新型热致变色系统在建筑智能窗中的应用：兼具紫外屏蔽与动态辐射冷却功能的可见光/近红外同步调控

为解决建筑能耗中窗户对太阳光调控不足的问题，研究人员开发了一种基于溶胶-凝胶衍生的二脲硅杂化基质掺杂碳点（CDs）和离子液体[BMIm]Cl的热致变色（TT）系统。该系统通过表面等离子体共振效应（SPRE）实现可见光（555 nm）和近红外（1100 nm）透射率变化分别达31%和27%，并具备优异的循环稳定性，为热带气候区建筑的自适应节能窗提供了创新解决方案。

　　

随着全球变暖加剧和城市热岛效应凸显，建筑能耗中约40%来自窗户的热量交换。传统静态窗户无法动态调节太阳光透射，导致制冷能耗激增。尽管电致变色窗（ECW）技术已取得进展，但其依赖外部电源的特性限制了普及。热致变色窗（TTW）因其零能耗自调节特性成为理想替代方案，但现有材料在紫外（UV）屏蔽、宽温域响应和辐射冷却（RC）性能上存在明显短板。

葡萄牙的研究团队在《Journal of Science: Advanced Materials and Devices》发表研究，设计了一种创新型TT系统。该系统以二脲交联聚氧丙烯（POP）/硅氧烷杂化基质（d-U′(2000)）为载体，掺杂非洲百合叶衍生的碳点（CZ-300-3 CDs）和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐（[BMIm]Cl）离子液体。CDs提供UV屏蔽功能，而[BMIm]Cl通过丁基链的trans-gauche构象转变实现30–70°C宽温域热响应。银（Ag）岛屿的引入进一步通过表面等离子体共振效应（SPRE）增强光热转换效率。

关键技术包括：原子力显微镜（AFM）分析表面形貌，紫外-可见-近红外（UV-vis-NIR）光谱测定透射率变化，傅里叶变换红外光谱（FT-IR）表征化学结构，X射线衍射（XRD）验证非晶态特性，以及热重分析（TGA）评估材料稳定性。

3.1 热致变色层特性
AFM显示[BMIm]Cl浓度增加使表面粗糙度（Ra）从48.23 nm（n=50）升至86.72 nm（n=5）。接触角测试表明n=5样品疏水性最强（61.33 mN/m表面能），而XRD证实杂化基质为非晶态，仅在22°出现POP链有序化峰。

3.2 器件性能
Ag-TTD_dU'
5在70°C下实现555/1100 nm波长透射率变化ΔT=31/27%，比n=50样品提升5倍。循环测试显示，经过10次30–70°C热循环后ΔT稳定在33%，且静置1个月后性能未衰减。LWIR光谱中9.2 μm处的C–O–C键振动峰表明其在"大气透明窗口"（8–13 μm）具备高发射率（ε_LWIR
），有利于辐射冷却。

该研究突破性地将UV屏蔽、动态光热调控和被动辐射冷却功能集成于单一器件。d-U′(2000)基质中POP链的C–O–C和Si–O–Si键贡献了0.78–0.95的ε_LWIR
值，媲美聚二甲基硅氧烷（PDMS）。与基于κ-卡拉胶（CARR）的TTD相比，新型器件操作温域更宽（30–70°C vs 40–60°C），更适合极端气候。未来通过环境老化试验验证耐久性后，这种基于生物质CDs和离子液体的绿色设计，或将成为智能建筑窗技术的重要里程碑。