神奇！类似变色龙的建筑材料，能随温度调节红外热量？
该材料包含一层可以呈现两种构象的层：保留大部分红外热量的实心铜，有助于保持建筑物温暖;或发射红外线的水溶液，可以帮助冷却建筑物。
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类似变色龙的建筑材料，可以根据外部温度改变其红外颜色以及吸收或散发的热量。在炎热的日子里，这种材料可以发出高达92%的红外热量，有助于冷却建筑物内部。然而，在寒冷的日子里，这种材料只排放7%的红外线，有助于保持建筑物的温暖。
“我们基本上已经找到了一种低能耗的方式来对待建筑物，就像对待一个人一样;当你冷的时候，你加一层，当你热的时候，你去掉一层，“领导发表在《自然可持续性》上的研究的助理教授徐宝俊说。“这种智能材料让我们可以在没有大量能量的情况下保持建筑物的温度。
受气候变化驱动
据估计，建筑物占全球能源消耗的30%，排放占全球温室气体总量的10%。大约一半的能源足迹归因于室内空间的加热和冷却。
“长期以来，我们大多数人都认为室内温度控制是理所当然的，而不考虑它需要多少能量，”Hsu说。“如果我们想要一个负碳的未来，我认为我们必须考虑以更节能的方式控制建筑温度的各种方法。
研究人员之前已经开发出辐射冷却材料，通过提高建筑物发射红外线的能力来帮助保持建筑物凉爽，红外线是从人和物体辐射的无形热量。还存在防止在寒冷气候中发射红外线的材料。
“一个简单的思考方法是，如果你有一座面向太阳的全黑建筑，它会比其他建筑更容易升温，”PME研究生Chenxi Sui说，他是新手稿的第一作者。
这种被动加热在冬天可能是一件好事，但在夏天不是。
Hsu Group创建了他们的材料如何降低美国15个不同城市典型建筑的能源成本的模型，发现平均而言，这种材料将消耗不到建筑物总电力的0.2%，但可以节省8.4%的建筑年度HVAC能源消耗。
随着全球变暖导致越来越频繁的极端天气事件和多变的天气，建筑物需要能够适应;很少有气候需要全年供暖或全年空调。
从金属到液体再返回
Hsu及其同事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：保留大部分红外热量的固体铜或发射红外线的水溶液。在任何选择的触发温度下，该器件都可以使用少量的电力，通过将铜沉积到薄膜中或剥离铜来诱导状态之间的化学转移。
在這篇新論文中，研究人員詳細介紹了該設備如何在金屬和液態之間快速和可逆地轉換。他们表明，即使在1，800次循环后，在两种构象之间切换的能力仍然有效。
然后，该团队创建了模型，说明他们的材料如何降低美国15个不同城市的典型建筑的能源成本。他们报告说，在普通的商业建筑中，用于诱导材料电致变色变化的电力将不到建筑物总用电量的0.2%，但可以节省建筑物每年暖通空调能耗的8.4%。
“一旦你在州之间切换，你就不需要再施加任何能量来保持任何状态，”许说。“因此，对于不需要经常在这些状态之间切换的建筑物，它实际上消耗的电量可以忽略不计。
扩大规模
到目前为止，Hsu的团队只创造了大约六厘米宽的材料碎片。然而，他们认为许多这样的材料补丁可以像带状疱疹一样组装成更大的片材。他们说，这种材料也可以调整为使用不同的定制颜色 - 水相是透明的，几乎任何颜色都可以放在它后面，而不会影响其吸收红外线的能力。
研究人员现在正在研究制造这种材料的不同方法。他们还计划探索材料的中间状态如何有用。
“我们证明了辐射控制可以在控制不同季节的各种建筑温度方面发挥作用，”Hsu说。“我们将继续与工程师和建筑行业合作，研究如何为更可持续的未来做出贡献。
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