曾在烈日下停過車的人都知道，陽光很容易透過玻璃窗進入車內，讓這些熱量散發出去卻很難。據外媒報道，杜克大學（Duke University）的研究人員開發了一種類似智慧窗戶的技術，只需輕輕一按開關，就可在兩種狀態之間進行轉換，或者是收集來自陽光的熱量，或者使物體冷卻。這一方法有利於暖通空調節能，僅在美國就有望減少近20%的能耗。
（圖片來源：杜克大學）
這種電致變色技術採用的材料，可在通電時改變顏色或不透明度。杜克大學機械工程和材料科學助理教授Po-Chun Hsu表示：“我們展示的電致變色裝置，首次可以在太陽能供暖和輻射冷卻之間進行切換。這種電致變色調控方法，不採用任何活動部件，而且連續可調。”
用電致變色玻璃製成智慧窗戶，是一種相對較新的技術。利用電致變色反應，將玻璃從透明變成非透明，眨眼之間又可變回來。有很多方法可以產生這種現象，但都涉及到將電響應材料夾在兩層薄電極之間，並在其間傳遞電流。對於可見光而言，這已經很難實現；考慮到中紅外光(輻射熱)時，就更加困難了。
研究人員演示了一種薄的裝置，該裝置在被動供暖和冷卻模式之間切換時，可以與兩種光譜相互作用。在供暖模式下，該裝置變暗以吸收陽光，並阻止中紅外光逃逸。在冷卻模式下，變暗的窗狀層消失，同時露出一面反射太陽光的鏡子，讓裝置後面的中紅外光消散。由於鏡子對可見光永遠是不透明的，該裝置不會取代家庭或辦公室的窗戶，但可能會用於其他建築表面。Hsu表示：“很難製造出同時滿足這兩種條件的材料。在熱輻射方面，我們的裝置具備有史以來最大的調控範圍之一。”
設計這樣的裝置需要克服兩個主要挑戰。首先是製造電極層，既要能導電，又要對可見光和熱輻射保持透明。大多數導電材料，如金屬、石墨和一些氧化物，均無法滿足這一要求，因為這兩種特性相互矛盾，因此研究人員開始自己設計材料。
研究人員從只有單原子厚的石墨烯層開始，但是石墨烯太薄了，不能反射或吸收任何一種光。而且，其導電性也不足以傳輸裝置大規模工作所需的電量。為了克服這一限制，研究人員在石墨烯上加了一個薄薄的金網，充當電力高速公路。這在一定程度上降低了石墨烯讓光線不受阻礙地透過的能力，但影響不大。
第二個挑戰涉及設計一種材料，使其能在兩個電極層之間穿過並來回切換，以吸收光和熱，或讓其透過。研究人員利用等離子體現象來實現這一目標。當微小的奈米級金屬顆粒彼此相距只有幾奈米時，可以根據其大小和間距捕獲特定波長的光。但是，在這種情況下，奈米顆粒隨機分佈在簇中，可與大量波長的光相互作用，這有利於有效捕獲陽光。
在演示過程中，電流透過兩個電極，使上部電極附近形成金屬奈米顆粒。這會導致裝置變暗，使整個裝置能夠吸收和捕獲可見光和熱量。當電流逆轉時，奈米顆粒會溶解回液體透明電解質中。完成這兩種狀態的轉換，需要一到兩分鐘。Hsu表示：“在現實世界中，該裝置會在一種狀態或另一種狀態下工作數小時。在轉換過程中失去幾分鐘的效率，這微不足道。”
要讓這項技術在日常生活中發揮作用，還有很多挑戰。最大的挑戰可能是，增迦納米顆粒在形成和解體之間迴圈的次數，因為其原型在失去效率之前，只能進行幾十次轉換。降溫模式的太陽反射率也待提高，研究人員希望在不久的將來能夠實現低於環境溫度冷卻。
然而，隨著技術的成熟，可能會有很多應用。這項技術可應用於外牆或屋頂，在能耗很少的情況下，幫助建築物供暖和降溫。為建築圍護結構提供這樣一種動態能力，利用可再生資源供暖和製冷，有可能減少使用建築材料及其帶來的碳排放。
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