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近日，清华大学的张如范副教授团队在Science Bulletin上发表了题为“High-performance dynamic radiative regulation via controllable macroscopic materials modulation”的展望文章，第一作者为博士生黄娅。该文章系统梳理了当前动态辐射热调控技术的研究现状，深入分析了基于材料微观机制的传统调控策略所面临的瓶颈，并提出通过宏观尺度结构转变实现可逆红外辐射调控的调控思路。文章不仅总结了宏观与微观结构转变两类策略的差异，还探讨了宏观结构调控在实际应用中的优势与挑战，并对未来的发展方向进行了展望。
众所周知，辐射制冷是一种利用大气透明窗口将热量散射至外太空的被动冷却技术，因其无需额外能耗而备受关注。然而，现有大多数辐射制冷材料由于发射率固定，往往在不同气候条件下表现不佳：炎热时有助于散热，但寒冷时则易造成过冷。这意味着，要实现全年、全气候条件下的建筑节能或个人热管理，必须依赖动态辐射调控技术（图1）。过去的研究主要聚焦于微观层面的调控，例如通过相变材料或电致变色材料等，依靠晶体结构或电子结构的变化来调节热辐射。然而，这些方法普遍存在调控幅度有限、制备工艺复杂、成本高昂等问题。
图1. 动态辐射热管理的应用领域
在这项工作中，张如范团队跳出了传统微观纳米结构调控的局限，凝练出通过宏观尺度的结构转变来实现可逆的热辐射调节。其核心思想在于通过材料表面功能层存在状态的切换，实现器件整体中红外波段发射率高低数值的切换。研究团队系统比较了微观与宏观两类调控方式在调控范围、响应速度、耐久性、成本以及可扩展性等方面的差异，发现宏观结构调控能够带来远超微观机制的发射率切换幅度，并在大面积应用中展现出更强的适应性和实用性。更为重要的是，宏观结构调控依赖的原料普遍廉价、工艺简化，相比需要精密纳米加工的微观结构制备方法而言，具有成本更低、规模化潜力更大的显著优势。然而，宏观调控也并不是完美无缺的，它还需要解决耐久性、密封性和长期稳定性等问题。
值得一提的是，张如范团队开发的液流多波段电致变色智能窗正是宏观结构调控的案例之一（Energy & Environmental Science, 2025, 18, 1824-1826）。该窗能够通过电解液的液流状态动态调节其在中红外波段的发射率，并通过控制电致变色材料的氧化还原反应调控可见光和近红外波段的透过率。所制备的液流电致变色智能窗对可见光和近红外波段透过率的调控幅度达到43.53%，对中红外波段发射率的调控幅度达到74%，满足四季分明城市的调控需求。
图2. 典型的宏观动态辐射热调控技术
在这篇展望文章中，他们还结合其他具体案例，讨论了宏观结构调控在建筑节能领域的代表性工作（图2）。总体来看，这种基于宏观结构转变的动态辐射热调控方法不仅显著提升了调控性能，而且具有低成本和易于规模化的优势，为动态辐射热调控提供了一条更具想象力和应用潜力的发展道路。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927325008588
