基于水凝胶的双响应节能智能窗：主动/被动可控辐射冷却新策略

《Nano Energy》：Dual-responsive energy-saving chromic smart windows with active/passive controlled radiative cooling

本文报道了一种水凝胶基智能窗材料，可双重调控太阳光透射率（Tsol）和红外发射率（εLWIR），在温湿度刺激下实现可见光透射率86.8%与红外发射率50.1%的自主调节，具备78.7%的太阳光调制能力和可控辐射冷却（RC）性能。该设计通过被动响应与主动干预（如水雾喷洒）的结合，在多种气候区实现最高23.1℃的室内降温和2.6%-55.9%的年节能率，为建筑节能提供了创新解决方案。

　　

Highlight

通过巧妙的结构设计，成功实现了光致变色材料、辐射冷却材料与水凝胶的结合，可同步或分别调控透射率和发射率。温湿度一方面通过改变水凝胶内部结构（形成散射中心和孔隙塌陷）协同调节光透射率，另一方面通过改变表面不同红外发射率材料的分布比例实现高低红外发射率的切换。此外，吸水层设计确保了上述过程的稳定循环。该设计在实际应用和模拟中均展现出显著的节能效果。

材料与化学品

聚丙烯酸（PAA，分析纯，阿拉丁）、羟基封端聚二甲基硅氧烷（PDMS-OH，分析纯，阿拉丁）、4-二甲氨基吡啶（DMAP，分析纯，阿拉丁）、N,N'-二环己基碳二亚胺（DCC，分析纯，阿拉丁）、四氢呋喃（THF，分析纯，阿拉丁）、聚乙烯醇（PVA，分析纯，阿拉丁）、硬脂酸（SA，分析纯，阿拉丁）、丙烯酰胺（AM，分析纯，阿拉丁）、羟丙基纤维素（HPC，分析纯，Sigma Aldrich公司）、聚丙烯酸钠（PAAS，分析纯，阿拉丁）、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（BIS，分析纯，阿拉丁）

DRRLH的结构与功能设计

为同步实现适应环境条件的自适应太阳光调制和表面热管理（辐射冷却）能力，选择高度可设计的水凝胶作为基础材料。通过精确调控网络结构变化和功能（图1a），在双响应刺激（热和湿度响应性）下实现了所设计水凝胶的光透射率和红外发射率的智能调控。

结论

本研究提出了一种具备太阳光透射率和红外发射率双重调控能力的水凝胶设计。DRRLH水凝胶可响应温度和湿度刺激，主动将太阳光透射率调控范围达78.7%，红外发射率调控范围达60.1%。这使其具备优异的太阳光调制能力和可控辐射冷却性能。室内外测试实验均表明，DRCRL智能窗在各种应用条件下能显著降低室内温度和窗面温度，仿真结果进一步证实该设计可适用于全球不同气候区，为建筑节能提供了新的设计思路和技术方向。