近年来，智能窗作为建筑热管理的一项新型节能技术受到广泛关注。传统智能窗中被动窗零能耗但不可控，主动窗可控但需要消耗额外电能，为了实现主被动智能窗的优势互补，本文提出了一种集成光致变色和电致变色功能的智能窗薄膜。薄膜主要由WO3、乙二醇（EG）和银纳米丝构成，具有良好的双波段（可见光和近红外）调制能力(700 nm, 75.9%；1000 nm, 76.7%；2000 nm,69.2%)，响应速度快，可逆性好。通过组装的全固态光电双响应智能窗具有四种工作模式（光致变色亮冷、光致变色暗冷、电致变色漂白和光致变色自漂白）能够满足个性化需求，为室内热管理提供更加智能的节能方案。相关工作以A Photo- and Electrochromic Dual-Responsive Smart Window for Full-Day Photothermal Management为题发表在Small期刊。

本研究设计了一种兼具光/电响应WO₃-EG-Ag复合薄膜智能窗材料，实现四种模式智能调控的全天热管理。其制备方法及微观结构如图1所示：室温合成WO₃纳米颗粒，掺入乙二醇（EG）改善分散性，添加银纳米线（Ag NWs）增强导电性，粒子均匀分布。图2分析了薄膜的组分结构及能带调控，证实WO₃为六方晶相，存在氧空位。图3和图4分别评估了薄膜光变色（PC）、电变色(EC)的响应性能，其调制率分别达到76.6%与76.7%，光致变色在8 h自漂白恢复80.2%透光率，而电致变色时间小于10s。图5展示了集成薄膜智能窗的双响应性能，其拥有四种工作模式（图6），其中电致变色响应时间着色为4.2秒，漂白为10.3秒，光致变色自漂白恢复需8小时，且100次循环后透光率调制衰减<5%，具备多周期使用潜力。该设计为新一代智能窗的发展提供了新思路。

图1.光电双响应膜的合成工艺及微观结构。（a）WO3-EG-Ag薄膜的合成示意图。(b-d) WO3、WO3-EG和WO3-EG-Ag薄膜的SEM图像。(e) WO3-EG-Ag薄膜高倍扫描电镜图像。(f) WO3纳米颗粒的HRTEM图像和SAED图像。(g) WO3-EG-Ag薄膜对应的元素EDX图。

图2.光电双响应薄膜的组成表征。(a) WO3纳米颗粒的XRD谱图。(b) WO3薄膜的高分辨率W的4f能级XPS光谱。(c) WO3薄膜的高分辨率O的1 s能级XPS光谱。(d) WO3、WO3-EG和WO3-EG- Ag薄膜的拉曼光谱。(e) WO3、WO3-EG和WO3-EG- Ag薄膜的紫外-可见-近红外漫反射光谱（DRS）。(f) WO3、WO3-EG、WO3-EG- Ag薄膜带隙Kubelka-Munk函数计算图。

图3.光电双响应膜的光致变色性能。(a,b)不同紫外照射时间下WO3-EG-Ag膜对应的数字图像和透射光谱。(c) WO3-EG-Ag膜自漂白过程的原位透射光谱。(d,e) WO3-EG-Ag薄膜在着色和漂白状态下的高分辨率W的4f能级XPS光谱。(f) WO3-EG-Ag薄膜的光致变色过程示意图。

图4.光电双响应膜的电致变色性能。(a,b)不同电压下WO3-EG-Ag膜对应的数字图像和透射光谱。(c) WO3、WO3-EG、WO3-EG-Ag薄膜在1 m LiClO4/PC电解液中扫描速率为50 mV s−1的循环伏安测试结果。(d) WO3、WO3-EG、WO3-EG-Ag薄膜的EIS分析。(e) WO3-EG-Ag膜在−1~1V的多电位步长下的循环稳定性（2000次循环）。

图5.光电双响应智能窗(PECSW)的双响应性能。(a) PECSW结构示意图。(b)有效面积为3 × 3cm2的PECSW在不同工作模式下的透射光谱及相应的数码照片。(c)自漂白过程中PECSW的原位透射光谱。(d)在−1/1 V下，每30 s施加一次，PECSW在700和1000 nm处的透射光谱。(e) PECSW的循环稳定性测试（每个循环由PC着色、EC着色和EC漂白三个步骤组成）。

图6.PECSW的4种工作模式及工作原理示意图。

小结：综上所述，本文制备了一种具有光电双响应变色特性的WO3-EG-Ag薄膜，并集成在智能窗上，克服了传统智能窗中单一响应局限性。与单个电致变色或光致变色智能窗相比，双响应智能窗不仅可以根据入射光的强度独立改变透光率，还可以通过电刺激主动调节透光率。 PC亮冷、PC暗冷、EC漂白、PC自漂白四种工作模式均可满足个性化需求和提供更节能、更智能的室内温度调节。本研究为WO3材料的开发和应用提供了新的解决方案，为主被动相结合的建筑热管理提供了新方向。

论文信息：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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