El principio del termocromismo ajusta principalmente la entrada de la energía de radiación solar (longitud de onda concentrada en 190-3000 nm) y la salida de energía de cuerpo negro a través de ventanas en función de la temperatura ambiente. Los materiales termocrómicos cambiarán su transparencia, absorbancia y color cuando cambie la temperatura. El termocrómico se puede usar como una estrategia de diseño pasivo para ajustar la transmitancia de infrarrojo cercano mientras se mantiene la transmitancia de luz visible, sin la necesidad de energía externa o operación manual. Por lo tanto, las ventanas inteligentes termocrómicas se han convertido en un tema de investigación caliente en la construcción de ventanas que ahorran energía debido a su estructura simple y sus amplias perspectivas de aplicaciones.
Dióxido de vanadio (VO2)es un material de cambio de fase inducido térmicamente que ha atraído mucha atención en el campo de las ventanas inteligentes. La característica principal de VO2 es que se produce una transición de metal reversible a aislante (MIT) en T ≈ 67 ℃, que puede usarse directamente como un material de película termocrómica. La transición del metal al aislante en la película delgada VO2 se acompaña de un cambio repentino en la transmitancia del infrarrojo cercano: t> 67 ℃, en el estado del metal de rutilo tetragonal, la transmitancia infrarroja disminuye significativamente y se vuelve semi transparente; T ＜ 67 ℃, estado semiconductor monoclínico, alta transmitancia infrarroja, transparente [12-13]. Alrededor del 50% de la energía de radiación solar se concentra en la banda de infrarrojo cercano, justo dentro del rango de VO2 que regula la transmitancia solar antes y después de la transición de fase. Idealmente, en el frío invierno, las ventanas inteligentes basadas en VO2 pueden permitir que la mayor parte de la radiación solar ingrese a la habitación; En el caluroso verano, VO2 sufre una transición de fase y la luz infrarroja cercana se refleja principalmente al aire libre para evitar el aumento de la temperatura en el interior, como se muestra en la Figura 2c. Para aplicarlo a ventanas inteligentes que ahorran energía, la temperatura de transición de fase de VO2 puede reducirse a temperatura ambiente o incluso más bajo a través del dopaje, control de microestructura, compuesto, hibridación y otros métodos. Debido a que la temperatura de transición de fase del VO2 inorgánico es más cercana a la temperatura ambiente, y la transición de fase rápida y reversible con buena repetibilidad, las películas delgadas VO2 son la opción preferida para la próxima generación de recubrimientos de atenuación inteligentes.
Los procesos de preparación de las películas delgadas VO2 incluyen principalmente pulverización de magnetrón físico, sol-gel, deposición de vapor químico, deposición de láser hidrotérmico y pulsado. Los investigadores en el hogar y en el extranjero han realizado mucho trabajo y han logrado resultados fructíferos en la preparación, el mecanismo de transición de fase y la mejora de la eficiencia de atenuación de las películas delgadas VO2. Sin embargo, todavía hay cuellos de botella y desafíos en la transición del laboratorio a las aplicaciones prácticas, como la temperatura de transición de fase alta VO2, la baja eficiencia de la regulación de la luz solar, la baja transmitancia de luz visible, la estabilidad climática deficiente y el color poco atractivo (amarillo parduzco). 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, Preparación flexible a baja temperatura, regulación del color, comodidad de la piel, antibacteriano y amennicidad ambiental, etc.
Además de los materiales inteligentes VO2, en la actualidad, muchos materiales de sensación térmica nuevos, incluidos hidrogeles, líquidos iónicos, perovskita y metamateriales, también se utilizan en la investigación de ventanas inteligentes termocrómicas.
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