不是早市卖的“纳米”鞋垫，今天我们谈的是真正的高科技：纳米玻璃

纳米这个词，大家都不陌生，即使去早市买趟菜，都可以看到大量的所谓“纳米”产品：“纳米”鞋垫、“纳米”袜子、“纳米”内衣。不过我们只要稍加思考就知道，这些所谓的“纳米”产品，不过是狡猾的商家灵机一动的概念产品，和真正的纳米技术无关。今天我们要谈的则是建筑材料领域的真技术：纳米玻璃。

纳米玻璃，新一代的智能玻璃

从概念上来讲，纳米结构的玻璃，是一种内部组织得到结构控制，形成从1纳米左右到数百纳米组织大小的特殊玻璃材料。纳米结构玻璃之所以特殊，是因为它在保持玻璃特性的同时，又有很多普通玻璃所不具备的机械特性和光学特性。

在业内，纳米玻璃被看作是一种进行了结构调整的新型金属玻璃，它具备一系列快冷金属玻璃所不具备的新奇特性。纳米玻璃之所以具有与普通玻璃不同的结构和性质，是因为它有着完全不同的制备路径。纳米玻璃通常是在高压下室温合并的非晶态颗粒，她的原子结构包含两种差别非常显著的非晶态区域，一种和快冷玻璃的结构相同，另一种则表现出了更大的自由体积，同时伴随着中程序的增加。这种特殊的原子结构使得纳米玻璃和同样成分的快冷块体金属玻璃相比，能产生不同的力学、热学和磁学性质。

纳米玻璃的优势

1节能

早在2013年，美国劳伦斯伯克利国家实验室就利用纳米结晶技术开发出了一种纳米结构的玻璃。研究人员在玻璃中嵌入了一层超薄纳米涂层，能够按需调整进入玻璃的光线，使玻璃明暗可控、冷热可调。研究人员希望这种新型玻璃的出现，能大幅降低建筑的空调和照明开支。

2015年，德克萨斯大学奥斯汀分校的研究小组与劳伦斯伯克利国家实验室的科学家又合力开发了一种改良涂层，能够帮助普通的玻璃阻挡 90%的近红外线和 80% 的太阳可见光。新研究中所应用的纳米涂层是一种经过重新设计的电致变色材料，由氧化铟锡纳米晶体和嵌入在玻璃基质中的氧化铌组成。除了能分别控制可见光和近红外线，采用这一技术的窗户还能按需切换到全明模式(让所有光线毫无阻挡地进入室内)，清凉模式（只会阻挡近红外线）或者遮光模式(同时屏蔽近红外线和可见光)。对可见光与产生热量的近红外线的选择性控制，可以在不同的气候条件下最大限度地保证室内的舒适性，并且节约大量能源。这也意味着我们能够在不增加额外热量的情况下，保证室内的采光，并减少对空调和人工照明的依赖。

研究人员还发现，纳米晶体在玻璃中微小区域的协同交互作用能增强电致变色效应，这意味着可以在不改变其性能的前提下进一步降低涂层的厚度。最关键的是，这种纳米晶体玻璃界面的原子连接方式导致了玻璃基质结构的重排，拓展了玻璃基体的内部空间，使电荷的移动和进出更加容易，这也为新型电池材料的研发提供了路径。而从材料设计的角度来看，纳米玻璃的出现也为科学家们提供了一种新的研究思路：在单一、同质的材料中，可以用增加不同材料的方式来赋予其全新的特性。

日常生活中，人们消耗的能源中大约有四分之一用于建筑照明、取暖和制冷。目前城市建筑中会大量使用玻璃，纳米材料的使用会大幅提高建筑的能源使用效率。

2自清洁，防眩光

美国麻省理工大学的研究人员曾在2012年推出过一种新型的纳米结构玻璃。这种玻璃可以防水，防雾，防反光，还可以做到自清洁。借由半导体产业的相关技术，研究人员在玻璃表面涂上几层材料，然后将其蚀刻成纳米大小的圆锥体，每个圆锥体的底部宽200纳米、高约1微米。这种圆锥体一开始并不防水，但经过简单的气相沉积处理之后，便具有了防水功能。另外，尽管玻璃不是完全透明的，但却可以减少强光的反射。

经测试，这种改良后的玻璃较为坚固，可以应对暴雨、暴风天气，也可以抵抗人为的外力冲撞。研究人员认为，这种纳米结构玻璃不仅适用于光学器件及建筑物的窗户，还适用于太阳能光伏板。虽然经过疏水性涂层处理，但太阳能光伏板的表面依然很容易积聚灰尘和污垢，6个月后效率损失高达40％。如果采用纳米玻璃制造电池板，可更有效地防水，并更长久地保持面板的清洁。此外，疏水涂层并不能防止反射损失，而新材料却有这个优势，由于能够减少太阳光反射，电池板的效率将会更高。

由于纳米材料具备许多特殊的物理、化学性质，它的身影开始出现在越来越多的领域中。而纳米结构玻璃作为一种新的材料，在众多功能应用中也极具潜力。

目前，纳米玻璃主要用于玻璃幕墙、高级宾馆、酒店、写字楼、私家住宅、展厅、汽车、火车、飞机等建筑和工具的隔热保温和紫外线阻隔；石油化工、电业建筑、金属冶炼、医药纺织、造船造纸等多种行业设备的保温隔热；也可用于计算机房、雷达屏蔽保护区等特殊区域，用来隔绝远红外线，防止因外界电磁波的侵入而造成电子设备的误差、保密信息的泄露和对人体造成伤害。可以预计的是，在国家全面普及和推广绿色节能材料的大趋势下，纳米技术在建材领域的应用将会越来越广泛。

参考文献

https://www.stuff-review.com/2012-04/mit-shows-wonder-glass-that-is-glare-free-self-cleaning-and-anti-fogging/

https://spectrum.ieee.org/nanoclast/green-tech/conservation/nanostructured-glass-controls-light-and-reduces-energy-costs

Structure and Properties of Nanoglasses（Adv. Eng. Mater.，2018，DOI：10.1002/adem.201800404）

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