作者

陈超，郭思佳，张龙，刘炳瑞，劳召欣，李淑一，胡衍雷，吴东

机构

合肥工业大学，安徽农业大学，吉林大学，中国科学技术大学

Citation

Chen C, Guo S J, Zhang L, Liu B R, Lao Z X, Li S Y, Hu Y L, Wu D. 2026. All-flexible self-cleaning hydrogel smart window with multifunctionality based on an electro-thermal manipulator. Int. J. Extrem. Manuf. 8 015501. 

撰稿 | 文章作者

文章导读

开发节能建筑用的调光控温变色膜，对推动能源可持续发展具有重要意义，但如何实现全天候、主动/被动式一体化、防雨、除雾等功能集成仍是当前挑战。近期合肥工业大学的陈超课题组，提出自由基聚合法制备机械性能稳定的杂化水凝胶，通过电致生热和热致相变耦合效应，结合纳米银丝和疏水二氧化硅共组装技术以及仿三明治塑形技术，成功制作了可按需操纵的超柔、自洁、多功能智能窗，并在SCI期刊《极端制造（英文）》期刊上发表了题为“All-flexible self-cleaning hydrogel smart window with multifunctionalities based on an electro-thermal manipulator”的文章。

图文解析

本研究的创新之处在于展示了一种机械性能稳定、仿三明治结构多层设计、可动态且可逆温驱相变水凝胶、透明加热器操纵的SETA智能窗制备方法。通过利用焦耳热原位控制水凝胶温度，可在低温环境对其进行光谱调控。而当外界环境高于临界相变温度时，SETA会自动调至阻光态，从而达到室内降温的功能。这一主动/被动一体化模式对于节能建筑热管理具有重要意义（如图1所示）。

图1 智能变色膜SETA的制备、能谱表征、柔性展示以及机械性能测试。

研究人员结合原位光谱探测和物理建模阐释了SETA的电-热-光三元协同演变的动力学机理。理论计算结果显示，SETA具有优异的太阳光谱（TSolar）调控能力，其透光度可在84.5%和11.3%之间可逆切换，达到导光-阻光按需调制的功能，为实现新型热管理设备提供了新的思路（如图2）。

图2  智能变色膜SETA的光学表征及动态光谱的原位测试。

针对智能变光膜表面易受灰尘堆积的问题，研究人员在SETA表面的纳米银丝网络之间共组装了疏水二氧化硅颗粒，由于Cassie-Baxter效应的形成，SETA界面对多种有机/无机液体展现出极低粘滞力和超强排斥力，从而拥有了仿荷叶表面的自洁性能（如图3）。

图3  智能变色膜SETA的界面力学定量表征、以及疏水自清洁性能测试。

得益于SETA的原位操纵模式，通过电压遥控，可实现多模组的按需像素化开关。基于此，通过在导光态和阻光态之间的任意切换，可对室内温度进行调制，从而调整舒适度。因SETA具有自主控温功能，亦可超快移除窗口表界面的雾气，不仅如此，其优异的防水特性可以赋能SETA在雨天实时保持视野的开阔（如图4）。这项研究相信对未来智能窗口的设计提供一定的参考价值。

图4  智能变色膜SETA的多功能集成应用。

总结与展望

开发超柔性、多层级、超疏水智能变色膜是一种面向未来绿色节能建筑的有效途径。这项工作基于自由基聚合法制备了机械性能稳定的温敏水凝胶，结合结构拓扑学的巧妙设计，通过电热效应与相变效应协同调制太阳光谱，所研究的电-热-光动力学具有重要的理论价值，变色膜的独特设计将助力拓展其在光电子器件、车载天窗、节能建筑、除湿系统等更多领域的应用。

作者简介

陈超，合肥工业大学

陈超，中国科学技术大学博士，合肥工业大学材料学院副教授（人才引进）。面向光伏面板自清洁、节能建筑调光控温等热点问题，长期致力于疏水透光膜的超快激光制造、激光与物质相互作用理论、以及智能变色膜的宏量开发等工作。主持国家自然科学基金、国家重点研发计划子课题等项目。在Nat. Commun.，Nat. Sci. Rev.，Nano Lett.，ACS Nano, Adv. Funct. Mater. (5)，Adv. Sci.，IJEM等国际知名期刊上发表SCI论文40余篇，h因子24。担任Journal of Bionic Engineering青年编委，Biomimetics客编。

劳召欣，合肥工业大学

劳召欣，合肥工业大学仪器学院教授/博导，黄山青年学者。长期从事超快激光微纳加工研究，发表论文40余篇，主持国家自然科学面上基金等项目。获安徽省自然科学一等奖，中国仪器仪表学会金国藩青年奖，中国科学院院长奖等奖励。入选香江学者和安徽省高层次人才计划。

吴东，中国科学技术大学

吴东，中国科学技术大学教授，获全国百篇优博、海外高层次人才计划、国家杰出青年基金，担任Light: Advanced Manufacturing、《中国激光》编委。主要科研方向是飞秒激光微纳加工新机制、新技术及新器件应用，在Nat. Photonics, Light Sci. Appl.，Nat. Comm.，PNAS等期刊发表论文150余篇，他引7000余次。主持科技部重点研发计划、基金委重大仪器、重点项目等，获安徽省自然科学一等奖。