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《Chemical Communications》刊發足球推薦網:材料科學與技術學院胡曉玉教授團隊研究成果

發布時間:2019-09-26瀏覽次數:216作者:材料學院科研辦來源:材料科學與技術學院供圖:材料學院科研辦責任編輯:侯新聞審核:孫占久

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隨著全球經濟的快速發展,城市化和工業化的發展不斷推進,能源危機與全球氣候變暖等問題日益加劇。因此,能源的合理使用、節能環保產品的開發在科學界受到廣泛的關注。智能窗不僅能夠動態調節太陽輻射能透過率,而且能在節約能源消耗的同時,給人們提供舒適的室內環境。在智能窗的制備過程中,功能材料起著至關重要的作用。傳統的智能窗材料往往局限于單功能化,即僅能用于調節太陽輻射能的輸入或實現色調的調控,難以實現雙重或多功能性以滿足人們對節能化、智能化和多功能化的綜合需求。因此,開發多功能節能智能窗以滿足節能采光系統對光線及室內外環境變化等多因素的響應需求是亟待解決的重要問題。

基于前期提出的將兩種功能差異性基團的性能進行正交組裝的研究策略,實現了不同有機功能基團所特有的優良性能的正交組裝,成功構筑不僅可以有效調控太陽光輻射能的輸入,而且可以根據室內環境需求進行冷/暖色調切換的超分子智能窗材料的研究基礎上(Nature Communications, 2018, 9, 1737)。為了深入研究、開發出能夠提供舒適環境的多功能化智能窗,近日,胡曉玉課題組受邀在英國皇家學會期刊“Chemical Communications”上撰寫了足球推薦網:“超分子組裝構筑智能窗材料”的綜述文章(Chemical Communications, 2019, 55, 4137)。進一步從節能和舒適的角度,研究、總結了近年來基于超分子作用的智能窗材料。詳細歸納了基于金屬-配位、氫鍵、疏水作用、主-客體作用以及離子作用的智能窗材料在太陽調制能力、顏色轉換效果等方面的機理與性質,并闡述了這些智能窗材料在上述性能調控方面的優勢與劣勢。

為進一步開發高效節能、提供舒適室內環境的智能窗,他們提出了以下舉措來克服目前所面臨的挑戰:

(一)需要進一步探索基于一種或多種非共價鍵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夠在可見區和紅外區光學性質上的快速可逆變換。為得到有效的近紅外屏蔽效應,需要進一步研究超分子策略與近紅外屏蔽材料如無機納米粒子和液晶材料的高效結合。

(二)由于不同的色調對人的情緒有很大的影響,可以基于金屬-配位絡合或基于紫精的離子作用來設計得到色調可調的超分子材料,從而滿足智能窗在情緒和心理學方面的綜合需求。然而,目前的這些材料大多數缺乏太陽光調制能力,且僅僅表現出從有色到無色的變換性質。因此,綜合色調轉換和太陽光調制能力的智能窗材料仍需投入更大的研究力度。

(三)目前,用于人為可控的主動開關通常是通過基于金屬-配位絡合或者離子作用的電化學裝置來實現;以節能為目的的被動開關通常由氫鍵和疏水作用形成的溫度、光-刺激觸發來實現。如何將這兩種開關有效的結合在一起得到更優的智能窗材料仍需進一步探索。

(四)材料性能與設備工程如耐久度、可重復性以及經濟成本在超分子智能窗的實際應用中均需考慮。而非共價鍵作用本身的動態、可逆性質恰恰有利于實現高重復性和耐久度。對于成本問題,廉價的輔料如聚異丙基丙烯酰胺、羥丙基纖維素、以及環糊精等都可用于制備智能窗。此外,基于超分子策略的多功能智能窗在自清潔、自供電和除濕等方面的應用也需進一步研究。

該綜述對于理想智能窗的開發具有重要的理論和實際意義。相關研究成果以“Supramolecular strategy for smart windows”為題發表在Nature index期刊Chemical Communications(《化學—通訊》)上(影響因子6.29)。

該項工作的第一作者為南京航空航天大學的博士生王賽,通訊作者為材料學院胡曉玉教授。該項研究得到了國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金和德國洪堡基金的資助。


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