太陽西曬在家也中暑？這招打造智能窗降溫又省電

三苯胺的應用

近年能源研究當道，但開源也別忘節流。例如，「三苯胺」高分子材料通電就會變色，可用來打造吸收光熱的智能窗，幫助室內降溫、節省冷氣使用，達到節能的目標。

▲本文專訪中研院化學所的顏宏儒助研究員，透過分子模型玩具，介紹含有「三苯胺」這種分子結構的高分子材料，以及通電變色的應用。（攝影│林洵安）
先回到最初，為何會對「化學」有興趣？

你要聽官腔的回答，還是事實？國高中時，我對數學和化學都很有興趣，這兩科成績也比較好。當時班導師提醒我，高中和大學的數學是不一樣的，到了大學之後不見得會覺得有趣。

後來聯考沒有考好，最後分發的志願是暨南國際大學應用化學系，所以這條路也不算我自願的（害羞笑）。不過我本來就對化學很有興趣，那時候，我的夢想是像電影裡的瘋狂科學家，抱著對科學的熱忱，投入純粹的研究。

化學實驗沒做出來很痛苦，有做出來就有成就感，做得不錯就會越來越喜歡。

高三時，我覺得教科書裡提到的高分子（Macromolecule）很有趣，但當時已接近暑假的指考，沒機會學到太多。後來在暨南國際大學加入劉貴生教授的實驗室，這是專門研究高分子的實驗室，從那時候開始接觸偏向產業應用的高分子材料。

高分子研究，有哪些產業應用方向？

之前我在美國能源部的洛斯阿拉莫斯國家實驗室時，這個單位主要是依靠基金生存，但要拿到基金非常非常競爭，每個研究都需要跟時代潮流相關、走在產業方向的前端。

那時候我們挑了鋰電池來做，因為它跟能源應用的「儲能」相關，所以我現在的實驗室也研究如何用石墨烯 （Graphene） 打造鋰電池的陽極。

能源相關的研究，還有另一個分支是「節能」。

在這方面，我們實驗室研究的是一個很有趣的高分子，一種含有三苯胺的高分子材料，其化學式為 （C6H5）3N。這種高分子可以變成很薄的薄膜，柔軟、可透光、只有奈米厚度，通電還能變色，這是很酷的事情，可以應用於建築的窗戶。

▲三苯胺高分子材料，通電後，從透明變成有顏色。（資料來源│顏宏儒）
三苯胺高分子，為何通電後會變色？

（拿出下圖的分子玩具示範）三苯胺原本的結構，有點像直升機的螺旋槳；但通電後，結構會平面化，連帶改變三苯胺高分子的吸收光譜，並吸收部分可見光，因此從透明變成有顏色。



▲三苯胺結構（C6H5）3N，通電後的變化。（模型示意│顏宏儒 圖說設計│林婷嫻、林洵安）
至於不同的三苯胺高分子，通電後會看到什麼顏色，是經過實驗累積得知的，目前已知的實驗結果可參考下圖的調色盤。

▲各種三苯胺高分子，與通電後對應的顏色。（資料來源│顏宏儒）
三苯胺高分子通電會變色，和節能有什麼關係？

因為含有三苯胺的高分子材料，厚度只有奈米等級，沒通電是透明的，我們就可以把它塗層在建築的窗戶上。

大熱天或西曬的時候，陽光會帶來光和熱，我們就能讓窗戶通電變色，透過變色後的三苯胺高分子塗層可隔絕光線和熱能，這樣室內冷氣就不用開那麼強。另外，不同顏色的智能窗，視覺上也是很繽紛的建築材料，就不一定要裝窗簾。

▲深色部分為通電變色的窗戶，也可以隨著喜好或隱私需求，切換變色的區塊。（資料來源│顏宏儒）
目前常見的三苯胺高分子材料應用，是汽車的防眩後視鏡。當駕駛員看到後面的車子開大燈，在後視鏡按個鈕，就可以將鏡子通電，讓後照鏡的塗層顏色變深一點來防眩。另外，波音 787 客機也配備類似的通電變色智能窗。

但為什麼三苯胺高分子材料製作的智能窗，現在一般建築不太常看到呢？因為製備成本太高了。不過這種材料很有趣，是我從大學一直做到博士班的題目，來到中研院仍然繼續研究它，未來還有很多應用潛能值得去嘗試。