? ? ? ??用玻璃發(fā)電
?

　　2019年年底，美國加利福尼亞州紅杉市的Ubiquitous Energy公司的員工聚集在完全由玻璃窗組成的會議室里，他們面前的新型玻璃窗不僅能呈現(xiàn)加利福尼亞州北部壯觀的山景和美麗的天空，還能兼作光伏電池，為公司的照明、電腦和空調(diào)等供能。
?

　　經(jīng)過多年的研發(fā)，Ubiquitous Energy實現(xiàn)了一項清潔行業(yè)的技術(shù)突破——發(fā)電玻璃，其中的奧秘在于玻璃薄板之間的多種有機聚合物層，其中一些聚合物層能完全透光，而另外一些能吸收不可見的紅外線和紫外線光子。光線透過玻璃時，聚合物層之間的電子流形成電流，被玻璃中的細導(dǎo)線收集。



?

　? ? 玻璃發(fā)電的原理
?

　　Ubiquitous Energy業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)Veeral Hardev說，“這有點像反向運行的透明電腦顯示器?！睋Q句話說，顯示器用電點亮屏幕的各個像素點，反過來這種發(fā)電玻璃在光線透過玻璃時，能在不同位置產(chǎn)生電流。
?

　　目前，在給定的光照水平下，這種玻璃的發(fā)電能力大約是常規(guī)屋頂光伏的三分之一，其透光率大約是普通玻璃的一半。
?

　　Hardev表示，達到這些指標(biāo)已足以使這種玻璃成為一種實用的產(chǎn)品，而他的公司有望大幅提高玻璃的透光率。至于較低的發(fā)電能力，他指出窗戶所覆蓋的面積比屋頂大，因此能用面積優(yōu)勢彌補效率上的不足。Hardev說，“你可以兩者都用，但窗戶的發(fā)電將更多。”他補充道，最大的挑戰(zhàn)是將目前不足0.19平方米的窗戶面積擴大至約4.65平方米。
?

　　比玻璃更清晰
?

　　窗戶的革命早該出現(xiàn)了。隨著世界各大城市重拾對摩天大樓的熱愛，熠熠生輝的高樓已演化成各地的固定景點，但高樓上的玻璃卻幾乎沒有技術(shù)上的進步。
?

　　對建筑的溫度控制是一項巨大挑戰(zhàn)，美國能源專項上18%的資金用于給建筑供熱和制冷。據(jù)美國勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）估計，在寒冷的季節(jié)里，從窗戶流失的暖氣的折合價值約為200億美元；而在夏季，從裝有空調(diào)的建筑的窗戶流失的冷氣折合出的價值數(shù)額更大?？傊?，用于建筑供熱制冷的資金，有一半以上的費用通過窗戶流失的能量而浪費了。
?

　　總部位于密西根的Mackinac Technology公司正在開發(fā)一種可防止置于普通玻璃表面的涂層塑料薄板，在不影響視野清晰度的同時，還能改善玻璃的絕熱和熱反射性能。其中，塑料板將空氣困在中間，提高玻璃的絕熱性能。而涂層能讓可見光透過，但會反射紅外線（攜帶著大部分熱能）。
?

　　該公司的CEOJohn Slagter表示，事實上Mackinac的窗戶比普通玻璃更清晰。他表示，隱形的涂層能減少塑料表面反射的光線，反而增加窗戶的透光量和室內(nèi)清晰度。
?

　　將涂層塑料薄板直接安裝在現(xiàn)有窗戶框架上，就可將單層玻璃或雙層玻璃的絕熱性能提高兩倍，同時它非常輕，不會明顯增加窗戶重量。Slagter表示，這種新材料已成功通過了在美國加爾文大學(xué)（Calvin University）在窗戶上的測試。得益于美國政府機構(gòu)的部分資助，在2022年正式投入使用前，這種塑料薄板將在更大的試點項目中進行推廣測試。
?

　　光線的明暗之爭
?

　　但有時，高清晰度并不總是優(yōu)點，特別是對于朝南的建筑物，強烈的太陽光會通過窗戶射入室內(nèi)。科羅拉多大學(xué)博爾德分校的材料科學(xué)研究人員Michael McGehee說，“雖然強光能增加房間的溫度，但人們并不喜歡在陽光充足的環(huán)境下工作，甚至可能會看不清電腦屏幕。通常人們會選擇拉上窗簾，但這樣又會失去窗外的視野，享受不了陽光帶來的其他好處?！?br> ?

　　為緩解陽光的刺眼感，McGehee團隊長期致力于改進“電致變色”窗戶（通過外加電場，使材料發(fā)生穩(wěn)定、可逆的顏色變化），通過開關(guān)控制窗戶的明暗度，濾除嚴重的眩光，將室內(nèi)調(diào)節(jié)至舒適的進光量?；诖耍@個團隊設(shè)計的窗戶包含一個含有鉑的銦錫氧化物層和一個氧化鎳層，并兩層之間填充了一種鋰溶液。對兩層結(jié)構(gòu)施加低電壓時，它們充當(dāng)電極產(chǎn)生電場，溶液中的鋰離子會遷移并粘附到氧化鎳層。
?

　　雖然鋰在溶液中呈透明，但覆蓋在氧化鎳層時卻呈半透明。McGehee說，“只需要在電極上覆蓋一層10nm厚的鋰，就能阻擋大部分光線?！彼a充道，這樣的窗戶就像是建筑的“太陽鏡”。此外，通過改變電壓可以分級調(diào)節(jié)遮擋陽光的程度。
?

　　如果這些成果順利商業(yè)化，那么在未來10~20年里，窗戶將成為大量便捷、環(huán)保型城市的重要組成部分。這會是人類朝著碳足跡歸零方向邁出的堅實一步。
?