随着全球能源危机加剧，建筑能耗（尤其是空调暖通系统）已成为能源消耗的主要部分。智能窗作为建筑节能的关键技术，能够根据环境变化动态调节太阳辐射。然而，传统的二氧化钒（VO?）基热致变色智能窗在实际应用中仍面临三大核心挑战：可见光透过率与调控效率的权衡、环境稳定性差（易氧化）以及单一的被动调节模式。此外，在寒冷气候下，智能窗的防冰/除冰功能以及低发射率保温性能也是亟待解决的难题。

  针对这一关键难题，中国科学院福建物质结构研究所吴立新研究员领导的研究团队，创新性地构建了一种“三明治结构”多功能涂层体系用于智能窗体。该智能体系包括透明PDMS/MXene-AgNP光热层、AgNWs电热导电层以及嵌入VO2纳米颗粒的PVDF-TrFE/PDMS纳米纤维热致变色层。通过光热与电热协同调控机制，实现了VO2相变的快速触发与精确控制，有效解决了传统智能窗响应速度慢、调控能力不足的问题。同时，引入微纳结构构建的超疏水表面，使材料具备优异的自清洁及抗结冰性能。

  2026年4月1日，相关成果以“Superhydrophobic Thermochromic Coating With Dual Photo-Electrothermal Modulation for All-Season Energy Efficiency Smart Window” 为题，发表于国际权威期刊 《Advanced Functional Materials》。论文第一作者为中科院大学博士生 Alix Marcelle Sansi Seukep，通讯作者为丁晓红博士和吴立新研究员。

1、三明治结构设计与多模态调控机制

  传统VO?薄膜由于内在的吸收特性，往往在提升调控效率时牺牲了透明度。为解决这一本质矛盾，团队开发了三层功能协同体系：

  光热底层：采用透明PDMS基底嵌入MXene-银纳米颗粒（AgNP）杂化材料，利用等离激元共振效应实现高效光吸收；电热中间层： 引入稀疏银纳米线（AgNW）网络，提供低电压驱动的焦耳热；热致变色顶层： 通过电纺技术制备VO?纳米颗粒嵌入的PVDF-TrFE/PDMS纳米纤维，构筑超疏水表面。

  该设计允许在强光下通过光热效应被动触发变色，在阴雨或极寒天气通过电热主动辅助调控，实现了全天候的灵活控制。

图1. 智能窗涂层设计

2、光学性能与红外发射率调节

  该复合涂层在光学性能上表现出色，实现了透明度与调节力的双重提升：

  高透过率：涂层在室温下的可见光透过率（Tlum）高达 73.9%，远超实用化门槛（60%）；调控力强： 太阳能调控能力（ΔTsol）达到 12.48%，近红外调控力（ΔTNIR）达 21.3%；发射率自适应： 涂层可根据温度动态调节热发射率（高温态ε=0.86，低温态ε=0.30），在夏季增强辐射冷却，冬季抑制热量流失。

3、超疏水特性与极端环境下的防冰/除冰性能

  利用电纺制备的纳米纤维微纳结构，涂层展现了极强的环境自适应性：

  超疏水自清洁： 表面接触角达 152°，滚动角仅为 5.1°，能够有效隔绝水汽，防止VO?氧化降解；被动防冰：在-15°C环境下，结冰延迟时间相比普通玻璃延长了 12.3倍，冰粘附力显著降低；主动除冰： 结合光热/电热效应，涂层可在数十秒内迅速融化表面积雪或冰层，保障了智能窗在严寒地区的正常工作。

图2. 超疏水涂层的防污和防冰性能

4、建筑能耗仿真与实用化前景

  团队利用EnergyPlus软件对全球30个城市的建筑能耗进行了模拟验证。结果表明，相比普通玻璃，采用S-TSW涂层的智能窗在不同气候区均表现出显著的节能效果：

  节能效率：在地中海气候及荒漠气候下，年度暖通空调（HVAC）能耗最高可降低 36.73%；减排贡献： 每年每平方米可减少约 62.8 kg 的二氧化碳排放。

  此外，涂层在经过72小时强紫外线照射、沙尘磨损及水冲刷测试后，仍保持稳定的超疏水和热致变色性能，证明了其优异的机械耐久性和耐候性。

图3. 智能调节温度及节能效果

  近年来，该团队围绕功能涂层的结构设计与多场响应调控开展了系列研究工作。在前期研究中，团队通过构建PVDF-TrFE/PDMS纳米纤维网络，实现了兼具高透明性与优异附着性能的超疏水涂层体系，为光学器件和建筑玻璃提供了稳定的表面功能基础(Progress in Organic Coatings 2025, 208, 109470)；进一步发展了基于光热驱动的自修复超疏水涂层，实现了在太阳光照条件下快速恢复表面功能，并显著提升材料在复杂环境中的耐久性和抗结冰能力(J. Mater. Chem. A, 2026, 14, 9464-9479)。针对交通工具（如汽车挡风玻璃）对大规模生产及环保性的需求，开发了一种无氟、环保型UV固化聚氨酯基超疏水涂层，并验证其中汽车上的防冰除冰效果（Progress in Organic Coatings 2025, 204, 109225）。此外，针对风电叶片的健康监测，开发了光/热双固化高陶瓷负载PZT/聚合物复合智能涂层（Ceramics International 2026, https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2026.03.414）。这些研究为本工作中多功能智能窗体系的构建奠定了重要基础。该系列研究从材料结构调控到器件应用实现了系统性突破，为发展高性能智能调控材料与节能器件提供了新思路，在绿色建筑、低碳节能及智慧城市等领域具有广阔应用前景。

  文献详情：

  Alix Marcelle Sansi Seukep, Zhixiang Cui, Damas Rossel Pandzou, Mujtaba Aminu Muhammad, Zixiang Weng, Longhui Zheng, Xiaohong Ding, Lixin Wu. Superhydrophobic Thermochromic Coating With Dual Photo-Electrothermal Modulation for All-Season Energy Efficiency Smart Window, Advanced Functional Materials, 2026, e75218.

  DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.75218

通讯作者简介：

  丁晓红，中科院福建物构所博士后，主要从事功能高分子复合材料、智能涂层及柔性传感材料研究。

  吴立新，中科院福建物构所二级研究员，长期致力于高性能树脂、3D打印材料及纳米复合材料的开发与应用。