物理学院杨森教授团队在《先进纳米复合材料》发表智能光学材料综述文章

智能光学材料能够在外界刺激下动态改变自身光学性质，在自适应智能窗、动态显示、光学防伪加密等众多领域展现出广阔的应用前景，是下一代光电子技术的重要基础。折射率是描述光与物质相互作用的核心参数，其大小和分布直接决定了光的传播、反射、吸收与散射等行为，是贯穿智能光学材料诸多应用的核心物理量。因此，折射率的设计与调控构成了各类智能光学功能的共同物理基础，对这一核心参量的精确操纵，是实现更强的调制能力、更快响应速度和更复杂光场控制的关键所在。

近日，西安交通大学物理学院智能材料与传感团队在国际期刊Advanced Nanocomposites（《先进纳米复合材料》）上发表综述论文，提出以“折射率工程”为核心概念的统一理论框架。该综述从纳米复合材料的视角出发，凝练出折射率调控的三大策略：光子纳米结构静态设计、材料本征响应动态驱动以及人工智能算法逆向设计，并系统梳理了这些策略在智能窗、动态显示、高灵敏传感与光学防伪加密四大前沿领域的应用进展。在总结当前技术优势的同时，该综述还分析了材料稳定性、响应速度等关键挑战，并展望了多物理场协同响应、非易失性低功耗开关等未来方向，为该领域从分散探索走向系统化协同设计提供了清晰的路线图。

该综述从纳米复合材料的视角出发，将当前主流的折射率调控策略凝练为三大技术路径。一是通过光子纳米结构对有效折射率进行静态设计：通过光子晶体、超表面等亚波长结构的精确设计，实现自然界所不具备的梯度折射率、负折射等效应，从空间分布上重塑折射率场。二是利用材料对折射率的本征响应进行动态驱动：直接利用电场、温度、载流子注入等外场激发相变、等离子体色散等效应，使材料自身折射率发生快速可逆变化。三是利用人工智能算法引导逆向设计：以深度学习模型从目标光学功能出发，直接优化纳米结构中的折射率分布，大幅突破传统设计效率与性能天花板。这三类策略的实现均高度依赖于纳米复合材料的独特性质与精密构筑：在纳米尺度上对组分、结构和界面进行协同设计，让结构调控与功能响应融为一体，从而使智能光学器件在响应速度、调制深度和多维光场操控等方面取得突破。

在应用层面，该综述系统展现了折射率工程在四个前沿领域中的典型进展。在智能窗方面，利用折射率匹配与失配原理，多孔纳米复合薄膜根据湿度、温度或机械形变在透明和散射状态之间发生可逆切换，实现对太阳光的自适应管理，从而降低建筑能耗。在动态显示方面，借助相变材料折射率的大幅可逆变化实现无机械变焦透镜，或通过电化学调控氧化钨纳米盘的折射率，制备出分辨率达视网膜级别的高刷新率电子纸。在传感方面，基于等离激元共振或准连续域束缚态等机制的光学纳米结构，能将生物分子结合引起的局部折射率微小扰动放大为可测光谱信号，实现无标记、高灵敏度的生物与化学传感。在防伪与加密方面，折射率的静态编码与动态切换使信息在透明状态下隐藏，仅在特定溶剂、温度或偏振光照射下才显现，实现多维度信息加密与身份认证。

最后，该综述分析了当前智能光学材料面临的挑战，包括材料循环稳定性、响应速度与能耗之间的平衡、大面积低成本制备工艺，以及算法设计从数字优化到物理制造之间的转化鸿沟等。面向未来，文章提出应重点关注多物理场协同响应、非易失性低功耗光开关、端到端人工智能驱动设计以及柔性可穿戴集成等新兴方向。这一以折射率为核心的统一框架，为智能光学材料提供了共通的技术语言和理论基础，有望推动该领域从多路径并行探索走向系统化协同设计，加速前沿成果从实验室走向实际应用。

该综述文章以“Smart optical nanocomposites enabled by refractive index engineering”（ 基于折射率工程构建的智能光学纳米复合材料）为题发表在期刊Advanced Nanocomposite（《先进纳米复合材料》）上。西安交通大学物理学院为论文第一完成单位，论文第一作者为西安交通大学物理学院博士研究生卓箫笛，物理学院杨森教授与李佳宁助理教授为论文通讯作者。该成果得到了国家自然科学基金、中国载人航天工程空间应用系统项目、香江学者项目与陕西省自然科学基金等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.adna.2026.02.002