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《Chemical Communications》刊发我校材料科学与技术学院胡晓玉教授团队研究成果

发布时间:2019-09-26浏览次数:216作者:材料学院科研办来源:材料科学与技术学院供图:材料学院科研办责任编辑:侯新闻审核:孙占久

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随着全球经济的快速发展,城市化和工业化的发展不断推进,能源危机与全球气候变暖等问题日益加剧。因此,能源的合理使用、节能环保产品的开发在科学界受到广泛的关注。智能窗不仅能够动态调节太阳辐射能透过率,而且能在节约能源消耗的同时,给人们提供舒适的室内环境。在智能窗的制备过程中,功能材料起着至关重要的作用。传统的智能窗材料往往局限于单功能化,即仅能用于调节太阳辐射能的输入或实现色调的调控,难以实现双重或多功能性以满足人们对节能化、智能化和多功能化的综合需求。因此,开发多功能节能智能窗以满足节能采光系统对光线及室内外环境变化等多因素的响应需求是亟待解决的重要问题。

基于前期提出的将两种功能差异性基团的性能进行正交组装的研究策略,实现了不同有机功能基团所特有的优良性能的正交组装,成功构筑不仅可以有效调控太阳光辐射能的输入,而且可以根据室内环境需求进行冷/暖色调切换的超分子智能窗材料的研究基础上(Nature Communications, 2018, 9, 1737)。为了深入研究、开发出能够提供舒适环境的多功能化智能窗,近日,胡晓玉课题组受邀在英国皇家学会期刊“Chemical Communications”上撰写了关于“超分子组装构筑智能窗材料”的综述文章(Chemical Communications, 2019, 55, 4137)。进一步从节能和舒适的角度,研究、总结了近年来基于超分子作用的智能窗材料。详细归纳了基于金属-配位、氢键、疏水作用、主-客体作用以及离子作用的智能窗材料在太阳调制能力、颜色转换效果等方面的机理与性质,并阐述了这些智能窗材料在上述性能调控方面的优势与劣势。

为进一步开发高效节能、提供舒适室内环境的智能窗,他们提出了以下举措来克服目前所面临的挑战:

(一)需要进一步探索基于一种或多种非共价键作用的超分子功能材料,用于智能窗。其中的超分子策略需要提供能够在可见区和红外区光学性质上的快速可逆变换。为得到有效的近红外屏蔽效应,需要进一步研究超分子策略与近红外屏蔽材料如无机纳米粒子和液晶材料的高效结合。

(二)由于不同的色调对人的情绪有很大的影响,可以基于金属-配位络合或基于紫精的离子作用来设计得到色调可调的超分子材料,从而满足智能窗在情绪和心理学方面的综合需求。然而,目前的这些材料大多数缺乏太阳光调制能力,且仅仅表现出从有色到无色的变换性质。因此,综合色调转换和太阳光调制能力的智能窗材料仍需投入更大的研究力度。

(三)目前,用于人为可控的主动开关通常是通过基于金属-配位络合或者离子作用的电化学装置来实现;以节能为目的的被动开关通常由氢键和疏水作用形成的温度、光-刺激触发来实现。如何将这两种开关有效的结合在一起得到更优的智能窗材料仍需进一步探索。

(四)材料性能与设备工程如耐久度、可重复性以及经济成本在超分子智能窗的实际应用中均需考虑。而非共价键作用本身的动态、可逆性质恰恰有利于实现高重复性和耐久度。对于成本问题,廉价的辅料如聚异丙基丙烯酰胺、羟丙基纤维素、以及环糊精等都可用于制备智能窗。此外,基于超分子策略的多功能智能窗在自清洁、自供电和除湿等方面的应用也需进一步研究。

该综述对于理想智能窗的开发具有重要的理论和实际意义。相关研究成果以“Supramolecular strategy for smart windows”为题发表在Nature index期刊Chemical Communications(《化学—通讯》)上(影响因子6.29)。

该项工作的第一作者为金沙手机娱乐网址的博士生王赛,通讯作者为材料学院胡晓玉教授。该项研究得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和德国洪堡基金的资助。