近日，本课题组撰写的综述论文“Spectral Engineering of Electrochromic Smart Windows for Energy-Efficient Buildings”被期刊《Communications Materials》接收。论文通讯作者为清华大学化工系张如范副教授和博士后吴学科，第一作者为博士生黄娅、赵卓菁。
建筑窗户是连接室内外光、热传递的重要界面，其性能直接影响采光、太阳热增益以及建筑供暖和制冷能耗。相比传统静态玻璃，电致变色智能窗能够通过较低驱动电压可逆调节光学性质，根据环境和使用需求动态控制进入建筑的太阳辐射。随着材料和器件的发展，电致变色智能窗已逐渐从传统的可见光调节拓展至近红外和中红外调控，使窗户能够进一步协调采光、太阳热管理和长波热辐射。
图1. 单波段、双波段和多波段电致变色智能窗的结构与光谱调控特征。
该综述从光谱工程的角度系统梳理了电致变色智能窗的发展脉络，将其归纳为单波段、双波段和多波段三类体系。单波段调控智能窗主要通过调节可见光实现采光、遮光和隐私控制；双波段调控智能窗进一步实现可见光与近红外的差异化调节，使自然采光与太阳热增益能够相对独立控制；多波段调控智能窗则将调控范围进一步拓展至中红外热辐射，从而实现太阳热输入与建筑长波热交换的协同管理。文章系统总结了过渡金属氧化物、导电聚合物、等离子体激元材料、可逆金属电沉积以及多层复合结构等代表性设计策略，并讨论了透明电极、红外透明基底和电解质等器件组件对调控性能的影响。
文章进一步指出，高性能电致变色智能窗不能仅以透过率变化或光学调制幅度进行评价。太阳辐射被窗体吸收后仍可能通过导热、对流和长波辐射进入室内，因此需要综合考虑透射、反射、吸收以及太阳得热等实际热传递过程。同时，随着调控波段和器件结构不断复杂化，大面积均匀性、切换速度、循环稳定性、户外耐候性以及规模化制造等问题正逐渐成为电致变色智能窗进一步应用的重要制约因素。除材料和器件性能外，该综述还从全生命周期角度讨论了电致变色智能窗的可持续性。虽然智能窗能够在建筑运行阶段显著降低供暖、制冷和照明能耗，但透明导电材料、电致变色层、电解质以及复杂制造工艺同样会带来额外的能源和碳排放。因此，未来智能窗设计需要综合考虑材料来源、制造能耗、运行节能、服役寿命以及报废回收等环节，将能源回收期、碳回收期、可回收性和长期稳定性纳入材料和器件开发过程。
图2. 电致变色智能窗的全生命周期研究框架。
该综述认为，电致变色智能窗未来的发展需要从单纯追求光学调制性能，进一步转向光谱精准调控、器件规模化和全生命周期可持续性的协同优化。通过将光谱工程、电化学器件设计、建筑能源模拟和生命周期评价相结合，有望推动电致变色智能窗由实验室功能器件发展为面向低碳建筑的实际节能技术。
《Communications Materials》是Nature Portfolio旗下的材料科学国际期刊，专注于材料科学及其跨学科研究，包括与生物学、化学、物理学和工程学相关的交叉领域。该期刊最新影响因子为9.1，在Materials Science学科中位列JCR Q1区。
