自带升温“体质”？这是一款让暖气有压力的“智能窗”！

窗户作为建筑的主体单元，对光热传输转换起到主导作用，因此被认为是建筑中最不节能的部件之一。热致变色智能窗可以根据环境温度变化被动地进行光调制如可见光（0.38-0.78 μm）透过率、近红外（0.78-2.5 μm）透过率及中红外（2.5-20μm）发射率，由于其过程中不消耗任何能源因此能对建筑进行有效的热管理并降低能耗。然而，在始终保持热致变色智能窗高透明度的条件下同时调节近红外和中红外光仍具有挑战性。

针对这一问题，南京大学研究团队提出一种基于形状记忆聚合物的热致变色智能窗，可在超过50%的可见透明下同时实现44.0%的近红外调制和76.5%的中红外调制，具备优异的温度调节性能，有望推动节能建筑发展。相关研究近期发表于《国家科学评论》。

研究团队首先分析了理想的热致变色智能窗应具备的光学特性，其在寒冷的情况下应保证所有的太阳光进入室内并具备红外低发射率以减小热量的散失，在炎热的情况下应仍保持高的可见透明度，并拥有高近红外反射率以减小热量输入和高中红外发射率以增大制冷性能。

理想热致变色智能窗应具有（a）光学传输示意图（b）光学切换性能

在此基础上，研究团队基于形状记忆聚合物设计了如下的热致变色智能窗器件，该器件由具有高发射特性的热塑性聚氨酯（TPU）层、具有可见选择性透过的一维光子晶体层、起粘接作用的光学胶带层、用于温度敏感智能可逆切换的双向形状记忆聚合物（2W SMP）层和具有红外低发射特性的氧化铟锡（ITO）基底层的三明治结构组成，它能够在制热模式（应对低温环境）下卷起，实现86.9%的可见透过率、67.3%的近红外透过率和12.3%的中红外发射率；在制冷模式（应对高温环境）下铺平，实现63.4%的可见透过率、22.3%的近红外透过率和88.7%的中红外发射率，该可逆切换与理想情况保持一致。

（a）结构切换示意图（b）器件光学照片（c）分层结构示意图（d）一维光子晶体结构（e）器件光学性能（f）器件红外照片

该器件实际测试中在夏天白天可实现比普通玻璃低4度的降温效果，在冬天白天比普通玻璃高2度的降温效果，在春天晚上比普通玻璃高1度的保温效果。

（a）户外测试装置照片（b）对照组红外照片（c）夏天白天温度对比（d）冬天白天温度对比（e）春天晚上温度对比

该器件在室内外测试中都发现具备优异的切换性能，并在建筑能耗模拟中于全球不同气候区都比普通玻璃有更优的全季度节能效果。

（a）室内循环测试（b）户外切换记录（c-e）器件与普通玻璃在不同地区的建筑能耗分析对比

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A highly visible-transparent thermochromic smart window with broadband infrared modulation for all-season energy savings. National Science Review, doi:10.1093/nsr/nwae408