打开一扇能调节红外光的智能窗

荷兰埃因霍芬理工大学的Michael G. Debije教授和Albertus P. H. J. Schenning教授在Adv. Energy Mater. 杂志上发表综述，为我们从红外线调节的角度介绍了窗户的科学设计理念。

Mon Sep 11 10:23:18 CST 2017 X一MOL资讯

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墙，使我们隔离

窗子，使我们联系

我们需要更大的窗子

却不想从墙中走出

——顾城《墙和窗》

窗户，从诞生之日起，就肩负了采光的任务。随后，通风、保温、室内空间私密度等也成为窗户的功用。最早，人们通过在墙壁上开洞来实现采光和通风。

图片来自网络

西方很早就开始使用玻璃窗，玻璃镶嵌窗也是中世纪欧洲建筑的标志性特征。不过，由于当时技术水平的限制，人们只能制造小块的含有杂质的玻璃，因此当时的玻璃有着各种各样的色彩。另一方面，受到地中海沿岸的镶嵌艺术的启发，于是诞生了哥特式特有的玻璃镶嵌窗艺术。

巴黎圣母院的玻璃镶嵌窗。图片来自网络

中国到了清朝才开始使用玻璃窗，漫长的历史中，中国更多的采用纸窗，一定程度上可以保温，不完全阻隔光线可以兼顾透光性和私密性。不过，主人白天需要打开窗户采光通风，这也就阴差阳错地使得潘金莲和西门大官人相遇，二人眉目传情，这扇窗功不可没呀……（咳咳，跑题了O(∩_∩)O~）

图片来源：电视剧《水浒传》

可以说，随着材料的发展，我们对于窗户的理解一直也在发生着改变。时至今日，窗户的设计不但要兼顾采光、隔音、保温等等，还是家居中一道亮丽的风景线。

近日，荷兰埃因霍芬理工大学的Michael G. Debije教授和Albertus P. H. J. Schenning教授在Adv. Energy Mater. 杂志上发表综述，为我们从红外线调节的角度介绍了窗户的科学设计理念。

智能窗户示意图。图片来源：Adv. Energy Mater.

近红外光（波长在700 nm到2500 nm之间的光）约占太阳到达地球总能量的50%，通过建筑材料表面吸收阳光和透过窗户的光照，是房间、汽车内部、温室等空间内部过热的主要原因。相信大家都有过在夏日进入暴晒的汽车后热浪翻滚的感受。人们对于人工制冷和制热系统的使用将对环境造成进一步影响，而制冷系统所消耗的能源将在2070年超过制热系统，并预计在2100年增加40倍。因此，控制窗户来调节太阳的热辐射，不但有利于照明，而且在建筑物冷热循环系统中也有着重要的作用。

美国建筑能源使用分布（a）及太阳光谱（b）。图片来源：Adv. Energy Mater.

文章将红外调节窗分成两大类，分别是静态调节和动态调节。

静态调节

静态调节窗户不会随外界刺激而变化，对红外线的控制是窗户的永久特性。主要设计方法包括吸收和反射两种。最简单的方法是直接吸收红外光，而更具挑战性的设计是——太阳能聚光器。可以将染料分子嵌入到玻璃中，吸收红外线后发射波长更长的“光”，这些光因为全反射被困在玻璃中，直到传播至玻璃边缘，被光伏电池收集和使用。