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  廣東工業(yè)大學(xué)高粱副教授課題組在《Advanced Materials》發(fā)表了關(guān)于全季節(jié)熱致變色窗的研究成果，提出了一種基于聚乙烯醇縮醛（PVP）相變液體的不對稱窗結(jié)構(gòu)（PLA窗），為建筑光熱調(diào)控提供了新的科學(xué)解決方案。

一、相變液體的科學(xué)設(shè)計與制備

  研究利用聚乙烯醇（PVA）與丙醛的縮醛化反應(yīng)，構(gòu)建了具有自報告特性的PVP相變液體合成體系：

• 溫度響應(yīng)機制：通過設(shè)定縮醛化反應(yīng)溫度（10-70°C），體系在達到臨界縮醛度（AD）時發(fā)生透明-渾濁相轉(zhuǎn)變，相變溫度（T_c）與反應(yīng)溫度嚴格對應(yīng)，實現(xiàn)了T_c的可預(yù)測調(diào)控。該過程通過動態(tài)監(jiān)測相分離行為（如透射率變化）精準終止反應(yīng)，避免了傳統(tǒng)方法的試錯性調(diào)整。

• 抗凍性能的化學(xué)基礎(chǔ)：原位摻雜溴化鈉（NaBr）作為分散劑，通過破壞水分子氫鍵網(wǎng)絡(luò)，使PVP液體在-15°C下保持液態(tài)，解決了傳統(tǒng)水基材料的低溫凍結(jié)問題，相關(guān)機制通過紅外光譜和冰點降低實驗驗證。

• 綠色合成工藝：采用零排放一鍋法，副產(chǎn)物丙醛通過減壓蒸餾回收（殘留量<9 ppm），較傳統(tǒng)聚合物合成減少80%以上溶劑消耗，符合綠色化學(xué)原則。

二、不對稱結(jié)構(gòu)的光熱調(diào)控機制

  PLA窗由“透明玻璃-PVP液體-低輻射（Low-E）玻璃”構(gòu)成，通過界面物理特性實現(xiàn)定向光熱管理：

• 夏季冷卻模式（T＞T_c）：PVP液體渾濁態(tài)的微米級相分離結(jié)構(gòu)（粒徑>1000 μm）散射太陽輻射，近紅外（NIR）透過率從52.1%降至4.8%，凈冷卻功率達246.5 W/m2，對應(yīng)建筑負荷降低32%。

• 冬季保溫模式（T＜T_c）：透明態(tài)PVP液體吸收NIR（吸收率87%）并通過Low-E層反射長波紅外（LWIR），室內(nèi)熱輻射損失減少58%，凈加熱功率113.9 W/m2，經(jīng)傅里葉紅外光譜證實其輻射率達85%。

• 動態(tài)響應(yīng)特性：相變過程熱滯后寬度<5°C，響應(yīng)時間與顆粒生長動力學(xué)匹配，符合一階相變理論模型。

三、材料性能的科學(xué)驗證

• 耐久性測試：經(jīng)過1000次-15°C至40°C熱循環(huán)和等效8年紫外輻射（1500 W/m2），PVP液體的相變溫度漂移<2°C，透射率衰減<5%，證明了化學(xué)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

• 普適性分析：通過Flory-Huggins相互作用參數(shù)（χ_eff）關(guān)聯(lián)縮醛度與相分離行為，建立了χ與反應(yīng)時間、溫度的定量關(guān)系（S_cr=exp[0.841×ln(D×(F(T_c,t)-1)+3)])，為不同氣候區(qū)定制化設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。

• 節(jié)能模型：基于氣候數(shù)據(jù)庫的動態(tài)模擬顯示，在廣州、北京等典型氣候區(qū)，PLA窗年節(jié)能達217-325 MJ/m2，較傳統(tǒng)Low-E玻璃提升25%-40%，該數(shù)據(jù)通過建筑熱平衡方程驗證。

四、科學(xué)意義與局限

  該研究突破了傳統(tǒng)熱致變色材料在溫度可調(diào)范圍、低溫穩(wěn)定性和合成可控性的瓶頸，建立了“反應(yīng)條件-分子結(jié)構(gòu)-宏觀性能”的直接關(guān)聯(lián)。然而，目前PVP液體在高濕度環(huán)境下的長期密封性、大面積制備時的顆粒均勻性等問題仍需進一步研究。未來可通過納米顆粒分散技術(shù)或復(fù)合涂層優(yōu)化，提升其工程適用性。

  這項工作為智能建筑材料提供了新的研究范式，其核心價值在于通過化學(xué)合成的精準控制實現(xiàn)功能的可設(shè)計性，為后續(xù)熱響應(yīng)材料的發(fā)展奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。

  論文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202504208