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二氧化钒(VO2)是一种很有前途的智能窗户材料。当房间寒冷时，窗户变得透明，可见光和红外光可以照射进来给房间加热。当室内温度上升到一定程度时，窗户会自动反射红外光来阻挡热量。这就是智能隔热窗的基本原理。
早在20世纪80年代末，美国科学家C.M. Ampert和瑞典科学家C.G. Ranqvist等人就提出了一种基于电致变色膜的新型节能窗，即智能窗，成为电致变色研究的又一里程碑。
给窗户加氢困难重重
对于智能窗户来说，“智能”无疑是最关键的要素之一，如何更准确地感知温度的变化，通过光能调节二氧化钒，是科学家们高度关注的问题。经过反复尝试，科学家发现在二氧化钒中加入氢原子可以驱动它在绝缘体和导体中的状态变化，带来光线的变化，从而起到智能控制室内温度的作用。
然而，这种方法的实际制备成本非常昂贵。因为氢原子的加入需要贵金属如铂或金在高温下催化，然后注入高能量。另外，理论上二氧化钒的状态转化只能调节红外光透射率小于15%，可见光透射率小于60%，不能完全满足实际需要。
基于二氧化钒相变膜的温控智能窗的概念已经提出了几十年，但实用的智能窗产品仍难以推出，主要原因有:一是太阳光谱中红外光的调制功率不够强(一般<15%)，使得智能窗的调节效果不能满足实际要求。
其次，可见光波段的透光率不够高(一般小于60%)，不能满足正常的室内照明要求。另外，二氧化钒相变膜的可见光透射率和红外光调制能力相互制约，难以相互兼顾。
最后，其相对较高的相变温度(~68°C)极大地限制了其实际应用。鉴于上述问题,传统的解决方案通常是减少二氧化钒掺杂和谷物nanocrystallization相变温度,并改变二氧化钒的光学性质的表面纹理或多层膜,但这些都是难以从根本上解决上述问题。
中国学者打破僵局
由中国科学技术大学邹崇文和姜军副教授领导的团队巧妙地解决了这个问题。利用已开发的质子-电子共掺杂策略，酸的“腐蚀”效应被巧妙地转化为向二氧化钒中添加氢原子的驱动力，从而产生了一种非常廉价的智能窗口材料，打破了传统二氧化钒材料光传输规律的理论限制。
研究人员开发了一种“质子-电子共掺杂”策略，利用廉价酸溶液中的质子，以低成本和低能耗将腐蚀转化为氢化。
记者了解到，质子是带正电荷的氢原子，是氢原子的廉价来源，而问题是正电荷会破坏二氧化钒材料的结构，造成腐蚀后果。
根据他们的理论预测，他们发现通过首先向二氧化钒中注入电子，带正电荷的质子不会腐蚀已经积累了负电荷的材料，而是会被正电荷和负电荷的吸引力驱动进入材料，把它变成了一层耐腐蚀的氢“盔甲”。此外，理论研究还发现，不同浓度的氢原子进入会改变材料的电子结构，从绝缘体变成导体，甚至是新的绝缘体。
最后，他们成功地开发了一种二氧化钒材料，该材料可以在室温下应用固体电解质，以极低的正负偏置可逆地调节氢化反应的浓度。其对太阳光谱中的红外光的调制能力达到26.5%，并实现可见光透过率高达70%。
这一结果超越了以往二氧化钒热致变色和电致变色智能窗的实验结果，甚至突破了传统二氧化钒温控智能窗红外控制能力的理论极限，大大提高了基于二氧化钒的“智能视窗”的应用可能性。已申请相关技术的发明专利。
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