德克萨斯州奥斯汀 — 智能窗户是一项令人兴奋的技术，能够根据需要阻挡或让更多光线进入，从而通过提高效率来降低大型建筑物的能源成本。这项技术已经进入市场，但广泛采用仍然受到成本和其他因素的限制。

德克萨斯大学奥斯汀分校研究人员的一项研究旨在通过一种新型的电致变色器件和材料来解决这些问题。该设备使用常见的、低成本的、可持续的构建块，如直链淀粉，一种存在于玉米、土豆和豆类中的天然聚合物。

“迫切需要开发具有优异性能的新型可持续电致变色材料和器件，用于智能窗户，”科克雷尔工程学院沃克机械工程系和德克萨斯材料研究所教授Guihua Yu说。“我们从玉米、马铃薯和其他常见来源中提取的生物质材料能够实现出色的光学性能、可负担性、可持续性和易于制备的电致变色材料和器件。这可能为智能窗户的广泛使用铺平道路。

该研究发表在《美国国家科学院院刊》上。

电致变色是改变颜色的能力。在智能窗户的情况下，颜色变化允许根据加热和冷却需求过滤光线。通过施加低电压，研究人员展示了将设备透射的光量减少或增加85%以上的能力，并调制其紫外线，可见光和近红外光谱的传输。

在实验中，该技术可以连续六周以上的紫外线照射，1,200次使用周期和4,000次光渗透性之间的切换。简单、可用的材料，包括缺乏金属离子或有机溶剂，再加上可重复使用的透明电极，在发现中发挥了重要作用。通过电调节碘和直链淀粉之间的动态主客体相互作用，研究人员实现了新型电致变色系统。

到 2030 年，包括智能窗户和显示器在内的智能玻璃市场预计将达到 127 亿美元。然而，这种增长受到成本的阻碍，智能窗户的成本是标准节能窗户的 10 倍。

根据美国能源部的数据，建筑物占美国能源消耗的 39%，其中 35% 来自供暖、通风和空调。

“对更可持续和节能的建筑解决方案的需求为智能窗户创造了一个强大且不断增长的市场，”主要作者、在Yu实验室工作的博士后研究员Yuyang Wang说。“通过巧妙的设计，将众所周知的教科书知识转化为有价值的潜在产品，这令人兴奋。”

该项目得到了韦尔奇基金会的诺曼·哈克曼化学研究奖、韦尔奇基金会奖和卡米尔·德雷福斯教师学者奖的支持。该项目的其他研究人员包括来自材料科学与工程项目和沃克机械工程系的Chuxin Lei，Weixin Guan和温 Shi以及中国吉林大学的Ruipeng Shen和Sean Xiao-An Zhang。