美国芝加哥大学分子工程助理教授徐伯均，是 2020 年《麻省理工科技评论》“35 岁以下科技创新 35 人”（Innovators Under 35）中国榜单的得主，早年曾师从著名华人科学家崔屹。

最近，他和团队研发出一款中红外电致变色器件，实现了破纪录的热发射率，在 2500 次循环后仍能保持良好的可调性。理论上可以为温和气候地区的建筑物节省 8.4% 的供暖、通风和空调的能耗。

建筑能源的模拟结果则表明，当把电致变色装置用于动态建筑围护结构时，平均可以节省高达 43.1MBtu 的 HVAC 能源（Heating, Ventilation and Air Conditioning）。

同时，可逆电沉积具备较好的非挥发性，因此与建筑物的现有用电量相比，前者带来的切换能耗几乎可以忽略不计。

这种灵活的中红外电致变色器件，能和包括历史建筑和新建建筑在内的各类建筑兼容，并能透过一种非破坏性的方式来增强建筑物的能耗可持续性，可以在一年四季帮助建筑更好地控制温度。

鉴于历史建筑等老建筑的隔热性能通常比较弱，同时无法通过结构装修来增加隔热层。因此，此次研发的中红外电致变色器件成为唯一可以帮助老建筑调控温度的无损性手段，借此也能帮助建筑所在城市节省更多能源。

多年来一直深耕智能窗户研究的新加坡南洋理工大学龙祎教授担任相关论文的审稿人，她认为徐伯均设计的中红外电致变色器件，不仅在性能实现了新突破，还提高了能源效率，并表现出令人印象深刻的长期耐用性。

此前的电致变色器件很难拥有在中红外波段的调谐能力。现在，徐伯均课题组使用透明导电石墨烯作为电极，再以铜水溶液作为电解质，最终造出了创纪录的中红外热发射率对比度。

另外，这款既耐用又安全的电致变色器件，也展示了概念上的进步，并证明了将这类器件应用于建筑围护结构的可行性。

同时，基于中红外电致变色器件打造的电致变色热发射率调节系统，也将辐射温度调节的方法从静态推进到动态。面向热学工程和建筑工程，基于该系统的光学设计和电化学设计，也展示了一定的应用潜力。

电致变色材料是什么？

近年来，出现了这么一种新型材料——电致变色材料。科学家指出，电致变色材料是目前最有研究和应用前景的智能材料之一。而科学家也曾预言，智能材料的大规模应用将使得材料科学的发展发生革命性变化。那么，这智能材料是怎样的存在呢？智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料。

为什么科学家会认为电致变色材料是目前最有应用前景的智能材料之一呢？因为电致变色材料具有特殊的性能和诱人的应用前景。性能暂且不说，我们先一起瞧瞧这极具应用前途的材料到底有哪些应用？

在国防和军事领域，电致变色材料也是有着很广泛的应用市场。例如，电致变色材料因具有红外发射可调特性（在中远红外光谱）可制成新型红外发射器件。据专家介绍，该种新型发射器可以应用于卫星、武器装备的红外隐身等诸多领域。所以，你说电致变色材料这么一块“香饽饽”怎会不迅速成为各国研究人员们争相研究的领域呢？

那么，什么是电致变色材料？电致变色材料是电致变色器件中最核心的材料。该种材料在外加电场的作用下会发生稳定、可逆的颜色变化现象。其中，电致变色器件一般由透明导电层、电致变色层、电解质、离子存储层和透明导电层组成。

而目前被进行各种研究且被研究得比较多的电致变色材料主要有3大类——无机电致变色材料、有机电致变色材料和有机金属螯合物材料。其中，无机电致变色材料表现出结构和性能稳定好等优点，使之成为目前研究最为广泛和成熟的材料。而无机电致变色材料的研究种类也比较多，也是可以分为3类：阴极电致变色材料、阳极电致变色材料和复合电致变色材料。

电致变色智能窗市场前景

随着经济的快速发展，地球上的煤和石油等常规能源资源消耗殆尽，环境污染也日益加剧。为实现经济可持续发展，国内外均致力于新能源的开发，包括风能、水能和太阳能等。而在开发新能源的同时，节能已变得尤为重要，在社会总能耗中，建筑物的能耗占比接近30%，因此对建筑物的节能越来越关注。

除常规Low-E产品外，电致变色智能窗的相关研究也越来越多，电致变色（Electro Chromism，EC）是指在外加电场作用下，材料在紫外、可见光或（和）近红外区域的透射率、反射率或吸收率发生稳定的可逆变化的过程，直观地表现为材料的颜色和透明度发生可逆变化的现象。具有电致变色性能的玻璃结构称为电致变色玻璃，在电场作用下通过调节光的吸收和透过，选择性地吸收或反射外界的热辐射，并阻止内部热量向外扩散，减少办公大楼和民用住宅等建筑物在夏季降温和冬季取暖而必须耗费的大量能源。

电致变色应用范围包括显示屏、智能窗（Smart windows）、汽车自动防眩目后视镜、眼镜、护目镜等。

随着地球资源的日益枯竭及人类对环境的过度影响，绿色环保、节能低碳材料成为研究的热点，变色材料就是在这种形势下发展起来的新型功能性材料。变色现象有多种形式，如光致变色，物质在光照时发生不同颜色之间的可逆变化；热致变色，物质在温度改变时颜色发生变化；湿致变色，吸收水分引起物质颜色变化；压致变色，压力引起颜色变化，通常物质的聚集形态发生变化；电致变色，物质在外加电场或电流作用下发生可逆的色彩变化；溶剂致变色，发生溶剂效应，变色物质与溶剂之间有电荷转移发生，改变了变色物质的结构形态和能级分布。其中电致变色材料因为物质种类多、颜色变化鲜艳丰富、制备方法简单、操作容易等特点而成为重点研究对象，将其应用在建筑、汽车、飞机等玻璃上可调节和控制能量，具有高效、低耗、绿色、无污染、智能的特点，符合可持续发展战略的要求。

针对电致变色智能窗的发展前景，尽管2016年以前智能玻璃的市场产值和产量都仅是缓慢增长，但是预计到2022年其年产值将达到8.99亿美元，是2013年8800万美元的10倍。对于置身于玻璃行业，想更好地把握市场先机的企业，只有加快低成本智能窗开发的步伐。

文章来源： DeepTech深科技，中研网，中钨在线