近日，智能科技学院顾敏院士团队成员特聘副研究员王彤联合复旦大学武利民教授在《自然·通讯》（Nature Communications）上发表了题为“同位素驱动水凝胶智能窗实现自适应温度调控”（Isotope-driven hydrogelsmart windows for self-adaptive thermoregulation”）的研究成果。全球建筑能耗约占总能耗的40%，并产生约33%的温室气体排放。作为建筑围护结构中最薄弱的部分，窗户导致了约60%的能量损失，这与传统窗户能效不足及现代建筑高窗墙比密切相关。因此，降低建筑热负荷对于应对气候变化和实现碳中和目标至关重要。热致变色水凝胶智能窗以其零能耗和动态调光能力，成为实现建筑被动式节能的可持续解决方案。然而，H2O对近红外（NIR）能量的显著吸收，严重制约了光谱响应性能的提升。
研究团队创新性地利用同位素氘水（D2O）驱动的水凝胶智能窗体系，有效解决了传统水凝胶近红外强吸收（43%）的核心难题，实现接近理论极限的太阳光（300-2500 nm）透射率调制（ΔTsol=91.97%）和近红外透射调节率（ΔTNIR=91.21%）。在上海实地测试中，该智能窗夏季比环境温度低8℃，冬季升温5.6℃。此外，通过引入银纳米线（Ag NWs）复合结构设计，进一步增强了长波红外发射率（8-14 µm）调控（Δε=31.89%），实现太阳光谱与红外辐射同步管理。该同位素驱动型水凝胶智能窗在调制幅度与能效指数等关键参数上均显著超越现有热致变色器件，为建筑节能领域提供了关键技术方案。如下图所示，相较于传统H2O凝胶智能窗，D2O水凝胶智能窗的太阳光透射率调节率大幅提升。
部分研究成果
复旦大学材料科学系武利民教授、上海理工大学王彤特聘副研究员为通讯作者，复旦大学博士生涂鸿轶为第一作者。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-62432-3
