凛冬将至,你需要一款可自行加热的太阳能玻璃

新材料
凛冬将至,你需要一款可自行加热的太阳能玻璃
麻省理工科技评论 2017年11月2日

2017年11月2日

事实上,寒冷的窗户对建筑物加热系统的影响比人们想象中的更大。
新材料
事实上,寒冷的窗户对建筑物加热系统的影响比人们想象中的更大。

最近,研究人员开发了一种将普通玻璃改造为太阳能加热器的技术。通过这个技术,在寒冷的天气下玻璃的温度可以通过太阳能提高约 8℃。研究人员们希望这种技术能够降低目前的加热成本,进而达到、节能能效果。此次研究由来自哥德堡大学(University of Gothenburg)的 Alexandre Dmitriev 领衔完成,其他合作者还包括瑞典、中国、伊朗和美国的各个大学的,文章发表在最近一期的《Nano Letters》期刊上。

Dmitriev 表示,现代建筑中越来越多地使用超大玻璃作为建筑表面,将普通玻璃改造为依靠太阳能加热的“屏幕”可以显著改变居民楼和办公楼的热平衡,而且他们的技术还非常简单、便宜和有效。

这种新型表面的主要功能组件是等离子体纳米天线,纳米天线为纳米技术的应用方向之一。这些微型天线为镍-氧化铝如三明治般夹合而成,形状如同纳米椭圆片,并且能形成规则的图案排列在玻璃上。在电子振荡或表面等离子体的帮助下,这些玻璃表面的纳米天线会强烈地吸收光能进而加热整个表面。团队最新的研究显示,有纳米天线的正面比没有天线的背部衬底能够更有效地吸收阳光。这种光吸收的方向性使得它在窗户表面的应用方面前景十足,因为阳光能被窗户的外部最有效地吸收利用。另外,这种表面还有高度透明、无色、几乎完全保留阳光色谱的优点。

事实上,寒冷的窗户对建筑物加热系统的影响比人们想象中的更大。比如,当一个人坐在寒冷的窗户旁时,此人会将身体的热量通过辐射传递给窗户,窗户的作用就好比一个“散热器”。为了维持舒适的环境温度,室内温度因此需要微微增加来补偿窗户的热量损耗。而现在,这种新型的窗户表面能提高好几度窗户的温度,因此可以预见,它在节能方面拥有巨大的潜能。

此外,除了应用在普通玻璃窗户上,它可能还有其他方面的应用前景。由于这些纳米天线是高度模块化的,所以可以漆涂在任何表面上,或者为了保持其吸收光能的方向性,可以直接转移到几乎任何表面上。这些纳米天线能由各种各样的材料制成,并且可以通过改变其颜色来调节吸收不同波长。Dmitriev 表示,当有些场景既有透明度,又需要特定方向 (正面和反面效率不一样) 和热性能方面的需求时,纳米天线刚好能同时满足。当然,其在辐射冷却、太阳能热隔离和其他方面也可能有一定应用前景。另外,这些天线还可能耦合到分子系统中来存储太阳能并根据需要释放存储的热量。

在未来,他们将研究方向是如何影响温度的升高的,比如通过吸收同样存在太阳光谱中的紫外线和近红外波段等。

壹伴上传_17-9-27 11-08-25.jpg

麻省理工科技评论

From Tech to Deeptech