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“智能玻璃”研究或為燃料電池研發提供新思路

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(圖源:科羅拉多州立大學官網)

 “智能玻璃”是一種節能產品,在汽車、建筑和飛機窗戶上都能找到它的身影。但是,智能玻璃通常需要幾分鐘才能達到暗沉狀態,而且長時間在明暗之間反復循環,也會降低著色質量。據外媒報道,科羅拉多州立大學(Colorado State University)的化學家們,通過更好地了解智能玻璃在納米尺度下的工作原理,提出納米級智能玻璃設計方法,或將提高智能玻璃的變色速度和耐用性。

該校研究生Colby Evans和化學系助理教授Justin Sambur等人,研究的是“電變色”智能玻璃,其工作原理是利用電壓驅動鋰離子,進出氧化鎢透明薄膜。Evans 說:“你可以把它想象成一個可透視電池。”典型的氧化鎢智能玻璃板,從透明到完成變色,需要7-12分鐘。

研究人員重點研究電致變色氧化鎢納米顆粒,它的寬度比人類的頭發小100倍。實驗顯示,單個納米粒子的著色速度,比相同粒子構成的薄膜快四倍。這是因為,薄膜中納米顆粒之間的界面會捕獲鋰離子,減緩著色行為。隨著時間的推移,材料的性能也會下降。

為了證明他們的觀點,研究人員使用亮場透射顯微鏡,觀察氧化鎢納米顆粒如何吸收和散射光。在制作“智能玻璃”樣品時,他們不斷改變樣品中納米顆粒材料的數量,隨著納米顆粒的增加,觀察它們之間的相互接觸,以及著色行為的變化。然后,他們使用掃描電子顯微鏡測取納米顆粒的高分辨率圖像,涵蓋長度、寬度和間距,從而得知有多少顆粒聚集在一起,又有多少分散開來等等。

在實驗結果基礎上,研究人員提出,如果制造以納米顆粒為基礎的材料,并使粒子保持最佳間距,避免離子被捕獲,有可能提高智能玻璃的性能。這種方法也可用于指導電池、燃料電池、電容器和傳感器的應用研究。

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