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  在全球能源緊張與氣候變化的背景下，建筑能耗問題日益突出。建筑圍護結構正從傳統“被動外殼”向具備自適應調控能力的“智慧皮膚”演進。近日，東南大學曹世杰教授/劉賽研究員在Advanced Materials上發表文章，系統總結了熱致變色、可調發射率、輻射制冷及其復合涂層等材料體系在建筑智能窗與墻體輻射界面的研究進展，提出“Smart Skin”概念，重點討論多波段調控、方向性輻射設計與全氣候適應等前沿機制，并進一步分析了與建筑系統集成的路徑與挑戰，為零能耗建筑的發展描繪了藍圖。

從外殼到皮膚：建筑的新命題

  建筑能耗約占全球總能耗的40%，是實現“雙碳”目標的關鍵領域。傳統建筑圍護結構僅僅是抵御外界環境的“外殼”，而無法主動調節熱流與光照。與此同時，城市居民對于熱舒適和光環境的需求不斷提高，單純依賴機械空調系統帶來的能耗壓力和碳排放愈加沉重。如何讓建筑表皮像生物皮膚一樣，能夠“感知”外界環境并“自適應”調節，成為綠色建筑發展的新命題。

智慧皮膚的材料體系

  近年來，功能材料的迅猛發展為建筑“智慧皮膚”提供了可能。如VO?及其改性體系能夠隨溫度變化自動調節紅外透過率；鈣鈦礦展現出優異的可見光變色性能；水凝膠和高分子復合材料則通過相變與含水調控實現熱致光學響應。此外，基于聚合物的可逆薄膜、復合涂層與新型相變材料也在不斷拓展智慧皮膚的功能邊界。這些材料能夠精準作用于太陽光和紅外輻射兩個核心波段，使建筑在不同季節和氣候條件下實現主動調節：冬季提高透光增溫，夏季阻隔紅外降溫，春秋季則維持光照舒適度。智慧皮膚因此不再是“被動屏障”，而是能量交換的“動態界面”。

多波段調控與前沿機制

  文章指出，智慧皮膚的關鍵在于跨波段的精細調控。通過材料設計與結構優化，最好能夠在可見光、近紅外和遠紅外三個波段實現差異化控制，從而滿足全年舒適性需求。文章總結了三種典型工作狀態：在寒冷天氣下最大化透光增溫，在溫和氣候下透過可見光而阻擋部分紅外，在炎熱夏季則全波段隔絕熱量，顯著降低冷負荷。進一步的研究還涉及動態發射率切換與方向性輻射控制，例如通過微納結構實現紅外輻射的角度選擇性散射，以提升立面散熱效率。這些前沿機制正推動智慧皮膚從單一功能走向多維調控與全天候適應。

從實驗室到城市：集成與挑戰

  智慧皮膚的價值最終取決于其能否與建筑系統深度融合。文章總結了幾條關鍵路徑：其一，智能窗與光伏器件的結合，實現光熱調控與能源產出的協同；其二，熱致變色水凝膠與 Trombe 墻集成，在調控熱流的同時兼具空氣凈化；其三，將可變輻射涂層與儲能或通風結構結合，提升晝夜與季節性適應性。

  然而，要推動智慧皮膚從實驗室走向城市，還需解決三個關鍵挑戰：其一是規�；苽�，目前多數高性能材料仍停留在實驗室階段；其二是長期耐久性，建筑使用周期長，材料需能抵御紫外、濕度和熱循環；其三是美學與舒適性，智慧皮膚需要同時滿足建筑美觀與居住者視覺、熱舒適的需求。

總結

  智慧皮膚的提出代表著建筑節能研究的范式轉變。通過多波段光譜調控、動態發射率切換與方向性輻射管理，這類新型圍護結構正突破傳統被動節能的局限，展現出主動響應和智能調控的潛力。文章不僅梳理了材料與建筑交叉領域的最新成果，也為未來零能耗建筑與氣候韌性城市的發展提供了思考方向。隨著規模化制備、長期穩定性與系統集成問題逐步解決，智慧皮膚有望真正“穿”在城市建筑表面，成為下一代綠色建筑的重要標志。

  論文信息：

  Smart Skin for Zero Energy Buildings: A Review of Thermoresponsive Spectral-Adaptive Envelopes
Sai Liu*, Gang Chen, Jian Li, Shi-Jie Cao*
  Advanced Materials (2025)
  DOI: 10.1002/adma.202511392

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202511392