相信吗?一幢建筑中，窗户不再仅仅用来采光通风，还可阻隔紫外线，自动调节温度——太阳猛了把红外线反射回去，温度低了撤开屏障保温增温。最新消息传来，上海大学材料科学与工程学院高彦峰教授领衔的科研团队，又给它增加了一个新功能，高效太阳能发电。这一研究如应用在上海中心上，可以承担起5400户人家的日常用电。
近日，相关研究论文发表于欧洲权威期刊《先进光学材料》上，目前，项目组正在寻找将其进一步产业化开发的企业合作伙伴。高教授笑言，这已是他家“聪明窗户”的第三次“招亲”。
三代窗户，越来越“聪明”
“别看它只是一块不起眼的玻璃，对于节能减排可谓意义重大。要知道，我国一半的建筑能耗都从窗户悄悄‘溜’走了。”材料领域国家973项目首席科学家罗宏杰曾这样说。
近年来，我国建筑总面积大幅增长的同时，建筑能耗总量也逐年上升。《2013—2017年中国智能建筑行业市场前景与投资战略规划分析报告》显示，其在能源总消费量中所占的比例已从上世纪七十年代末的10%，上升到27.45%，建筑用能对全国温室气体排放的“贡献率”达25%。而研发一扇更加节能甚至产能的窗户，不仅是我国建筑绿色创新的重要一环，对中国节能减排目标，也有不小的意义。
从2008年到2016年，高彦峰的“聪明窗户”历经三代研发。2009年，他带领团队，造出当时世界上面积最大的(30厘米×40厘米)的二氧化钒镀膜玻璃。这块冷暖自知的玻璃受控于一个由二氧化钒制成的温控“开关”。作为一种典型的相变材料，构成二氧化钒的内部晶体能根据外界温度的变化，夏天呈现金属态，将阳光中一半以上的红外线(热量的主要来源)阻隔在外;冬天变成半导体，让温暖的阳光尽情照射进来。不可思议的是，拨动“开关”的临界温度可以人为设定。这样一来，研究人员就可根据不同地区的气候条件，设计出真正人性化的智能玻璃。
2013年，在这一可调温镀膜的基础上，研究小组尝试让窗户学会发电。据了解，“发电窗户”的设想早已有之，可现有技术条件下以硅为原料的光伏设备难以做到透明，一旦植入窗户，势必影响采光。发电、透亮如何并存?国外一些研究者尝试在窗玻璃的上1/5到1/3处加载光伏电池，希望两者兼得。对此，上大材料学院的课题小组提出新思路，如果将高效太阳能电池板做成包围玻璃四周的“窗框”，然后通过特殊技术令一部分光变向射向窗框，是否就能打破两难?他们将分散于高分子基体中颗粒物二氧化钒做成玻璃窗镀膜，并采用数值模拟的方法精确设计颗粒的尺寸及其在聚合物基体中的分散状态，确保入射的太阳光可以到达位于四周的太阳能电池而发电。实验结果表明，若将该技术应用于5平方米的玻璃窗，当前最高发电功率约34瓦，足以支撑一盏电灯照明。
找伙伴，最青睐“吓不走的”
如今，最新的“聪明窗户”更进一步。上海大学与德国埃尔朗根—纽伦堡大学C·J布拉比教授的课题组合作，将有机高分子制成的光伏电池与二氧化硅镀膜技术叠加，入射光从散射，变成垂直射入，不仅扩大了太阳光射入面积，也同时解决透光与发电效率问题。据测算，10平方米幕墙的峰值发电可达390瓦。如果把上海中心的14万平方米外立面幕墙全部采用这一“贴膜”技术，按每天发电5小时、充放电损耗30%来计算，每天的发电量可满足5400个家庭的日用电需求。
值得一提的是，研究小组已经研发出制备工艺，令有机太阳能电池和二氧化钒可通过双层印刷制成贴膜，应用范围进一步扩大。高彦峰介绍，除了窗户外，路灯、公共汽车站的候车牌上都能使用该技术。
限于实验室资金和设备条件，目前能制备出的“小样”才2厘米见方。“企业比我们更了解市场需要什么，如何改进大批量制作工艺，因此，我们迫切需要企业合作伙伴，完成更大范围内使用的性能测试，串起产学研链的关键一环。”高彦峰说。据了解，研究团队正通过学校科技处发布信息，另一方面也在等待企业上门。
刚刚结束的巴黎气候大会，中国承诺在2030年之前碳排放达到峰值，单位GDP碳排放相比2005年下降60%—65%。与之相伴随的，是我国建筑智能化系统工程行业市场规模可预期的急速增长，节能产能一体窗户并不“愁嫁”。高彦峰说，“我们更青睐‘找上门的’和‘吓不走’的。”这是在上两代“聪明窗户”产学研转化过程中总结出的经验。
以第一代的二氧化钒镀膜玻璃研究成果为例。2009年，课题组在一次科技论坛上现场展示，头顶同一个“人造太阳”，实验组和比照组两间小屋比邻而建，一个燥热，一个凉爽，室内温差高达8℃。这一消息震动业内，也引来了广东佛山塑料集团工程研发中心副经理蔡朝晖的登门取经。双方一拍即合，在广东省战略新兴产业项目基金的支持下，投入达1000万元的中间阶段试验2012年完成，去年正式投产。如今，让高彦峰特别自豪的是，就连国家住房和城乡建设部大楼的窗户都贴上了这种产品。
有了成功的商业合作先例，2013年，第二代窗户成果在《自然·科学报道》见报后，来找课题组谈合作的企业近10家。每次有人来谈，高教授就开始“吓唬人”，把合作开发可能失败的各种因素、结果一一分析。结果，其他人都吓跑了，“吓不走”的是一家来自美国硅谷的企业，今年3月，对方要专门来洽谈深入合作。
记者手记
如何跨越“死亡之谷”?
谈及产学研发展瓶颈，我们常说要改变“两张皮”。其实，科技成果商业化一直是全球性的难题，被日本科学家称之为“死亡之谷”——尤其在高新技术转化领域，失败率高达90%。
在鼓励创新创业的当下，跨越这“死亡之谷”，我们似乎过于强调政府扶植、科研院所尽力，而如何真正激发企业自身创新活力，才是关键。
聪明窗户“招亲”的两大原则，或许正在还原对企业在创新体系中主体地位的基本要求——企业从自身发展目标及生产研发能力，主动对接科研院所新成果，才能通向跨越死亡之谷的坦途。
