Freezing-resistant poly(N-isopropylacrylamide)-based hydrogel for thermochromic smart window with solar and thermal radiation regulation

材料科学 热致变色 自愈水凝胶 丙烯酸酯 相变材料 乙二醇 发射率 透射率 复合材料 热的 化学工程 光电子学 光学 高分子化学 化学 聚合物 气象学 有机化学 单体 工程类 物理
作者
Kai Wang,Lei Zhang,Xiancai Jiang
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:652: 663-672 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.07.115
摘要

Adaptive regulation of solar and thermal radiation by windows in diverse (hot and cold) climates is essential to reduce building energy consumption. However, conventional hydrogel-based thermochromic smart windows lack thermal radiation regulation, and have difficulty to combine high solar regulation with excellent freezing resistance. It is challenging to integrate the above performance into one hydrogel-based thermochromic window. Here, we firstly prepared poly(N-isopropylacrylamide-co-N, N-dimethylacrylamide)/ethylene glycol (PNDE) hydrogels with tunable and excellent freezing resistance (below -100 °C) by adding the anti-freezing agent ethylene glycol, and assembled PNDE hydrogels, polyvinylidene fluoride and polymethyl methacrylate-silver nanowires panels into a freezing-resistant smart window with solar and thermal radiation regulation (STR). PNDE hydrogels had an excellent thermochromic performance with luminous transmittance (Tlum) of 89.3 %, solar regulation performance (ΔTsol) of 80.7 % and tunable phase change temperature (τc, 22-44 °C). The assembled STR window showed high Tlum of 68.2 %, high ΔTsol of 62.6 %, suitable τc of ∼30 °C and freezing resistance to low temperature of -27 °C. Moreover, the different thermal emissivity (0.94 and 0.68) of the two sides of the STR window gave it the ability of radiative cooling in hot climates and warm-keeping in cold climates. Compared to the conventional thermochromic windows, the STR window promotes heat dissipation in hot conditions while reduces heat loss in cold conditions and is applicable to diverse climates, which is a promising energy-saving device for reducing building energy consumption.
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