Thermochromic Smart Windows with Ultra-High Solar Modulation and Ultra-Fast Responsive Speed Based on Solid–Liquid Switchable Hydrogels

材料科学 自愈水凝胶 热致变色 智能材料 玻璃 透射率 纳米技术 光电子学 复合材料 化学 高分子化学 有机化学
作者
Guangjun Zhu,Gang Xu,Yu Zhang,Lu Guo,Xuan Cai,Wei Zhang,Wei She,Changwen Miao
出处
期刊:Research [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:7: 0462-0462 被引量:20
标识
DOI:10.34133/research.0462
摘要

Thermo-responsive hydrogels can dynamically modulate incident light, providing a broad prospect for development of smart windows, which are of pivotal importance for energy conservation in buildings. However, these hydrogels normally exhibit slow response speed and tend to contract over extended phase transition, compromising structural integrity of smart windows. In this study, a solid–liquid switchable thermochromic hydrogel, denoted as SL-PNIPAm, was synthesized by cross-linking PNIPAm with AMEO through dynamic imine bonds. Due to its distinctive solid–liquid transformation characteristics, SL-PNIPAm demonstrates rapid response time (within 5 s) and retains structural integrity without undergoing shrinkage during heating/cooling and freezing/thawing cycles. SL-PNIPAm can also be encapsulated within 2 glass panels to prepare smart windows, which showed extraordinary luminous transmittance ( T lum = 96.8%) and solar modulation ability (Δ T solar = 89.7%) and effectively reduced the indoor temperature (22 °C) in a simulated indoor experiment. Energy consumption simulation investigations are performed in diverse cities. The results reveal that SLW is capable of achieving a remarkable 54% reduction of HVAC energy consumption, leading to substantial decrease in CO 2 emissions by up to 40 kg m −2 annually. This work develops a new hydrogel system with outstanding durability for smart windows and will promote the development and renovation of thermochromic smart windows.
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