麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員發(fā)明了一種能夠制造變色窗玻璃的新方法。這種窗玻璃能夠從透明變成深色，它能夠在炎熱的天氣阻擋陽(yáng)光，從而減少空調(diào)支出、節(jié)省能源。

雖然其他讓玻璃變深色的技術(shù)也已存在，但是這種新方法的顯著優(yōu)勢(shì)在于其快速反應(yīng)能力和較少的能量需求。一旦玻璃由淺變深(或反過(guò)來(lái))，這種新系統(tǒng)就幾乎不需要能量來(lái)保持新狀態(tài)。和其他材料不同，它只在狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過(guò)程中需要消耗電力。這些結(jié)果發(fā)表于在線期刊《化學(xué)》上。

這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)使用的是電致變色材料。這篇論文的作者M(jìn)IT化學(xué)教授米爾恰·丁加(Mircea Dinca)解釋道，這種材料在施加電壓的情況下會(huì)改變顏色和透明度。它們和那些在陽(yáng)光下變成深色的太陽(yáng)眼鏡中用到的光致變色材料很不同。光致變色材料的反應(yīng)時(shí)間更長(zhǎng)，而且透明度的改變并不大。

現(xiàn)有的電致變色材料的缺陷也較類似，應(yīng)用范圍很有限。比如，波音787機(jī)型的窗玻璃采用的就是電致變色材料，它們能變深色防止強(qiáng)烈的陽(yáng)光照射到客艙內(nèi)。丁加說(shuō)，當(dāng)通電時(shí)這種窗玻璃就能變深，但是“如果你把電源打開，它需要好幾分鐘才會(huì)變深。顯然你肯定希望這個(gè)速度更快一些”。

而現(xiàn)有電致變色材料變色速度緩慢的原因是，材料內(nèi)部的變化依賴的是電子的運(yùn)動(dòng)(電流)，電流使整個(gè)窗玻璃帶負(fù)電。帶正電的離子穿越材料來(lái)恢復(fù)電平衡，正是它們產(chǎn)生了變色效應(yīng)。不過(guò)，雖然電子穿越材料的速度很快，離子的穿越速度卻慢了許多，這就限制了整體的變色速度。

MIT的團(tuán)隊(duì)克服了這個(gè)問(wèn)題，他們使用了一種類似于海綿的材料，叫做金屬有機(jī)骨架化合物，它可以以高速傳導(dǎo)電子和離子。這種材料已經(jīng)使用了20年，因?yàn)樗鼈兡軌蛟趦?nèi)部?jī)?chǔ)存氣體。不過(guò)MIT的團(tuán)隊(duì)首次利用了它們的電子和光學(xué)性質(zhì)。

丁加表示，現(xiàn)有自遮陽(yáng)材料的其他問(wèn)題在于，“很難讓材料從全透明變成全黑。”即使是787機(jī)型上的窗玻璃也只能變成深綠色，并不能變成不透明。

在之前對(duì)MOF材料進(jìn)行的研究中，丁加和學(xué)生制造出了一種能從透明變成藍(lán)色或綠色的材料。但是在最新的研究中，他們達(dá)到了長(zhǎng)久以來(lái)追尋的目標(biāo)，制造出了一種能夠從全透明變成近乎黑色(通過(guò)將兩種互補(bǔ)色，綠色和紅色混合)的涂料。新材料是用兩種化合物制造的，一種是有機(jī)材料，另一種是金屬鹽。一旦兩者被混合，它們就會(huì)自組裝成一層薄薄的，能夠變色的新材料。

Dinca表示，“正是這兩種材料的組合讓轉(zhuǎn)換時(shí)間變快，并且讓材料能夠接近黑色。大家對(duì)此感到很興奮。”

他說(shuō)，這種新窗玻璃除了能夠遮陽(yáng)以外，還具有其他巨大的潛力。他說(shuō)，在炎熱的天氣里，大幅降低有許多窗戶的建筑物對(duì)空調(diào)的需求，“它們能夠極大地節(jié)省能源。”“當(dāng)太陽(yáng)射入窗戶時(shí)，你只需按一下開關(guān)，它就會(huì)變成黑色了”，它甚至能讓整個(gè)建筑物的一邊立即變黑。

現(xiàn)在這種材料的性質(zhì)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)已經(jīng)得到了驗(yàn)證。該團(tuán)隊(duì)的下一個(gè)目標(biāo)是用它來(lái)制造一個(gè)小型設(shè)備(一個(gè)大約2.54厘米的樣本)，進(jìn)行進(jìn)一步的測(cè)試，為投資者展示其工作原理，確定該窗玻璃的制造成本。

丁加表示，需要更多的測(cè)試，才能確認(rèn)初步測(cè)試的結(jié)果——一旦打開開關(guān)，材料變色后，就不需要能量來(lái)維持新狀態(tài)。不管現(xiàn)在的狀態(tài)是透明還是不透明，在轉(zhuǎn)換狀態(tài)前，不需要再打開電源提供能量。而許多現(xiàn)有電致變色材料卻需要持續(xù)電壓才能維持狀態(tài)。

丁加表示，除了智能窗玻璃以外，這種材料還能用來(lái)制造低功耗顯示器，就像用電子墨水屏一樣(用在類似于Kindle一類的設(shè)備中，它們用的也是MIT研發(fā)的技術(shù))，只不過(guò)使用的是完全不同的方法。