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RMR Distinguished Scholar | Associate Professor Zhang Rufan from Tsinghua University Publishes a Systematic Review on Photothermal Regulation Materials, Ushering in a New Chapter from Passive Energy Saving to Intelligent Thermal Management

Issuing time:2026-08-14 20:49
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导语

全球能源危机与气候变化持续加剧,建筑热管理、能源高效利用以及人体热舒适调控面临严峻挑战。传统依赖压缩机制冷与供暖的热管理方式不仅消耗大量能源,同时伴随着显著的碳排放。因此,发展无需外部能源输入、依靠材料自身光热特性实现温度调控的新型技术,成为绿色能源与低碳发展的重要方向。

光热调控(Photothermal Regulation, PTR)材料通过精准调节材料对太阳光和热红外辐射的吸收、反射、透射及发射行为,可实现被动太阳能加热、被动辐射制冷以及智能动态热调节。然而,传统光热调控材料通常具有固定的光谱响应特征,难以适应昼夜变化、季节变化以及复杂环境条件,在实际应用中容易出现过度加热或过度冷却等问题,限制了其进一步推广。

围绕这一前沿方向,清华大学张如范副教授针对光热调控材料的发展机制、材料体系及未来应用趋势开展系统综述研究,全面总结了光热调控技术的理论基础、静态调控材料以及动态智能调控体系。文章深入解析了光与材料相互作用、热辐射规律以及光谱选择性调控机制,系统介绍了被动太阳能加热材料、被动辐射制冷材料以及响应温度、电场、机械力和湿度变化的动态光热调控材料。

该综述进一步提出未来光热调控材料的发展方向,即通过结合智能响应机制、多功能结构设计以及规模化制造技术,推动热管理材料由传统固定功能向自适应、智能化方向发展,为低碳建筑、智能窗户、个人热管理以及先进能源系统提供重要理论依据与技术支撑。


文章信息
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DOI:

https://doi.org/10.1016/j.revmat.2026.100249

文章亮点速览

亮点一|解析光热调控核心机制

揭示材料光谱调控与热管理性能之间的内在联系。

光热调控材料的核心在于对太阳辐射和热红外辐射进行精准控制。文章系统总结了光-物质相互作用、热辐射理论以及光谱选择性设计原则,阐明材料通过调节吸收、反射、透射和发射行为实现升温或降温的物理机制,为高性能光热调控材料设计提供理论基础。

亮点二|构建静态与动态光热调控体系

系统梳理从被动节能材料到智能响应材料的发展路径。

文章全面总结了两类光热调控材料体系:

一方面,针对静态光热调控材料,系统介绍了被动太阳能加热材料和被动辐射制冷材料的发展,包括碳基吸热材料、选择性太阳能吸收材料、白色和彩色辐射制冷材料以及透明辐射制冷材料等。

另一方面,针对动态光热调控材料,重点总结了温敏、电致、机械响应和湿度响应型材料体系,展示了材料根据环境变化自主调节热行为的发展趋势。

亮点三|推动智能热管理未来发展

提出面向低碳应用的新一代光热调控材料发展方向。

文章指出,未来光热调控材料需要进一步突破传统静态性能限制,通过融合智能响应机制、多物理场调控以及先进制造技术,实现更加精准、高效和自适应的热管理。同时,光热调控材料将在零能耗建筑、智能能源系统、可穿戴热管理以及先进装备热控制领域展现广阔应用前景。


文章核心图表
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结语
随着能源需求持续增长和全球气候问题不断突出,发展高效、低能耗的热管理技术已成为实现可持续发展的重要方向。光热调控材料凭借无需外部能源输入、可直接利用太阳能与宇宙冷源的独特优势,为未来绿色能源利用和智能温控提供了新的解决方案。

张如范副教授围绕光热调控材料开展的系统综述,全面总结了从被动太阳能加热、被动辐射制冷到动态智能调控的发展历程,构建了光热调控材料的完整技术框架。该工作不仅深化了对光谱调控机制与材料结构设计关系的认识,也为下一代智能热管理材料的发展提供了重要指导。

未来,随着先进材料设计、人工智能辅助优化以及规模化制备技术不断突破,光热调控材料有望在建筑节能、新能源利用、智能制造以及高端装备热管理领域发挥更加重要的作用,推动热管理技术由传统能耗驱动向智能调控与零能耗方向转变。



作者介绍
张如范





清华大学

副教授、博士生导师



张如范,清华大学化工系教研系列副教授、特别研究员、博士生导师、国家高层次人才计划入选者、中国颗粒学会青年理事、中国化学会奖励推荐委员会委员、中国能源学会专家委员会委员、中国微米纳米技术学会青年工作委员会委员、中国材料研究学会高级会员、中国化工学会专业会员,SusMat、Carbon Energy、Carbon Neutralization、Particuology及Exploration 青年编委。主要从事纳米碳材料以及功能纳米材料的可控制备与性能表征及应用等方面的研究,取得多项突破性科研成果。在Science、Nature Nanotechnology、Science Advances、Nature Communications 等期刊发表论文84篇。申请发明专利12项;撰写学术专著7部。曾获侯德榜化工科学技术青年奖、中国化学会青年化学奖、《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”、中国新锐科技人物、清华大学2020年春季学期在线教学优秀教师奖、2019国际化学元素周期表年《中国青年化学家元素周期表》入选者、教育部自然科学一等奖、清华之友-刘述礼育才奖、瑞士乔诺法(Chorafas)青年研究奖、教育部博士研究生学术新人奖等奖励。

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点击链接,获取文章全文:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S3050913026001166

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Review of Materials Research (RMR) 接收综述类论文,重点涵盖以下类型稿件:

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  • Strategic Commentary(战略评述):针对重大科研战略领域的专题评述。

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  • Polymer Materials(高分子材料):高分子材料的重要理论进展、结构调控策略与性能提升研究。

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  • 免全部 APC 出版费(开放获取),线下纸刊1 万册全球赠送推广;

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  • RMR & TMR的发表数量与引用情况将作为:增选学会理事的重要依据、二级分会设立的参考指标;

  • 对在RMR & TMR贡献突出的学者:在院士推选、国家奖励推荐、青年人才举荐等方面享有同等条件优先的政策。

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  • 单一第一作者 + 单一通讯作者

投稿方式

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RMR 官网:

https://www.sciencedirect.com/journal/review-of-materials-research

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https://www.sciencedirect.com/journal/transactions-of-materials-research


出品|中国材料研究学会

来源|中国材料研究学会期刊中心

作者|马艳

排版|马艳



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