窗户是建筑中透光和散热的基本必需品，但你并不总是希望同时拥有这两种功能。现在，北卡罗来纳州立大学（NCSU）的工程师们开发出了一种新材料，可以让窗户在三种模式之间轻松切换。

这种新型动态窗户可以在正常的透明模式（透光透热）、阻挡热量但保持透明的模式和有色模式（阻挡部分光线但不阻挡热量）之间切换。这样，用户就可以在一年四季都享受到遮阳效果。

这一切的关键在于一种叫做氧化钨的小材料，它经常出现在基于电致变色原理的动态玻璃窗中。通常情况下，氧化钨是透明的，当你施加电信号时，它就会变暗并阻挡光线，这使得它在按需着色的窗户上非常方便。

但在新的研究中，北卡罗来纳大学的研究人员发现了它全新的隐藏技能：加入水后，它就变成了水合氧化钨，当它被用于电致变色窗时，就会有额外的设置。

关闭时，它对光和热都保持透明，非常适合那些单调的冬日，因为这时候人们需要尽可能多的光和热。当一些电子和锂离子注入这种材料时，它首先会经历一个阻挡红外线（感觉到热）的阶段，同时对可见光波长保持透明。最后，随着更多的电子进入材料，它会过渡到一个黑暗阶段，在这个阶段，它既能阻挡可见光，也能阻挡红外线，非常适合夏天使用。

氧化钨水合物究竟为何能发挥这样的作用，目前还不确定，但北卡罗来纳大学的科学家们有一个假设。

"晶体结构中水的存在使结构密度降低，因此当锂离子和电子注入材料时，结构更不易变形，"该研究的第一作者杰内尔-福图纳托（Jenelle Fortunato）说。"我们的假设是，由于氧化钨水合物在变形之前能比普通氧化钨容纳更多的锂离子，因此会产生两种模式。一种是'冷'模式，即注入锂离子和电子会影响光学特性，但结构尚未发生变化，这种模式会吸收红外线。然后，在结构发生变化后，会出现一种'暗'模式，同时阻挡可见光和红外线。"

虽然市面上并不缺乏动态窗户的设计者，但在一个系统中通常不会提供这么多的模式。即使有，通常也需要较笨重的装置。在这种情况下，由于只需要一种材料，玻璃的厚度和能源需求只与普通的氧化钨窗差不多。

该研究的共同通讯作者迪莉娅-米利隆（Delia Milliron）说："在一种已经为智能窗户界所熟知的单一材料中发现双波段（红外线和可见光）光控技术，可能会加速具有增强功能的商业产品的开发。"

该研究发表在《ACS Photonics》杂志上。