近日，智能科技學院顧敏院士團隊成員特聘副研究員王彤聯合復旦大學武利民教授在《自然·通訊》（Nature Communications）上發表了題為“同位素驅動水凝膠智能窗實現自適應溫度調控”（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%，并產生約33%的溫室氣體排放。作為建筑圍護結構中最薄弱的部分，窗戶導致了約60%的能量損失，這與傳統窗戶能效不足及現代建筑高窗墻比密切相關。因此，降低建筑熱負荷對于應對氣候變化和實現碳中和目標至關重要。熱致變色水凝膠智能窗以其零能耗和動態調光能力，成為實現建筑被動式節能的可持續解決方案。然而，H2O對近紅外（NIR）能量的顯著吸收，嚴重制約了光譜響應性能的提升。
研究團隊創新性地利用同位素氘水（D2O）驅動的水凝膠智能窗體系，有效解決了傳統水凝膠近紅外強吸收（43%）的核心難題，實現接近理論極限的太陽光（300-2500 nm）透射率調制（ΔTsol=91.97%）和近紅外透射調節率（ΔTNIR=91.21%）。在上海實地測試中，該智能窗夏季比環境溫度低8℃，冬季升溫5.6℃。此外，通過引入銀納米線（Ag NWs）復合結構設計，進一步增強了長波紅外發射率（8-14 μm）調控（Δε=31.89%），實現太陽光譜與紅外輻射同步管理。該同位素驅動型水凝膠智能窗在調制幅度與能效指數等關鍵參數上均顯著超越現有熱致變色器件，為建筑節能領域提供了關鍵技術方案。如下圖所示，相較于傳統H2O凝膠智能窗，D2O水凝膠智能窗的太陽光透射率調節率大幅提升。
部分研究成果
復旦大學材料科學系武利民教授、上海理工大學王彤特聘副研究員為通訊作者，復旦大學博士生涂鴻軼為第一作者。
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-62432-3
