近日，智能科技學(xué)院顧敏院士團(tuán)隊(duì)成員特聘副研究員王彤聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)武利民教授在《自然·通訊》（Nature Communications）上發(fā)表了題為“同位素驅(qū)動(dòng)水凝膠智能窗實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)溫度調(diào)控”（Isotope-driven hydrogelsmart windows for self-adaptive thermoregulation”）的研究成果。全球建筑能耗約占總能耗的40%，并產(chǎn)生約33%的溫室氣體排放。作為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中最薄弱的部分，窗戶導(dǎo)致了約60%的能量損失，這與傳統(tǒng)窗戶能效不足及現(xiàn)代建筑高窗墻比密切相關(guān)。因此，降低建筑熱負(fù)荷對(duì)于應(yīng)對(duì)氣候變化和實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)至關(guān)重要。熱致變色水凝膠智能窗以其零能耗和動(dòng)態(tài)調(diào)光能力，成為實(shí)現(xiàn)建筑被動(dòng)式節(jié)能的可持續(xù)解決方案。然而，H2O對(duì)近紅外（NIR）能量的顯著吸收，嚴(yán)重制約了光譜響應(yīng)性能的提升。
研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地利用同位素氘水（D2O）驅(qū)動(dòng)的水凝膠智能窗體系，有效解決了傳統(tǒng)水凝膠近紅外強(qiáng)吸收（43%）的核心難題，實(shí)現(xiàn)接近理論極限的太陽(yáng)光（300-2500 nm）透射率調(diào)制（ΔTsol=91.97%）和近紅外透射調(diào)節(jié)率（ΔTNIR=91.21%）。在上海實(shí)地測(cè)試中，該智能窗夏季比環(huán)境溫度低8℃，冬季升溫5.6℃。此外，通過(guò)引入銀納米線（Ag NWs）復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步增強(qiáng)了長(zhǎng)波紅外發(fā)射率（8-14 μm）調(diào)控（Δε=31.89%），實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光譜與紅外輻射同步管理。該同位素驅(qū)動(dòng)型水凝膠智能窗在調(diào)制幅度與能效指數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)上均顯著超越現(xiàn)有熱致變色器件，為建筑節(jié)能領(lǐng)域提供了關(guān)鍵技術(shù)方案。如下圖所示，相較于傳統(tǒng)H2O凝膠智能窗，D2O水凝膠智能窗的太陽(yáng)光透射率調(diào)節(jié)率大幅提升。
部分研究成果
復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系武利民教授、上海理工大學(xué)王彤特聘副研究員為通訊作者，復(fù)旦大學(xué)博士生涂鴻軼為第一作者。
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-62432-3
