河南大学联合中国科学院新疆理化技术研究所开发了可大规模生产的智能调光窗，节能效果显著
近日，国际顶尖材料学期刊《先进功能材料》发表了一项重要研究成果，研究团队成功开发出一种新型电致变色薄膜及其高效、环保的大面积制造技术，为实现智能节能窗户的规模化生产与应用迈出了关键一步。
智能窗户新突破：高效、快速、大面积制造
电致变色智能窗户能够通过施加微小电压动态调节透光率，从而有效管理进入建筑物的太阳光和热量，是实现建筑节能的关键技术之一。然而，长期以来，高性能电致变色薄膜的大规模、低成本制造一直是个技术难题。
来自河南大学、中国科学院新疆理化技术研究所等机构的联合研究团队，创新性地采用狭缝涂布技术和环保水性墨水，成功实现了具有Wadsley-Roth晶体剪切结构的新型钛铌氧化物（TiNb₂O₇）薄膜的高速制备，制备速率高达每分钟600平方厘米。
性能卓越：透光调节显著，响应迅速
得益于其独特的开放晶体剪切通道结构，该TiNb₂O₇薄膜为锂离子传输提供了高效路径，离子扩散能垒低至0.22 eV。这使得薄膜表现出优异的电致变色性能：
高光学调制率：在600纳米波长下，透光率调制幅度高达82.8%。
器件表现：从实验室到户外应用
基于该薄膜，研究团队成功组装了面积最大达200平方厘米的大面积电致变色器件。这些器件展现出均匀可逆的颜色变化、高达64.6%的光学调制率以及快速的切换速度（23.4/12.4秒）。
在光热管理性能测试中：
在氙灯模拟太阳光照射下，器件可实现18.8°C的显著温度调控范围。
在中国河南的实际户外测试中器件在白天9小时的连续测试中，相比普通双层玻璃窗，实现了最高约5.0°C的温度调控。
能源模拟分析（使用OpenStudio和EnergyPlus软件）进一步证明，该智能窗户在夏威夷火奴鲁鲁等温暖气候地区，每年每平方米可节约155 MJ的能量，相当于减少43公斤的二氧化碳排放。
图1 狭缝涂布制备意图及大面积薄膜展示
图2 样品结构及组成分析
图3 材料的电化学和电致变色性能
图4 材料的变色机制分析
图5 动态光热管理性能
意义与前景：为绿色建筑赋能
此项研究的突破性不仅在于开发了一种高性能电致变色材料，更在于提供了一条环保、高效、可规模化的薄膜制造路径。该技术采用水基墨水，避免了传统工艺中有毒有机溶剂的使用，且制备速度快、面积大、均匀性好。
这项工作不仅为高性能电致变色薄膜的规模化生产提供了一种可行的涂层策略，也为智能窗户和节能应用领域先进材料的设计与制造提供了宝贵的见解，有望加速智能节能窗户的商业化进程，为全球建筑节能减排目标的实现提供有力的技术支撑。”
随着全球对建筑节能需求的日益增长，这项技术的发展和应用，将为未来绿色、智能建筑的普及打开一扇新的“窗户”。
论文信息：
标题: Unlocking Scalable Manufacturing of Electrochromic Windows: Wadsley-Roth TiNb₂O₇ Films with Open Shear Channels for Intelligent Photo-Thermal Management
期刊: Advanced Functional Materials
DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202527930
作者简介：
蔡国发，二级教授，博士生导师，国家优秀青年基金获得者，河南省杰青、河南省特聘教授，感光学会电致变色专业委员会副主任兼秘书长，连续入选斯坦福大学2022至2025年全球前2%顶尖科学家“年度影响力排行榜”，荣获第27届河南青年五四奖章。现工作于河南大学纳米科学与材料工程学院、特种功能材料教育部重点实验室，高效照明与显示国家地方联合工程研究中心。主要研究方向为电致变色纳米材料与大尺寸多功能器件，截止目前，以第一/通讯作者在Sci. Adv.、Adv. Mater.、Prog. Mater. Sci.、Adv. Energy Mater.、ACS Energy Lett.、Adv. Funct. Mater.、Mater. Today、Acc. Chem. Res.等期刊上发表论文70余篇。论文他引9000余次，ESI高被引10篇，最高他引次数为990余次，H因子48，主持国家自然科学基金3项，授权发明专利10件。
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