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  隨著社會對建筑節能需求的日益增長，被動輻射制冷技術因其能夠通過大氣窗口將熱量以中紅外輻射的形式散發到外太空而備受關注。然而，靜態的輻射制冷材料在低溫環境下會導致“過冷”現象，反而增加供暖能耗。因此，開發能夠動態調節制冷效率的“智能窗”成為研究熱點。在眾多智能窗技術中，聚合物分散液晶（PDLC）薄膜因其能夠通過電場在透明和不透明狀態間快速切換而展現出獨特優勢。但以往的研究多集中于可見光的調控，而占太陽能近一半的近紅外光具有顯著的光熱效應，如何有效屏蔽近紅外光以進一步提升整體熱管理性能，是一個關鍵挑戰。

  2025年11月2日，北科大王茜/江西師范蘭若塵/北大楊槐教授團隊在《Advanced Functional Materials》上發表了題為“Enhancing Thermal Management Performance of Switchable Radiative Cooling Film by Multiple Wavelength Modulation”的研究論文。本研究通過分步引入具有中紅外（MIR）發射和近紅外（NIR）屏蔽功能的納米粒子，成功制備了FPDLC-SiO₂-CWO高性能復合薄膜，實現了在中紅外、近紅外和可見光的多波段協同調控與高效熱管理。北京科技大學博士研究生楊學琴為文章的第一作者，北京科技大學王茜、江西師范大學蘭若塵和北京大學楊槐教授為共同通訊作者。

圖1 PRC PDLC 膜的工作原理示意圖

  研究發現，通過引入SiO₂納米粒子所制備的FPDLC-SiO₂薄膜，能夠動態調節電壓實現從散射到透明的多狀態切換，其可見光透過率（T_lum）和太陽光透過率（T_sol）發生了逐級變化，呈現出優異的多級太陽光調控能力，可實現熱量的按需多級管理。在多次循環后，FPDLC-SiO₂薄膜的透射率與初始狀態相比未發生明顯變化，表明其具有出色的循環穩定性和可逆性。值得注意的是，FPDLC-SiO₂薄膜相較于PET薄膜實現了7.3°C的溫降，顯示出顯著的熱調節優勢。此外，薄膜中包含有大量的C-O-C、C-F和Si-O化學鍵振動，使其在大氣透明窗口內表現出強烈的中紅外發射。理論計算結果表明，該薄膜夜間的輻射制冷功率高達147.36 W/m²，在白天800 W/m²太陽輻照下，仍能保持67.36 W/m²的凈制冷功率，從理論上證實了該薄膜在一定的換熱系數下具有輻射制冷性能。

圖2(a) FPDLC-SiO₂薄膜在不同電壓下的太陽光透過率變化；(b) FPDLC-SiO₂薄膜在不同電壓下T_lum和T_sol的逐級變化；(c) FPDLC-SiO₂薄膜循環200個周期前后的光譜；(d) FPDLC-SiO₂薄膜在不同電壓下的照片；(e) 加熱測試裝置示意圖；(f) 不同光照強度下PET、FPDLC和FPDLC-SiO₂測試盒的溫度；(g) 不同光照強度下PET和FPDLC/FPDLC-SiO₂測試盒之間的溫度變化；(h) FPDLC和FPDLC-SiO₂薄膜在大氣窗口內的MIR發射率曲線；（i-j）FPDLC-SiO₂薄膜在不同傳熱系數下的夜間和白天的模擬輻射冷卻功率。

圖3(a) Cs_0.33WO₃和CWO納米粒子在不同介質中分散1天前后的照片；(b) 在水溶液中分散的CWO的吸收光譜；(c-d) FPDLC-SiO₂-CWO薄膜在不同CWO納米粒子濃度下的開關態透射光譜；(e) FPDLC-SiO₂-CWO薄膜在不同電壓下的太陽光透過率變化；（f）在500 W/m²的光照強度下，FPDLC-SiO₂和FPDLC-SiO₂-CWO測試盒之間的實時溫度變化差值；（g）玻璃、PET、FPDLC、FPDLC-SiO₂和FPDLC-SiO₂-CWO模型屋的溫度變化；（h）與FPDLC-SiO₂-CWO相比，玻璃、PET、FPDLC和FPDLC-SiO₂模型屋的溫度變化差值。

  為解決近紅外熱效應問題，本研究團隊引入了聚乙烯吡咯烷酮（PVP）表面功能化的銫鎢青銅（CWO）納米粒子。該納米粒子在體系中展現出優異的分散穩定性和近紅外吸收特性。實驗結果表明，在電場驅動下，FPDLC-SiO₂-CWO薄膜能夠在保持高可見光透過率的同時，持續有效地阻隔近紅外輻射，顯著抑制太陽熱量進入室內。模型屋測試結果進一步證實，該薄膜具備優異的近紅外屏蔽性能與溫度調控能力，為其在實際建筑節能中的應用提供了有力支撐。

圖4 (a) 戶外測試的冷卻裝置示意圖；(b) 2025年3月21日的太陽輻照度和相對濕度；(c) PET和FPDLC/FPDLC-SiO₂薄膜在晴朗天氣下的冷卻性能對比；(d) 2024年12月3日的太陽輻照度和相對濕度；(e-f) FPDLC和FPDLC-SiO₂薄膜在白天和夜間的冷卻性能對比；(g) 2025年1月16日的太陽輻照度和相對濕度；(h-i) FPDLC-SiO₂和FPDLC-SiO₂-CWO薄膜在白天和夜間的冷卻性能對比。

  戶外實測進一步驗證了PRC PDLC薄膜的冷卻性能。在350 W/m²的太陽輻照條件下，FPDLC與FPDLC-SiO₂薄膜相較于PET薄膜分別實現了2.7℃與5.6℃的溫降。在冬季晴天條件下，FPDLC-SiO₂薄膜處于散射態時的溫度比FPDLC薄膜低8.7℃，且在施加電壓后溫度上升4.5℃，實現了冷卻與保溫功能之間的動態切換。此外，FPDLC-SiO?-CWO薄膜的溫度較FPDLC-SiO₂薄膜進一步降低4.3℃。在夜間測試中，所有薄膜表現出較小的溫度波動，表明FPDLC-SiO₂-CWO薄膜同時具備優異的近紅外屏蔽能力與輻射制冷性能。

圖5 (a) 以商用Low-E玻璃為基準，針對中國32個城市的模型建筑，估算FPDLC-SiO₂-CWO 薄膜在暖通空調（HVAC）方面的節能效果；(b) 以商用Low-E玻璃為基準，針對代表不同氣候區的各個城市，估算FPDLC-SiO₂-CWO薄膜在供熱與制冷方面的節能效果；(c) PRC PDLC薄膜與其他報道材料的光學性能對比。

  最后，對FPDLC-SiO₂-CWO薄膜進行了全年建筑能耗模擬分析。結果表明，相較于傳統Low-E玻璃，該薄膜具備顯著的節能效果，HVAC節能高達35.52%（302.21 MJ/m²），體現了多波段協同調控策略的顯著優勢。進一步地，將所制備的薄膜與已報道的輻射冷卻材料進行性能對比，結果顯示該薄膜在綜合光學性能與節能潛力之間實現了良好的平衡，展現出在先進熱管理領域的應用前景。總之，本研究成功開發了一種多功能PRC PDLC薄膜，該薄膜具有優異的太陽光調控能力、近紅外光屏蔽特性以及PRC性能，為低能耗建筑中柔性多功能智能窗的開發奠定了基礎。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202523554