Il principio del termocromismo regola principalmente l'ingresso della radiazione solare (lunghezza d'onda concentrata in 190-3000 nm) e la produzione di energia del corpo nero attraverso finestre in base alla temperatura ambiente. I materiali termocromici cambieranno la loro trasparenza, assorbimento e colore quando la temperatura cambia. Il termocromico può essere utilizzato come strategia di progettazione passiva per regolare la trasmittanza del vicino infrarosso mantenendo la trasmittanza della luce visibile, senza la necessità di energia esterna o funzionamento manuale. Pertanto, le finestre intelligenti termocromiche sono diventate un argomento di ricerca a caldo nella costruzione di finestre a risparmio energetico grazie alla loro struttura semplice e alle ampie prospettive di applicazioni.
Biossido di vanadio (VO2)è un materiale di cambio di fase indotto termicamente che ha attirato molta attenzione nel campo delle finestre intelligenti. La caratteristica principale di VO2 è che un metallo reversibile alla transizione isolante (MIT) si verifica a T ≈ 67 ℃, che può essere usato direttamente come materiale di pellicola termocromica. La transizione dal metallo all'isolante nel film sottile VO2 è accompagnata da un improvviso cambiamento nella trasmittanza del vicino infrarosso: T> 67 ℃, nello stato del metallo rutile tetragonale, la trasmittanza a infrarossi diminuisce significativamente e diventa semi trasparente; T ＜ 67 ℃, stato a semiconduttore monoclinico, trasmissione ad alta infrarossi, trasparente [12-13]. Circa il 50% dell'energia di radiazione solare è concentrata nella banda del vicino infrarosso, proprio all'interno dell'intervallo di VO2 che regola la trasmittanza solare prima e dopo la transizione di fase. Idealmente, nel freddo inverno, le finestre intelligenti a base di VO2 possono consentire alla maggior parte delle radiazioni solari di entrare nella stanza; Nell'estate calda, VO2 subisce una transizione di fase e la luce del vicino infrarosso si riflette principalmente all'aperto per prevenire l'aumento della temperatura interna, come mostrato nella Figura 2C. Al fine di applicarlo alle finestre intelligenti di risparmio energetico, la temperatura di transizione di fase di VO2 può essere ridotta a temperatura ambiente o addirittura inferiore attraverso il doping, il controllo della microstruttura, il composito, l'ibridazione e altri metodi. A causa della temperatura di transizione di fase del VO2 inorganico più vicino alla temperatura ambiente e della transizione di fase rapida e reversibile con una buona ripetibilità, i film sottili VO2 sono la scelta preferita per la prossima generazione di rivestimenti di dimme.
I processi di preparazione dei film sottili VO2 includono principalmente sputtering di magnetron fisico, sol-gel, deposizione di vapore chimico, deposizione laser idrotermale e pulsata. I ricercatori in patria e all'estero hanno svolto molto lavoro e hanno ottenuto fruttuosi risultati nella preparazione, nel meccanismo di transizione di fase e nel miglioramento dell'efficienza di dimmeraggio dei film sottili VO2. Tuttavia, ci sono ancora colli di bottiglia e sfide nella transizione da applicazioni di laboratorio a quelle pratiche, come un'alta temperatura di transizione di fase VO2, bassa efficienza della regolazione della luce solare, trasmissione a bassa luce visibile, scarsa stabilità meteorologica e colore poco attraente (giallo marrone). The research on VO modification includes element doping, multi-layer film structure design, microstructure design, etc. The Jin Pingshi research group at the Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, a representative research institution in China, has done a lot of systematic work in this area: doping of VO2 based smart windows, microstructure design and regulation, multi-layer composite, multifunctionality, working performance, Preparazione flessibile a bassa temperatura, regolazione del colore, comfort della pelle, cordialità antibatterica e ambientale, ecc.
Oltre ai materiali intelligenti VO2, al momento, molti nuovi materiali reattivi termici, tra cui idrogel, liquidi ionici, perovskite e metamateriali, sono anche utilizzati nella ricerca di finestre intelligenti termocromiche.
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