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热致变色智能窗被广泛应用于调节建筑能量交换，以节约建筑能耗。究和开发“全气候”型智能窗户，既能在夏季阻隔过多的阳光直射，又能在冬季降低室内热能的辐射损失，“冬暖夏凉”，不仅有利于显著改善建筑内的舒适性，更有利于节约能源，促进低碳经济发展。然而，大多数智能窗户工作温度固定，节能效率中等，不适合不同(冷热)气候。

本研究中，中山大学付俊教授课题组和福州大学江献财副教授课题组合作报道了一种能够满足不同气候条件需要的热致变色水凝胶智能窗，具有强大的温度调制范围。水凝胶具有可调相转变温度而实现在不同的气候全天候建筑温度调节。本研究基于热致变色聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-N,N-二甲基丙烯酰胺)水凝胶，其临界转变温度为32.5 ~ 43.5℃，可用于智能窗户，在无能量输入的情况下，全光谱的太阳调制率可达88.84%，固有透过率可达91.30%。在北纬23°~ 39°的不同城市进行了冬夏模拟室内研究。结果表明，与玻璃窗户相比，智能窗户在夏季具有很强的太阳调制能力，可将室内温度降低至7.3°C，在冬季具有有效的节能能力，可节省4.30 J/m3的能源。通过3D打印水凝胶，制作了具有网格图案和中国剪纸艺术的智能窗户，实现了太阳调制和光线入射。该策略为实现低碳经济的热致变色智能窗提供了创新路径。该项研究以“Printable Thermochromic Hydrogel-Based Smart Window for All-Weather Building Temperature Regulation in Diverse Climates”为题发表在Advanced Materials上。

图1 热致变色水凝胶的合成和相转变温度调控。

聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）是著名的LCST（低临界共溶温度）型聚合物。当温度升至LCST（约32.5℃）以上时，PNIPAM水凝胶会由透明态转变为不透明态。利用这一特性，研究团队通过引入亲水性单体N, N二甲基丙烯酰胺（DMAA），与NIPAM共聚（图1a），在32.5 °C-43.5 °C范围内实现了对LCST的连续调控（图1b）。当温度低于其LCST时，P(NIPAM-DMAA)共聚物水凝胶透明度极高，全波段的光透过率大于91.30%（图1c），在LCST以上温度则不透明（图1d）。利用一系列P(PNIPAM-DMAA)水凝胶制作智能窗户，实现了环境温度响应的阳光调节：当环境温度高于LCST时，智能窗户变得不透明，在全波段范围内阻隔太阳光照射，有效地减弱了可见光和红外热辐射，避免室内温度过高，调节能力可达88.84%，实现了调节能力的突破。

图2 (a) 3D打印的图案化水凝胶凝胶智能窗，(b)兼顾了窗户可视化和光调节，(c)智能窗户与窗花、中国结等文化元素结合。

研究团队通过不同纬度多个城市、不同季节的室内模拟测试，证实了该智能窗户具有室内温度调节能力和建筑节能效果。大多数智能窗户在工作状态下都是不透明状态，损失了可视化功能。该团队提出一种平衡可视功能和太阳光调节能力的新策略，借助3D打印技术构筑了网格状或图案化智能窗户，首次实现了具有可视功能和太阳光调节能力的水凝胶智能窗户（图2）。该策略可应用于开发具有文化特色的智能窗户，将窗花、中国结和文创作品等文化元素与智能窗户集成，具有广泛的应用前景。

该“全气候型”智能窗户大大地拓展了应用范围，提升了智能窗户应用于建筑节能的能力，为开发新一代智能窗户提供了新的思路，对于低碳经济发展具有重要的意义。

全文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202211716

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