哈工大高继慧教授团队研发新型水合离子聚合物薄膜 为热致变色节能窗提供新思路

（张又元 王怀远/文 王怀远/图）近日，我校能源科学与工程学院高继慧教授团队在窗体节能及光热管理领域取得重要进展。团队开发出一种基于水合离子聚合物的热致变色薄膜，成功实现了无色态与着色态间的无雾度可逆转变，为新一代节能窗体设计及光热管理提供了新思路。研究成果以《用于建筑热致变色节能窗的水合离子聚合物》（Hydrated ionic polymer for thermochromic smart windows in buildings）为题发表在《自然通讯》（Nature Communications）上。

水合离子聚合物薄膜的水合-脱水变色机理及热致变色调光性能

热致变色节能窗能够根据环境温度变化对太阳辐射进行自适应调节，无需复杂控制与维护，是其走向实际应用的关键。热致变色材料的难点是兼顾透光率、调光能力和转变温度，在其工作温区始终保持视野清晰，无视觉畸变。为此，团队提出的水合离子聚合物体系，可通过温度驱动在水合－脱水过程中诱导Ni2+配位构型在八面体与四面体之间的可逆转变，从而实现吸光行为的显著调控。该材料在冷态下可见光透过率高达87.7%，太阳能调节率可达30.5%，转变温度可在25-42°C范围内灵活调节，适宜不同地区环境温度驱动。

水合离子聚合物薄膜的结构特征及配位重构机制

团队结合原位变温谱学、电子磁性表征等手段，系统揭示了水合离子聚合物材料中Ni2+配位构型动态重构的光谱响应机制，进一步通过控制膜厚和环境湿度，实现了分钟级着色与褪色的快速响应特性，并构建了基于Clausius-Clapeyron方程的转变温度预测模型，为不同气候区域的应用提供了理论支持。

户外实测表明，本文提出的热致变色节能窗在自然光辐照下可降低室温近10°C，隔热效果显著。控温腔能耗测试表明，相较于普通中空玻璃窗，其节能效率超过30%。该材料已通过了200次循环稳定性测试、120天高湿老化及紫外加速老化验证。EnergyPlus能耗模拟显示，其在全球范围内应用，平均节能效率达到11.4%，与Low-E玻璃配合应用后可进一步提升至17.7%，展现出广泛的气候适应性和建筑应用潜力。

水合离子聚合物热致变色节能窗的户外性能评估和老化测试

哈工大为论文唯一通讯单位，能源科学与工程学院博士研究生王怀远为论文第一作者，高继慧教授为唯一通讯作者。该研究得到国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费专项资金项目支持。

论文链接：doi.org/10.1038/s41467-025-61776-0