AFM：河南大學聯合中國科學院新疆理化技術研究所開發了可大規模生產的智能調光窗，節能效果顯著

河南大學聯合中國科學院新疆理化技術研究所開發了可大規模生產的智能調光窗，節能效果顯著

近日，國際頂尖材料學期刊《先進功能材料》發表了一項重要研究成果，研究團隊成功開發出一種新型電致變色薄膜及其高效、環保的大面積制造技術，為實現智能節能窗戶的規模化生產與應用邁出了關鍵一步。

智能窗戶新突破：高效、快速、大面積制造

電致變色智能窗戶能夠通過施加微小電壓動態調節透光率，從而有效管理進入建筑物的太陽光和熱量，是實現建筑節能的關鍵技術之一。然而，長期以來，高性能電致變色薄膜的大規模、低成本制造一直是個技術難題。

來自河南大學、中國科學院新疆理化技術研究所等機構的聯合研究團隊，創新性地采用狹縫涂布技術和環保水性墨水，成功實現了具有Wadsley-Roth晶體剪切結構的新型鈦鈮氧化物（TiNb?O?）薄膜的高速制備，制備速率高達每分鐘600平方厘米。

性能卓越：透光調節顯著，響應迅速

得益于其獨特的開放晶體剪切通道結構，該TiNb?O?薄膜為鋰離子傳輸提供了高效路徑，離子擴散能壘低至0.22 eV。這使得薄膜表現出優異的電致變色性能：

高光學調制率：在600納米波長下，透光率調制幅度高達82.8%。

器件表現：從實驗室到戶外應用

基于該薄膜，研究團隊成功組裝了面積最大達200平方厘米的大面積電致變色器件。這些器件展現出均勻可逆的顏色變化、高達64.6%的光學調制率以及快速的切換速度（23.4/12.4秒）。

在光熱管理性能測試中：

在氙燈模擬太陽光照射下，器件可實現18.8°C的顯著溫度調控范圍。

在中國河南的實際戶外測試中器件在白天9小時的連續測試中，相比普通雙層玻璃窗，實現了最高約5.0°C的溫度調控。

能源模擬分析（使用OpenStudio和EnergyPlus軟件）進一步證明，該智能窗戶在夏威夷火奴魯魯等溫暖氣候地區，每年每平方米可節約155 MJ的能量，相當于減少43公斤的二氧化碳排放。

圖1 狹縫涂布制備意圖及大面積薄膜展示

圖2 樣品結構及組成分析

圖3 材料的電化學和電致變色性能

圖4 材料的變色機制分析

圖5 動態光熱管理性能

意義與前景：為綠色建筑賦能

此項研究的突破性不僅在于開發了一種高性能電致變色材料，更在于提供了一條環保、高效、可規模化的薄膜制造路徑。該技術采用水基墨水，避免了傳統工藝中有毒有機溶劑的使用，且制備速度快、面積大、均勻性好。

這項工作不僅為高性能電致變色薄膜的規模化生產提供了一種可行的涂層策略，也為智能窗戶和節能應用領域先進材料的設計與制造提供了寶貴的見解，有望加速智能節能窗戶的商業化進程，為全球建筑節能減排目標的實現提供有力的技術支撐。”

隨著全球對建筑節能需求的日益增長，這項技術的發展和應用，將為未來綠色、智能建筑的普及打開一扇新的“窗戶”。

論文信息：

標題: Unlocking Scalable Manufacturing of Electrochromic Windows: Wadsley-Roth TiNb?O? Films with Open Shear Channels for Intelligent Photo-Thermal Management

期刊: Advanced Functional Materials

DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202527930

作者簡介：

蔡國發，二級教授，博士生導師，國家優秀青年基金獲得者，河南省杰青、河南省特聘教授，感光學會電致變色專業委員會副主任兼秘書長，連續入選斯坦福大學2022至2025年全球前2%頂尖科學家“年度影響力排行榜”，榮獲第27屆河南青年五四獎章。現工作于河南大學納米科學與材料工程學院、特種功能材料教育部重點實驗室，高效照明與顯示國家地方聯合工程研究中心。主要研究方向為電致變色納米材料與大尺寸多功能器件，截止目前，以第一/通訊作者在Sci. Adv.、Adv. Mater.、Prog. Mater. Sci.、Adv. Energy Mater.、ACS Energy Lett.、Adv. Funct. Mater.、Mater. Today、Acc. Chem. Res.等期刊上發表論文70余篇。論文他引9000余次，ESI高被引10篇，最高他引次數為990余次，H因子48，主持國家自然科學基金3項，授權發明專利10件。