二氧化釩同質異構體的水熱製備: 在節能智能窗戶應用的優勢、挑戰和前景

2021-01-19 MaterialsViews

建築能耗約佔社會總能耗的30%，降低建築能耗對實現節能減排意義重大。隨著當今社會建築美觀和提高採光度的要求，玻璃門窗在建築物結構中所佔的比例很大。而玻璃門窗是建築物與外界進行熱量交換的主要渠道，門窗玻璃節能技術是降低建築能耗的關鍵。為此，科學家提出了智能窗的概念，即可對進入建築物的熱能和光具有一定調節功能的窗戶。其中電致變色和熱致變色智能窗是目前研究的熱點，相比較而言熱致變色智能窗具有結構簡單、無需耗能，可自動感知周圍環境溫度的變化而對光透過率進行動態調整等優勢。

二氧化釩(VO2)是目前研究最廣泛的無機熱致變色材料。VO2有多種同質異構體，而僅M相VO2具有近室溫的熱致變色功能，有智能窗應用價值。實現M相VO2的可控準備，合成方法的選擇尤為重要。近年來，基於水熱製備VO2的研究工作取得諸多進展：水熱是目前唯一可控合成VO2各同質異構體的製備方法；水熱合成了某些新的VO2同質異構體；實現了VO2納米粉體的公斤級製備；基於水熱納米粉體的VO2薄膜實現了柔性化；納米熱致變色模型的提出；有機-無機雜化提高熱致變色性能；智能窗功能多樣化等。為系統總結該領域的最新研究進展，新加坡南洋理工大學材料科學與工程學院龍禕小組與上海大學高彥峰教授、希伯來大學Shlomo Magdassi教授合作在small發表綜述文章。

該綜述比較了VO2同質異構體之間的差異；分析了水熱合成M相VO2過程中存在的問題；認為水熱+低溫退火是目前獲得高產量VO2納米粉體的一種溫和的製備途徑；總結了VO2智能窗有被動到主動變色模式的電學和電化學轉換策略，及其在克服相變溫度過高等方面的優勢。作者認為如何在近室溫相變溫度(Tc)和較高的可見光透過率(Tlum)下，獲得滿足實用化需求的太陽能調控(ΔTsol)仍是VO2智能窗面臨的問題，但總體來說水熱技術將在VO2智能窗實用化中發揮重要作用。

相關文章在線發表在Small（DOI: 10.1002/smll.201701147）上。

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