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光热调控超材料的应用与创新(二）
客座编审
哈尔滨工业大学
李 垚 教 授
哈尔滨工业大学
豆书亮 研究员
哈尔滨工业大学
徐洪波
副
教授
香港理工大学
潘梦瑶 助理研究员
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电致变红外发射率器件研究进展
张虎林, 王兰喜, 陈明俊, 陈曦, 张翔, 王晓毅, 何延春, 倪壮, 李坤, 杨淼, 王虎, 李垚
材料导报
2026,40(12 ):25070137 -11. DOI:10.11896/cldb.25070137
摘要
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电致变红外发射率器件(e-TIED)通过电场/电流动态调控红外辐射特性,在智能热管理、隐身伪装及建筑节能等领域展现出重要的应用价值。本文从材料本征特性调控与光学结构设计双维度系统评述了电致红外发射率调控的核心策略与研究进展。一方面,基于无机电致变色材料(如氧化钨)、有机导电聚合物(如聚苯胺)、金属(如银)、二维材料(如石墨烯)等变色体系,揭示了离子插层效应、载流子浓度调控及相变协同作用对发射率的调控机制;另一方面,综述了Fabry-Perot谐振腔、超表面、光子晶体及局域表面等离子体共振等光学谐振结构,分析了电磁模式耦合、共振峰动态调谐对红外辐射特性的增强效应。然而,现有e-TIED研究多受限于单一维度策略的优化:或过度聚焦材料本征优化(如开发新型电致变色材料),或片面专注于结构设计(如构建多层膜体系),导致红外发射率调控陷入性能瓶颈。针对此挑战,本文阐明了材料本征特性与光学结构的协同作用是实现红外发射率调控性能突破的关键,以期为新一代e-TIED的开发提供理论指导与技术参考。
参考文献
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多维度评价
温度响应性光子晶体材料研究进展
罗青, 李东, 宋鑫瑞, 潘梦瑶, 张学忠, 武元鹏
材料导报
2026,40(12 ):25080159 -9. DOI:10.11896/cldb.25080159
摘要
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温度响应性光子晶体材料(TRPC)通过其周期性结构与温敏性材料的协同作用,将温度变化转化为裸眼可辨的结构色变化,在可视化传感器、智能显示、信息加密与防伪等领域具有广阔的应用前景。近年来,TRPC因其稳定性、无能耗、易于识别等优势,在光子晶体材料研究领域受到极大关注。本文综述了TRPC结构色转变、制备方法及其应用前景的研究进展,系统总结了光子晶体结构色基于晶格参数、折射率及观察角度的调控策略,介绍了基于温敏性形状记忆材料、晶型转变以及相分离材料的TRPC构筑方法,以及在温度传感、图案化显示及信息加密等领域的应用。最后,分析了当前TRPC材料所面临的挑战,并展望了其未来的研究方向和发展方向。
参考文献
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多维度评价
胶体光子晶体防伪材料的设计策略与应用前景
徐华国, 赵九蓬, 程娜, 常硕, 王申, 赵欣, 杨朝琨, 潘梦瑶, 王乐滨, 李垚
材料导报
2026,40(12 ):25070078 -16. DOI:10.11896/cldb.25070078
摘要
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胶体光子晶体(Photonic crystal,PC)防伪材料因其独特的结构色、可控的光子带隙以及相对便捷的鉴别方式,在防伪领域展现出广阔的应用前景。本文系统综述了胶体PC在防伪领域的研究进展。首先,概述了可见变色型、隐形及其他新型胶体PC防伪材料等体系;其次,详细探讨了上述三类胶体PC防伪材料的设计策略、制备方法、安全等级及鉴别手段;最后,分析了该领域的应用前景及当前面临的关键挑战,为构建新一代兼具高安全性、动态响应和多模态特性的防伪材料体系提供了理论支持与技术指导。
参考文献
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多维度评价
整体式光热制氢催化材料研究进展
赵佳豪, 陈钇江, 孙一涵, 鲁欣欣, 李泽彪, 于姗
材料导报
2026,40(12 ):25050147 -10. DOI:10.11896/cldb.25050147
摘要
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随着全球化石燃料的逐步枯竭以及环境污染问题的日益严峻,氢能作为一种清洁、高效的能源载体,其重要性愈发凸显。发展清洁、可持续的制氢技术已成为当前能源领域的迫切任务。光热催化技术因其以绿色能源驱动、成本相对低廉等优势,在应对能源危机与气候变化方面展现出巨大的潜力。本文首先阐述了整体式光热催化制氢技术的主要优势,进而依据光热材料的不同特性,将整体式光热催化制氢体系划分为泡沫型、纤维型、凝胶型、木材型以及生物质型等多种体系。这些光热材料凭借其优异的光热转换效率、良好的热稳定性与化学稳定性以及丰富的多孔结构等特点,在未来清洁能源系统中占据重要地位。此外,本文还探讨了整体式光热催化材料在海水蒸发与废水净化等领域的应用潜力,最后总结了整体式光热体系在制氢领域所面临的关键挑战与未来的发展前景。
参考文献
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多维度评价
氧化钼的多尺度结构设计与近红外光热性能研究
刘霜, 刘泓佑, 解东生, 李根元, 蒋文达, 刘白羽, 李雪姣
材料导报
2026,40(12 ):25070113 -7. DOI:10.11896/cldb.25070113
摘要
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光热疗法作为新型肿瘤治疗策略,凭借近红外光响应材料的热能转换特性实现癌细胞定向消融,具有微创性、精准靶向性及低全身毒性等特点。相较于传统近红外一区(NIR-I,780~1 000 nm),近红外二区光(NIR-II,1 000~1 700 nm)因更深的组织穿透能力和更低的光能损耗展现出独特优势。其中,氧化钼纳米材料因其可调控的光学性能和表面特性而被广泛研究。本研究分别以四水钼酸铵和钼粉为原料,通过水热/溶剂热法精准调控反应参数,成功制备出纳米颗粒、纳米带及纳米片三种形貌的氧化钼纳米材料。详细分析不同形貌纳米氧化钼的物相结构、显微形貌、吸收光谱及禁带宽度等,进一步对比探究了在近红外一区和二区的生物安全功率范围内样品的多尺度结构与光热升温性能、光热转换效率和光热稳定性之间的关系。结果表明,纳米MoO
3-
x
均具有良好的NIR-II光热转换性能,而纳米级形貌差异(颗粒/带/片)又显著影响其光热转换效率。其中二维纳米片因独特的层状结构和表面等离子体效应,实现了对NIR-II光的高效吸收与热能转化,在近红外二区响应下的光热治疗癌症领域具有重要的潜在应用价值。
参考文献
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多维度评价
铝掺杂铯钨青铜耐湿热稳定及透明隔热性能研究
张经纬, 曹曌, 季晓广, 郭建辉, 刘波, 李文靓, 龚春红
材料导报
2026,40(12 ):25080215 -7. DOI:10.11896/cldb.25080215
摘要
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铯钨青铜(Cs
0.32
WO
3
)因其高可见光透过率和优异的近红外屏蔽性能,在智能节能窗领域极具应用潜力,但其光学性能易受环境中水、氧、热、光等因素影响而劣化。本工作提出一种铝单质还原-氧化掺杂策略,结合固相法,成功制备了铝掺杂铯钨青铜纳米材料(Al-Cs
0.32
WO
3
),显著提升了材料的湿热稳定性。铝掺杂不仅抑制晶粒生长,有效降低颗粒尺寸,还赋予材料优异的耐湿热稳定性。随着铝(Al)掺量增大,铝原子在晶界处的异质界面效应抑制了晶粒生长,使得Cs
0.32
WO
3
的平均粒径从初始的约176 nm逐渐减小至81 nm以下。将0.5%(质量分数)Al掺量的铯钨青铜(0.5%Al-Cs
0.32
WO
3
)与聚乙烯醇缩丁醛(PVB)进行复合制备薄膜,其在550 nm可见光透过率达71.6%时,950 nm近红外屏蔽率为92.8%,320 nm紫外屏蔽率高达99.2%,具有优异的透明隔热性能。经“双85”条件(温度85 ℃,相对湿度85%)测试,0.5%Al-Cs
0.32
WO
3
样品在加速老化60 d后近红外屏蔽性能仅衰减2.3%,显著优于未掺杂Cs
0.32
WO
3
样品(衰减4.0%),表现出优异的耐湿热稳定性。该研究为铯钨青铜在节能建筑中的产业化应用提供了关键技术支撑和性能优化策略。
参考文献
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多维度评价
电致变色MOF材料的研究进展
王申, 严闪闪, 梁文城, 毛阳俊, 许青青, 潘梦瑶, 赵俊华, 徐洪波
材料导报
2026,40(12 ):25090138 -13. DOI:10.11896/cldb.25090138
摘要
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电致变色是指材料收到电信号刺激后,通过离子和电子双嵌入/脱出实现可逆地改变材料的光学性质(透射率、反射率、吸收率、发射率)的过程。金属有机框架(Metal-organic framework,MOF)材料因其可调控的孔道结构、丰富的氧化还原活性位点、高度可功能化的组成,在电致变色领域展现出巨大的应用潜力。本综述聚焦于以Ni、Zn、Cu等过渡金属为核心金属节点与羧酸类及氮杂环类配体构筑的电致变色MOF材料,系统探讨其电致变色性能与机制,重点论述MOF材料的设计与可控合成策略,包括关键组成单元的设计(金属节点选择、有机配体工程化、功能化修饰)和薄膜制备技术(液相沉积法、溶剂热法、界面组装法等),深入剖析在反应机理阐释、规模化制备、长期稳定性等方面面临的核心挑战,最后从原位表征、机器学习辅助材料开发、器件结构创新、产业化工艺等角度提出未来研究方向。本综述旨在为推动高性能MOF基电致变色材料的实际应用提供理论参考与技术展望。
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多维度评价
纤维素基热致变色智能窗的研究进展
王世豪, 魏丽诗, 刘鸿智, 李昆霖, 李渊, 潘梦瑶, 宋姗姗, 宋永明
材料导报
2026,40(12 ):25090199 -9. DOI:10.11896/cldb.25090199
摘要
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纤维素基热致变色智能窗可在低温透明与高温遮光状态之间可逆切换,实现对太阳光的动态调控,从而达到建筑节能降耗的目的。该热致变色智能窗具有环境友好、节能高效和成本低廉等突出优势,无需外部能源驱动,根据环境温度自动调节透光率,夏季隔热、冬季透光,可以显著降低建筑能耗,已成为当前建筑热管理领域的研究重点与应用热点。然而,目前针对此类智能窗的研究仍存在明显不足,尤其是变色机理与性能优化策略,尚未形成全面系统的理论阐述。本文从纤维素的热响应特性出发,系统阐述了智能窗的研究进展,包括结构与变色机理、响应温度、响应时间、太阳光调制幅度、力学性能、抗冻性能及功能集成化,最后总结了当前研究亟需解决的突出问题,并展望了未来的研究方向与发展前景。
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多维度评价
水凝胶基太阳能界面蒸发材料设计及研究进展
王敏, 胥建美, 朱玉轩, 吴英震, 徐国荣, 徐克, 杨扬
材料导报
2026,40(12 ):25090005 -10. DOI:10.11896/cldb.25090005
摘要
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太阳能界面蒸发技术作为一种绿色、清洁且可持续的水净化方式,通过利用太阳能从海水、废水等水体中生产清洁淡水,为解决全球淡水短缺问题展现出巨大的应用潜力。在该技术体系中,蒸发器的基底材料是影响系统性能的关键构成要素,其微观结构与理化性质直接决定蒸发速率和光-蒸汽转换效率。近年来,水凝胶凭借独特的三维互联多孔网络、卓越的亲水性以及功能可调控性,被视为构建高性能太阳能界面蒸发器的理想平台材料,受到广泛研究和关注。本文系统综述了水凝胶基太阳能界面蒸发材料的最新研究进展,重点分析了提升蒸发性能的热学调控和水传输调控策略,并介绍了水凝胶基蒸发器在海水淡化、废水处理、化学资源提取、水电联产、大气集水与农业灌溉等多个领域的创新应用。最后,总结并讨论了该技术在实际应用中所面临的挑战,并对其未来发展方向进行了展望。
参考文献
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多维度评价
仿贝壳分层砖-泥结构薄膜实现高效日间辐射冷却
李欣, 谭海彦, 孔德浩, 芦雯雯, 张彦华
材料导报
2026,40(12 ):25110057 -8. DOI:10.11896/cldb.25110057
摘要
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本工作首先通过水热法合成了镁-铝水滑石(Mg-Al LDH),随后在去离子水中将其与纳米纤维(CNF)共混,并通过简单的抽滤-冷冻干燥的方法制备了Mg-Al LDH/CNF薄膜,利用仿贝壳分层砖-泥结构实现了高效的日间辐射冷却性能。该薄膜以Mg-Al LDH为“砖块”、CNF为“砂浆”共同构建了层状结构,Mg-Al LDH提供稳定的层状基体,CNF则充当层间“粘结剂”,增强了薄膜的光学散射、力学强度、热稳定性。该薄膜在紫外-可见-近红外区域展现出出色的光学性能,反射率高达95.6%,红外发射率为94.9%。在户外实测中,复合薄膜降温能力可达10.4 ℃,最大辐射制冷功率可达138.54 W·m
-2
。该薄膜有望在绿色建筑、节能材料及高温环境下的热管理系统中得到广泛应用,推动能源效率的提升和可持续发展。
参考文献
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渝ICP备16013121号-6
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光热调控超材料的应用与创新(二）
