布法罗大学(University at Buffalo)的新材料科学研究可能会加速创造“智能”窗户,这种玻璃窗反射太阳热量是在炎热的夏天,而透进热量是在寒冷的天气。
研究结果涉及到一种独特类型的合成化合物,这种化合物可透过红外光,但只是在较低温度会这样,它们会经过一种相变(phase transition),开始反射红外线,当它们受热超过某一特定温度时就会这样。
有文章详细介绍了这些新发现,刊登在4月7日的《物理化学快报杂志》(Journal of Physical Chemistry Letters)封面。另有论文发表在网上,或发表在《晶体工作通讯》(CrystEngComm),以及《材料化学和物理评论杂志B》(Journal of Materials Chemistry and Physical Review B)上。
在论文中,布法罗大学的研究人员报告说,他们已成功操纵了触发温度,使用的钒氧化物(vanadium oxide),就是一种这样的材料。这一进展是至关重要的一步,可以使这种化合物用于各个领域,如作为涂层,用于节能窗。
制备的钒氧化物是作为纳米材料,而不是采用大尺寸,这样,科学家就成功地降低了这种化合物的触发点,从153华氏度(67.22℃)降低到90华氏度(32.22℃)。掺杂钒氧化纳米线与钨(tungsten),可以使温度进一步下降,低至7℃。钼(Molybdenum)的掺杂有类似效果,但影响较小。
研究人员还发现,他们诱导相变,也可采用电流,不用热。
布法罗大学的化学家萨巴吉特•班纳吉(Sarbajit Banerjee)领导这项研究,合作者萨姆般达姆西•干那帕西(Sambandamurthy Ganapathy)是物理学助理教授,他们负责《物理评论B》的研究,就是研究使用电流。
“当然,我们更接近了,超过了以往,可以把这些材料集成到窗玻璃涂层和其他系统,以感应红外光,”班纳吉说,他是一位助理教授。“我们发现的是一个例证,说明多大的差别会由有限的尺寸造成。你有一种材料,就像钒氧化物,它的相变温度过高,难以使用,你把它制成一种纳米材料,然后就可以使用了。“
班纳吉和干那帕西以前领导的研究项目表明,在纳米级的形态,另外两种合成化合物,就是 铜钒化物(copper vanadate)和钒钾化物(potassium vanadate),表现出的相变类似钒氧化物。
班纳吉的工作已引起了国家可再生能源实验室的关注,这所实验室已经联系他,讨论开发窗户涂层,提高建筑物的能源效率,用于加热或空调系统。这项技术尤其可以使用在一些地方,像凤凰城(Phoenix)和拉斯维加斯(Las Vegas)就经历着极端的夏季气温。
除了智能窗,钒氧化物也可以用于其他一些产品,包括电脑芯片,夜视仪器和导弹制导系统,班纳吉说。
两大奖项资助了班纳吉的材料研究:一个是科特雷尔学者奖(Cottrell Scholar Award),颁发者是科技进步研究公司(Research Corporation for Science Advancement),是今年宣布的,另一个是美国国家科学基金会成就奖(National Science Foundation CAREER award),这是该基金会最负盛名的奖项,是颁发给初级研究人员的。
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