双温敏性羟丙基纤维素/羧甲基纤维素钠复合水凝胶：智能窗户、信息加密与温度监测的创新应用

研究人员针对热致变色水凝胶在智能窗户和信息加密领域存在的相变温度调节困难、机械性能不足等问题，通过一锅法将羧甲基纤维素钠(CMC)和羟丙基纤维素(HPC)引入聚丙烯酰胺(PAM)网络，开发出具有可调上限临界溶液温度(UCST)和下限临界溶液温度(LCST)的复合水凝胶。该材料在智能窗户中实现90.24%可见光透过率和80.81%太阳能调制能力，兼具QR码多重加密和温度监测功能，为智能材料领域提供新思路。

　　

在智能材料领域，热致变色水凝胶因其能响应温度变化改变光学特性，被视为智能窗户和信息加密的理想材料。然而，现有材料如聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)水凝胶存在相变温度范围窄、体积收缩显著等问题，且纤维素基水凝胶的相变温度调控常依赖易泄漏的无机盐。如何通过简单策略实现多级相变调控，并兼顾机械稳定性和功能多样性，成为制约该领域发展的关键瓶颈。

江苏高校优势学科建设工程资助项目团队通过一锅法合成策略，将羟丙基纤维素(HPC)和羧甲基纤维素钠(CMC)嵌入交联聚丙烯酰胺(PAM)网络，构建了具有双温敏特性的Gel-H/C复合水凝胶。研究采用变温红外光谱和紫外-可见-近红外光谱(UV-vis-NIR)分析分子相互作用，通过力学测试评估材料性能，并设计户外模拟实验验证智能窗户应用效果。

Fabrication and characterization of the Gel-H/C hydrogel
研究发现，CMC的引入不仅通过Na⁺离子与聚合物链的偶极相互作用调控UCST(1°C)和LCST(50°C)，其半刚性链结构还显著提升水凝胶的机械强度（拉伸应力达38.5 kPa）和抗冻性（-20°C保持柔性）。变温红外显示，低于UCST时CMC与PAM形成氢键，高于UCST时转为CMC-水分子氢键网络，而达到LCST后HPC发生疏水聚集相变。

智能窗户性能
夹层结构水凝胶窗户展现优异的光学性能：25°C时可见光透过率(T_lum)达90.24%，25→2°C和25→40°C的太阳能调制能力(ΔT_solar)分别为66.88%和80.81%。户外测试表明，相比普通玻璃可降低室内温度3.4°C，同时满足白天采光与夜间隐私需求。

信息加密与温度监测应用
通过组合不同相变温度的水凝胶，实现了QR码的多重加密：低温(＜UCST)时信息隐藏，中温(UCST-LCST间)显示部分信息，高温(＞LCST)完全解密。该材料还可用于人体温度监测，在32-40°C区间产生明显光学响应。

结论与意义
该研究创新性地利用CMC的离子锁定效应和网络稳定作用，解决了相变温度精确调控与材料稳定性难以兼顾的难题。所开发的Gel-H/C水凝胶在智能建筑、信息安全、医疗监测等领域展现出多重应用价值，为纤维素基智能材料的开发提供了新范式。论文成果发表于《Polymer》，通讯作者为Ming He，第一作者为Zhaodi Yi。