导读
窗口在建筑物、显示器、汽车等领域对于实现隔热、控制光照等方面具有重要的作用。有报告说明，建筑领域中，实现升温以及降温效果在能源消耗方面占了很大比重，通过对窗户透明度的调节来实现保温或降温效果引起了人们的广泛关注，并且已经在系统调控和材料制备方面都取得了一定的成果。，宾夕法尼亚大学的Shu Yang教授及其团队成员将纳米粒子镶嵌于柔性材料PDMS底部，并且将柔性材料表面进行处理，获得微结构，制备了一种低拉伸即可实现大的透光率变化的柔性材料。
实验背景
实现透光率可调控效果在建筑物、显示器、汽车等领域有着独特的作用，也可以应用于柔性太阳能电池和可穿戴传感器等方面。传统的可实现透明度改变的智能窗主要有聚合物分散液晶、悬浮粒子分散、电致变色材料、热致变色材料、光致变色材料，并且已经出现了很多科研成果。但是这些传统的智能窗普遍存在处理步骤复杂，需要额外能量调控的缺点，因此，需要设计一种调控方式简单、外加能量少的透明度可调控材料。
在本文中，作者选用了柔性材料（PDMS）作为主体材料，底部嵌入与PDMS折射率相匹配并且亲疏水性能不同的二氧化硅纳米材料，顶部设计波长在（亚）微米级的可用作布拉格光栅，用于反射和散射可将光的微皱纹，通过拉伸来实现纳米空腔与表面结构的协同作用来实现透光率的调节。
制备过程：喷涂纳米粒子-PDMS浸润-预拉伸-氧等离子体处理，形成褶皱。
以预拉伸率为10%的复合膜为例，展示其显色机理：初始色彩：由表面微皱纹的光衍射控制
1. 拉伸率<10%，纳米粒子开始分离，但是空腔较少，距离较近，而表面皱纹会趋于平整，当达到预拉伸率时实现最大的透明度
2. 10%<拉伸率<20%，透明度主要由于纳米粒子与PDMS分开，形成微纳空腔，使得透光率大幅度下降
3. 20%<拉伸率<30%，纳米空腔散射增加，并且由于PDMS的大泊松比，会产生二次皱纹，进一步发生散射和衍射，透明度进一步下降
4. 拉伸率>30%，由于次级裂纹和/或微裂纹的散射以及纳米粒子的周围空腔的组合效应，实现了显着低的透光率。
设计所得不同材料的拉伸-透射光谱图
为了验证微皱纹以及纳米粒子的单独作用，作者又设计了一系列的对照试验，以仅有二氧化硅纳米粒子，仅有表面皱纹薄层，不同纳米粒子粒径的二氧化硅-表面皱纹复合材料，探究拉伸率与透明度的关系，进一步探究机制的作用。通过不同的搭配条件可以实现不同的初始透光率以及透明度变化效果，可以按照实际需求满足多种应用条件的需要。
讨论：
本文通过将纳米粒子与微皱纹相结合，设计了一种力场调控透明度的柔性材料。通过其协同作用，可实现多种初始状态以及变化效果，并且在低拉伸率情况下，就可以实现大的透光率调节效果，可以满足多种工作状况，调控方式简单易得。现在实现柔性材料透明度变化的方法主要有微结构制备、纳米粒子嵌入、与石蜡混合等方法，此实验方法操作简单，对于褶皱的制备有启示意义。
编辑：陈泽坤
组员：赵轩正 朱冲明 王雄
参考文献：Multistate and On-Demand Smart Windows
作者：Hye-Na Kim, Dengteng Ge, Elaine Lee, and Shu Yang
