索这种材料的中间状态如何运用。

Hsu教授表示：“我们基本上找到了一种低能耗的方式来对待建筑，就像对待人一样，冷的时候加一层，热的时候脱一层，这种智能材料可以让人在不消耗大量能源的情况下，保持建筑物的温度。”