近年來，智能窗作為建筑熱管理的一項新型節(jié)能技術(shù)受到廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)智能窗中被動窗零能耗但不可控，主動窗可控但需要消耗額外電能，為了實現(xiàn)主被動智能窗的優(yōu)勢互補，本文提出了一種集成光致變色和電致變色功能的智能窗薄膜。薄膜主要由WO3、乙二醇（EG）和銀納米絲構(gòu)成，具有良好的雙波段（可見光和近紅外）調(diào)制能力(700 nm, 75.9%；1000 nm, 76.7%；2000 nm,69.2%)，響應(yīng)速度快，可逆性好。通過組裝的全固態(tài)光電雙響應(yīng)智能窗具有四種工作模式（光致變色亮冷、光致變色暗冷、電致變色漂白和光致變色自漂白）能夠滿足個性化需求，為室內(nèi)熱管理提供更加智能的節(jié)能方案。相關(guān)工作以A Photo- and Electrochromic Dual-Responsive Smart Window for Full-Day Photothermal Management為題發(fā)表在Small期刊。

本研究設(shè)計了一種兼具光/電響應(yīng)WO?-EG-Ag復(fù)合薄膜智能窗材料，實現(xiàn)四種模式智能調(diào)控的全天熱管理。其制備方法及微觀結(jié)構(gòu)如圖1所示：室溫合成WO?納米顆粒，摻入乙二醇（EG）改善分散性，添加銀納米線（Ag NWs）增強導(dǎo)電性，粒子均勻分布。圖2分析了薄膜的組分結(jié)構(gòu)及能帶調(diào)控，證實WO?為六方晶相，存在氧空位。圖3和圖4分別評估了薄膜光變色（PC）、電變色(EC)的響應(yīng)性能，其調(diào)制率分別達(dá)到76.6%與76.7%，光致變色在8 h自漂白恢復(fù)80.2%透光率，而電致變色時間小于10s。圖5展示了集成薄膜智能窗的雙響應(yīng)性能，其擁有四種工作模式（圖6），其中電致變色響應(yīng)時間著色為4.2秒，漂白為10.3秒，光致變色自漂白恢復(fù)需8小時，且100次循環(huán)后透光率調(diào)制衰減<5%，具備多周期使用潛力。該設(shè)計為新一代智能窗的發(fā)展提供了新思路。

圖1.光電雙響應(yīng)膜的合成工藝及微觀結(jié)構(gòu)。（a）WO3-EG-Ag薄膜的合成示意圖。(b-d) WO3、WO3-EG和WO3-EG-Ag薄膜的SEM圖像。(e) WO3-EG-Ag薄膜高倍掃描電鏡圖像。(f) WO3納米顆粒的HRTEM圖像和SAED圖像。(g) WO3-EG-Ag薄膜對應(yīng)的元素EDX圖。

圖2.光電雙響應(yīng)薄膜的組成表征。(a) WO3納米顆粒的XRD譜圖。(b) WO3薄膜的高分辨率W的4f能級XPS光譜。(c) WO3薄膜的高分辨率O的1 s能級XPS光譜。(d) WO3、WO3-EG和WO3-EG- Ag薄膜的拉曼光譜。(e) WO3、WO3-EG和WO3-EG- Ag薄膜的紫外-可見-近紅外漫反射光譜（DRS）。(f) WO3、WO3-EG、WO3-EG- Ag薄膜帶隙Kubelka-Munk函數(shù)計算圖。

圖3.光電雙響應(yīng)膜的光致變色性能。(a,b)不同紫外照射時間下WO3-EG-Ag膜對應(yīng)的數(shù)字圖像和透射光譜。(c) WO3-EG-Ag膜自漂白過程的原位透射光譜。(d,e) WO3-EG-Ag薄膜在著色和漂白狀態(tài)下的高分辨率W的4f能級XPS光譜。(f) WO3-EG-Ag薄膜的光致變色過程示意圖。

圖4.光電雙響應(yīng)膜的電致變色性能。(a,b)不同電壓下WO3-EG-Ag膜對應(yīng)的數(shù)字圖像和透射光譜。(c) WO3、WO3-EG、WO3-EG-Ag薄膜在1 m LiClO4/PC電解液中掃描速率為50 mV s?1的循環(huán)伏安測試結(jié)果。(d) WO3、WO3-EG、WO3-EG-Ag薄膜的EIS分析。(e) WO3-EG-Ag膜在?1~1V的多電位步長下的循環(huán)穩(wěn)定性（2000次循環(huán)）。

圖5.光電雙響應(yīng)智能窗(PECSW)的雙響應(yīng)性能。(a) PECSW結(jié)構(gòu)示意圖。(b)有效面積為3 × 3cm2的PECSW在不同工作模式下的透射光譜及相應(yīng)的數(shù)碼照片。(c)自漂白過程中PECSW的原位透射光譜。(d)在?1/1 V下，每30 s施加一次，PECSW在700和1000 nm處的透射光譜。(e) PECSW的循環(huán)穩(wěn)定性測試（每個循環(huán)由PC著色、EC著色和EC漂白三個步驟組成）。

圖6.PECSW的4種工作模式及工作原理示意圖。

小結(jié)：綜上所述，本文制備了一種具有光電雙響應(yīng)變色特性的WO3-EG-Ag薄膜，并集成在智能窗上，克服了傳統(tǒng)智能窗中單一響應(yīng)局限性。與單個電致變色或光致變色智能窗相比，雙響應(yīng)智能窗不僅可以根據(jù)入射光的強度獨立改變透光率，還可以通過電刺激主動調(diào)節(jié)透光率。 PC亮冷、PC暗冷、EC漂白、PC自漂白四種工作模式均可滿足個性化需求和提供更節(jié)能、更智能的室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)。本研究為WO3材料的開發(fā)和應(yīng)用提供了新的解決方案，為主被動相結(jié)合的建筑熱管理提供了新方向。

論文信息：Y. Zhang, Y. Ding, F. Lan, W. Zhang, S. Zhao, Y. Huang, R. Li, J. Li*, and R. Zhang*. A Photo- and Electrochromic Dual-Responsive Smart Window for Full-Day Photothermal Management Small (2025).

https://doi.org/10.1002/smll.202501977

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