城大研究人員以口罩為靈感研發鈣鈦礦智慧窗　增強耐久性和能源效率

熱致變色鈣鈦礦 (Thermochromic perovskite) 是一種用於節能智慧窗的新型的變色技術。儘管熱致變色鈣鈦礦具有節能潛力，但其耐久性欠佳，容易受濕度和水分破壞，限制了其實際應用。香港城市大學（城大）研究人員為解決上述難題，以醫用口罩為靈感，開發出透氣、耐用、低霧度的鈣鈦礦智慧窗，推動智慧窗在綠色建築中的廣泛應用。

「這個口罩式窗體結構的設計，解決了長期困擾熱致變色鈣鈦礦智能窗的耐久性差及光學霧度高的關鍵問題。」城大能源及環境學院曹之胤教授解釋道。

口罩式的結構顯著降低了鈣鈦礦表面粗糙度，緩解了熱致變色鈣鈦礦成膜形態。這使鈣鈦礦表面光散射效應被抑制，其光學霧度也由此大幅從90%降低到30%，因而解決了熱致變色鈣鈦礦智能窗戶中清晰度差的難題，即毛玻璃效應。

此外，口罩式的結構使智能窗也表現出良好的防水能力，有效防止了大顆粒水珠（如雨滴）對鈣鈦礦的破壞。良好的防水性也抑制了鈣鈦礦遇水鉛洩露的問題，令該熱致變色鈣鈦礦智能窗在使用上更加安全可靠。在老化測試中，它可保持其原有光學性能長達一個月以上，顯著提高了熱致變色鈣鈦礦的耐久性。

「研究中最具挑戰性的部分是增強熱致變色鈣鈦礦智慧窗的耐久性，同時減少光學霧霾。」曹教授補充說：「這解決方案涉及一種口罩式結構，該結構可控制水蒸氣與鈣鈦礦的相互作用，保持其顏色切換能力並延長其使用壽命。」

研究團隊的靈感啟發自醫用口罩的結構，繼而為熱致變色鈣鈦礦套用口罩式結構。這種創新設計包括一個三層結構，底層為熱致變色鈣鈦礦，中間層為聚氮矽烷（PHPS）及上層的疏水SiO2納米顆粒。新智能窗的冷態透光率達83%，太陽光調節能力達到24%，有效地解決了這一雙重挑戰。

由於面罩式結構增強了熱致變色鈣鈦礦的防水能力，使其可以直接塗布在柔性PET製成窗膜上，無需額外的封裝，從而降低建築改造成本，推動了智能窗戶在未來更廣泛的使用。研究團隊進行建築能耗模擬分析，發現使用該類智能窗膜可降低建築全年能耗高達10%，顯示出其節能潛力和實用性。

是次研究成果已發表在科學期刊《自然 - 通訊》(Nature Communications)上，題為 <Mask-inspired moisture-transmitting and durable thermochromic perovskite smart windows>。

第一作者為香港城市大學博士後劉賽博士。通訊作者是曹教授及香港科技大學機械與航空航天工程學系黃寶陵教授。其他來自城大的合作學者包括任廣禹教授、葉軒立教授和余健文教授。

如有查詢，歡迎聯絡城大能源及環境學院曹之胤教授（電郵：chiytso@cityu.edu.hk）。