3D色情网站 热能工程系吕松研究员在国际顶级期刊《自然通讯》(Nature Communications)发表最新研究成果

近日，3D色情网站 热能工程系吕松研究员在太阳光谱调制与节能方面取得重要进展。相关成果以 “Thermochromic Hydrogels for Synergistic Mechano-Optical Properties for Global Energy-Saving Potential” 为题，发表在国际顶级学术期刊《自然通讯》(Nature Communications) 上。我校为论文唯一署名单位，3D色情网站 学生杨博文为论文第一作者，吕松研究员为通讯作者。

随着全球能源消耗和碳排放的持续增长，提高能效及可再生能源利用已成为实现碳中和目标的关键途径。作为能量交换的主要通道，窗子是能量损失和多余热量获取的主要来源，尤其在冷热负荷不断攀升的背景下，自适应太阳光谱调制的研究与应用显得尤为重要。太阳光谱调制主要包括光致变色、电致变色和热致变色三类，其中前两者存在工艺复杂、能耗高、成本大的不足；相比之下，热致变色可随环境温度变化自动调节透光状态，无需外部能量输入，具有自适应、零能耗、制备简便、成本低等突出优势，被认为是实现可再生能源利用与节能减排的理想方案。

在众多热致变色材料中，水凝胶因其相变温度接近室温、制备简易、柔韧性优良、环境友好且成本低廉等优势而备受关注。其在低温下具备高透光性，可实现自然采光；在高温下能有效阻隔太阳辐射，实现动态节能。然而，传统水凝胶普遍存在附着力不足、拉伸强度低及弹性模量偏小等问题，易导致长期使用中的结构不稳定和界面失效。尽管通过增加交联密度、引入增强组分或调控含水量可改善力学性能，但往往会牺牲透光率或光调制能力，导致性能间的耦合制约。如何在光学性能、热调控性能与力学性能之间实现协同优化，成为高性能热致变色太阳光谱调制研究的核心科学难题。

针对这一问题，吕松研究团队设计并合成了一种基于复合交联网络结构的热响应型水凝胶（PDH hydrogel），通过自由基聚合由N-异丙基丙烯酰胺（NIPAm）、N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）和2-羟基乙基丙烯酸酯（HEA）制备而成。该水凝胶在光学与力学性能上均实现显著突破，表现出高可见光透过率（T_lum= 97.92%）、强太阳能调制能力（ΔT_sol= 81.70%）以及优异的力学强度（粘附强度54.63 kPa、拉伸强度34.31 kPa、弹性模量约129.35 kPa），成功实现多重性能的协同提升。

图1 PDH水凝胶的性能表征。

得益于增强的机械稳定性，PDH水凝胶可直接涂覆于单层玻璃表面，无需传统热致变色光谱调控常用的玻璃–水凝胶–玻璃夹层结构，从而显著简化制备工艺并提升应用便利性。实际测试结果表明，与商业Low-E玻璃和普通玻璃相比，PDH自适应窗可使白天室内平均温度降低6.95 °C，每日节能量达384.04 kJ m⁻²，显示出突出的节能效果与应用潜力。

图2 PDH自适应窗在实际环境中的应用。

进一步地，研究团队结合全球气候数据，建立了基于PDH水凝胶的全球节能与碳减排（ESCR）性能预测模型，为其在不同地区的应用提供了科学依据。该自适应光谱调控技术可用于船舶、汽车、建筑、工业制造等领域，研究成果不仅为太阳光谱调制和机械强度协同优化设计提供了新思路，也为其全球化应用奠定了重要基础。

图3 PDH全球节能与碳减排（ESCR）性能预测。

文章信息：//www.nature.com/articles/s41467-025-65071-w

【附】《自然通讯》（Nature Communications，简称NC）是由自然出版集团（Nature Portfolio）于2010年创办的开放获取（Open Access）综合性科学期刊，是Nature系列的重要成员之一。该期刊致力于发表在自然科学各领域具有重要创新性和广泛影响力的研究成果，涵盖化学、物理、材料科学、生命科学、地球与环境科学、工程与应用科学等多个学科方向。凭借其严格的同行评审制度、高质量的研究内容及广泛的国际影响力，《自然通讯》已成为全球学术界公认的高水平综合性期刊之一，在推动跨学科研究与科学前沿发展方面发挥了重要作用。

(供稿：热能系  编辑：陈珺瑾  审核：张尊华)