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2019-07-27
“智能玻璃”是一种节能产品，在汽车、建筑和飞机窗户上都能找到它的身影。但是，智能玻璃通常需要几分钟才能达到暗沉状态，而且长时间在明暗之间反复循环，也会降低着色质量。据外媒报道，科罗拉多州立大学（Colorado State University）的化学家们，通过更好地了解智能玻璃在纳米尺度下的工作原理，提出纳米级智能玻璃设计方法，或将提高智能玻璃的变色速度和耐用性。
该校研究生Colby Evans和化学系助理教授Justin Sambur等人，研究的是“电变色”智能玻璃，其工作原理是利用电压驱动锂离子，进出氧化钨透明薄膜。Evans 说：“你可以把它想象成一个可透视电池。”典型的氧化钨智能玻璃板，从透明到完成变色，需要7－12分钟。
研究人员重点研究电致变色氧化钨纳米颗粒，它的宽度比人类的头发小100倍。实验显示，单个纳米粒子的着色速度，比相同粒子构成的薄膜快四倍。这是因为，薄膜中纳米颗粒之间的界面会捕获锂离子，减缓着色行为。随着时间的推移，材料的性能也会下降。
为了证明他们的观点，研究人员使用亮场透射显微镜，观察氧化钨纳米颗粒如何吸收和散射光。在制作“智能玻璃”样品时，他们不断改变样品中纳米颗粒材料的数量，随着纳米颗粒的增加，观察它们之间的相互接触，以及着色行为的变化。然后，他们使用扫描电子显微镜测取纳米颗粒的高分辨率图像，涵盖长度、宽度和间距，从而得知有多少颗粒聚集在一起，又有多少分散开来等等。
在实验结果基础上，研究人员提出，如果制造以纳米颗粒为基础的材料，并使粒子保持最佳间距，避免离子被捕获，有可能提高智能玻璃的性能。这种方法也可用于指导电池、燃料电池、电容器和传感器的应用研究。
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