（图片来源：Free-Photos/Pixabay）
今年年底，美国加州红杉市Ubiquitous Energy公司的员工，聚集在完全由玻璃窗组成的会议室里，展望未来。
因为他们的新型玻璃窗不仅能呈现北加州的壮观山景和美丽天空，还能兼作光伏电池，为公司的照明、电脑、空调等供能。
经过多年研发，Ubiquitous实现了一项技术突破——发电玻璃，其奥秘在于玻璃薄板之间的有机聚合物层，其中一些聚合物层能完全透光，另外一些能吸收不可见的红外线和紫外线光子。光线透过玻璃时，聚合物层之间的电子流形成电流，被玻璃中的细导线收集。
Ubiquitous Energy业务拓展总监Veeral Hardev说，“这有点像透明的电脑显示器在反向运行。”换句话说，显示器用电点亮屏幕的各个像素点，反过来，光线透过玻璃的不同位置发电。
目前，在给定光照水平下，这种玻璃的发电能力大约是常规屋顶光伏的三分之一，而透光率大约是普通玻璃的一半。
但这些指标足以使这种玻璃成为可行的产品，Hardev还表示，公司有望大幅提高玻璃的透光率。至于较低的发电能力，他指出，窗户所覆盖的面积比屋顶大，因此能用面积优势弥补效率上的不足。Hardev说，“你可以两者都用，但窗户的发电将更多。”
他补充道，最大的挑战是将窗户面积从目前的不足2平方（约0.19平方米）英尺扩大至50平方英尺（约4.65平方米）左右。
比玻璃还清晰
窗户革命早该出现了。
随着世界各大城市重拾对摩天大楼的热爱，熠熠生辉的高楼已演化成各地的固定景点。但高楼上的玻璃却几乎没有技术上的进步。
建筑温度控制是一项巨大挑战，美国的能源专项资金有18%用于建筑供热制冷。据美国劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）估计，在寒冷的季节里，从窗户流失的暖气，折合价值约为200亿美元，而在夏季，装有空调的建筑里，从窗户流失的冷气，折合价值数额更大。总之，用于建筑供热制冷的资金，有一半以上的费用通过窗户流失而浪费。
总部位于密西根的Mackinac Technology公司正在开发一种置于普通玻璃表面的多层涂塑薄板，在不影响视野清晰度的同时，改善绝热和热反射性能。多层塑料板将空气困于其间，提高绝热性能，而涂层反射红外线（携带着大部分热能），但能让可见光透过。
CEO John Slagter表示，事实上Mackinac的窗户比普通玻璃更清晰。他表示，其秘密在于隐形涂层，它能使塑料表面反射的光线比玻璃少，反过来又增加窗户的透光量，提高清晰度。
只需将薄板安装在现有窗户框架上，就可将单层玻璃或双层玻璃的绝热性能翻两番，同时它非常轻，不会明显增加窗户重量。
Slagter表示，新材料已在密西根州大溪城加尔文大学（Calvin University）的窗户上成功测试，并得益于美国政府机构的部分资助，将在2022年正式投入使用前在更大的试点项目中推广测试。
亮暗之争
有时，高清晰度不是优点而是缺点，对于朝南的建筑物，强光会通过窗户射入室内。
科罗拉多大学博尔德分校（University of Colorado at Boulder）材料科学研究人员Michael McGehee说，“强光能辅助加热房间，但人们不喜欢在阳光充足的环境下工作，甚至可能会看不清电脑屏幕。通常人们会拉上窗帘，但这样，又会失去窗外的视野，无法享受美好的阳光。”
为缓解阳光的刺眼感，McGehee团队长期致力于改进“电致变色”窗户，通过开关控制窗户的明暗度，滤除严重的眩光，调节至舒适的进光量。为此，团队设计的窗户包含一个铟锡氧化物和铂层，以及一个氧化镍层，两层之间填充一种锂溶液。对两层结构施加低电压时，它们充当电极产生电场，使溶液中的锂离子迁移并粘附到氧化镍层。
虽然锂在溶液中呈透明，但覆盖在氧化镍层时却呈半透明。McGehee说，“只需要在电极上覆盖一层10nm厚的锂，就能阻挡大部分光线。”他补充道，这样的窗户就像是“建筑的太阳镜”。此外，通过改变电压，可以分级调节遮阳水平。
如果这些成果顺利商业化，那么在未来10 ~ 20年里，窗户将成为便捷、环保型智慧城市的重要组成部分。这将朝着人类碳足迹归零的方向迈出坚实一步。
翻译：巢栩嘉
审校：赵欢
引进来源：Scientific American Custom Media为杂志编委会独立部门Mega撰写
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