科学家开发新水凝胶玻璃阻挡太阳热量的同时允许可见光通过
今年夏天,世界上很多地方都是闷热的,很多人都在考虑用更好的方法来冷却建筑物。中国的研究人员现在用水凝胶玻璃来装饰窗户,这种材料可以有选择地阻挡来自太阳的热量而不阻挡其光线。
普通的玻璃被设计成允许可见光通过并照亮房间,但它与红外光的相互作用--作为热的感觉--就不那么理想了。玻璃让阳光中的近红外辐射通过,同时阻止中红外光从房间中逸出,从而使建筑物升温。在夏天,这种闷热会促使人们更频繁地打开空调,从而导致更多的能源消耗。
为了尝试解决这个问题,武汉大学的科学家们现在已经试验了新的窗户材料,这些材料与光的互动方式不同。研究人员在玻璃上设计了一个只有几毫米厚的水凝胶涂层,以反射更多来自外部的近红外光,并允许更多的中红外光从内部流出,同时对可见光保持同样的透明。
这个想法是可见光的光子可以穿透超过1米进入水中,而光谱中近红外部分的光子只能使其达到几毫米。由于水凝胶主要是水,这使其成为一种有用的选择性屏障。
在测试中,研究小组发现水凝胶玻璃直接向太空发射多达96%的红外光,因为这些波长没有被大气阻挡。这将有助于保持建筑物内部的温度,其方式与其他辐射冷却系统相似。与此同时,普通玻璃对太阳辐射能的透射比约为84%。
重要的是,水凝胶玻璃看起来并不比普通玻璃暗淡--事实上,它实际上能让更多的光线通过。根据水凝胶层的厚度,它允许高达92.8%的可见光进入房间,而普通玻璃为92.3%。
研究小组在尺寸为20 x 20 x 20厘米的模型房屋上测试了水凝胶玻璃的性能,这些房屋有厚厚的隔热墙和一个大窗户。传感器显示,水凝胶玻璃窗将室内温度降低了3.5℃。
研究小组表示,这种材料可以帮助减少制冷的能源消耗,这将有利于环境和减少成本。水凝胶也很常见,而且价格低廉,所以推广起来应该相对简单,这可能使它们比其他更复杂的智能窗更有优势。
这项研究发表在《光电子学前沿》杂志上。
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