热致变色VO₂因其独特的光学调控特性在智能窗领域受到广泛关注。然而，如何在户外环境中获得兼具长期稳定性和光学可调性的VO₂窗口仍具挑战。本研究提出一种多功能VO₂复合薄膜，其结构包含热致变色VO₂/聚合物层（VO₂颗粒分散于脲基聚二甲基硅氧烷（uPDMS）基质）和表层光滑液体注入多孔表面（SLIPS）（硅油填充多孔结构）。通过将VO₂颗粒包埋于脲基聚二甲基硅氧烷网络，确保了热致变色稳定性。脲基中丰富的氢键与高迁移率的聚二甲基硅氧烷链协同作用赋予材料自修复性能，而表层SLIPS结构则提供自清洁功能。结果表明，该双层复合薄膜具有优异的太阳光调节能力（ΔT_sol=20.25%）、良好的可见光透射率（T_lum,c=47.78%）、显著的自清洁性能（RA=8.9°）以及突出的自修复能力（愈合率=88.48%）。本研究为制备稳定智能节能窗膜提供了可靠策略。

  近年来，社会加速发展导致全球能源消耗升级，加剧了温室效应，引发了广泛的热危机。为实现可持续发展，迫切需要节能减排技术。其中，响应性光调制是节能减排最有效的方式。其中，基于二氧化钒（VO₂）的热致变色材料因其独特的光学可调性能和较低的能源需求而受到广泛关注。VO₂材料在68°C左右发生由单斜晶相（M相）向四方晶相（R相）的相变，这一转变伴随着近红外光（NIR）透射率和电阻的显著变化，而对可见光的透射率几乎没有影响[16-19]。这一特性使VO₂涂层能够在保持室内采光的同时调节太阳能热负荷，被认为是下一代智能调光玻璃的理想材料。

  尽管VO₂薄膜在光热调控领域前景广阔，其实际应用仍面临多重挑战。VO₂颗粒环境稳定性较差，在高湿、紫外辐照或机械应力条件下易发生性能衰减，严重影响使用寿命。现有VO₂基智能窗材料普遍存在抗污性能不足，易受潮气与灰尘吸附导致透光率下降、温控性能衰退及美观度降低。此外，窗体表面VO₂材料难免遭受环境划伤或磨损，进一步加速性能劣化。在这项工作中，为突破上述技术瓶颈并拓展VO₂在智能窗中的应用维度，本研究创新性构建双层VO₂复合薄膜架构：通过脲基聚二甲基硅氧烷共聚物（uPDMS）基质中脲基中的动态氢键的可逆特性赋予材料自修复能力，结合热致变色VO₂粉体的光热调控功能，并在表层构筑光滑液体注入多孔表面（SLIPS）形成自清洁屏障，成功制备出兼具自修复与自清洁特性的热致变色VO₂复合薄膜（图1）。该研究为开发长效自适应热致变色材料建立了新范式，为智能窗应用带来变革性潜力。

图1 VO₂作为智能窗户功能层的工作机制示意图

图2 VO₂纳米颗粒的晶体结构、形态和相变特性。（a）合成的VO₂纳米颗粒的XRD图谱，与标准卡（JCPDS No. 43-1051）相匹配。（b）获得的VO₂纳米颗粒的DSC曲线。（c）获得的VO₂纳米颗粒的SEM图像。（d）获得的VO₂纳米颗粒的TEM图像。插图显示了相应的晶格分辨HRTEM图像。

图3（a）在20°C（实线）和90°C（虚线）下具有不同VO₂含量的VO₂/uPDMS复合薄膜的UV-Vis-NIR透射光谱。（b）不同VO₂含量的VO₂/uPDMS复合薄膜的T_lum,c（20°C）、ΔT_NIR和ΔT_sol。（c）不同VO₂含量的VO₂/uPDMS复合薄膜的断裂伸长率、80°C固化1 h后的断裂伸长率以及愈合效率。（d）划痕愈合前后V4复合膜的显微图像。插图显示了相应的照片（尺寸：20 × 20 mm）。（e）V4复合膜的可见透射光谱（红色）、愈合后（蓝色）和愈合后（绿色）。

图4（a）VO₂复合膜V4/S1示意图。插图显示了注油前后薄膜的表面显微照片。（b）填充1000 cst dso（S1）、1000 cst hso（S2）和1000 cst aso（S3）的薄膜的滚动角度柱状图。插图显示了滚动角度的相应图像。（c）填充10 cst dso（S4）、50 cst dso（S5）、100 cst dso（S6）、1000 cst dso（S1）和5000 cst dso（S7）的薄膜的滚动角度折线图。插图显示相应的滚动角度图像。（d）VO₂复合膜V4/S1双层膜填充1000 cst dso后的防污应用照片。

图5（a）V4和V4/S1复合膜在20°C（实线）和90°C（虚线）下的透射光谱。（b）在20°C（实线）和90°C（虚线）紫外线照射72 h前后V4/S1双层膜的透射光谱。（c）在大型玻璃基板（200 × 200 mm）上制备V4/S1双层膜。（d）本研究和最近报道的多功能VO₂基热致变色薄膜的Tl_um,c和ΔT_sol值：Cr₂O₃/VO₂/SiO₂、VO₂/PDMS、VO₂/SiO₂/TiO₂、具有亚胺键的VO₂复合膜、TiO₂（R）/VO₂（M）/TiO₂（A）、VO₂/Al?Si、具有FOS的飞蛾眼VO₂和SiO₂/TiO₂/VO₂复合膜。

  综上所述，本研究通过简单直接的方法制备了具有热致变色、自修复与自清洁三重功能的VO₂基智能窗用双层薄膜。以脲基聚二甲基硅氧烷共聚物（uPDMS）为基质材料，其优异的疏水特性保障了VO₂结构光学可调性的稳定性，聚合物网络内丰富的氢键与长链运动性赋予复合材料表面自修复能力。此外，在VO₂/uPDMS涂层表面构筑的光滑液体注入多孔表面（SLIPS）结构实现了自清洁功能，污染物可自动脱落以维持表面洁净度，使材料能在户外长期有效实现光热调控。该多功能双层VO₂复合膜的设计策略为智能节能窗体开发提供了新思路。然而，当前VO₂/uPDMS/SLIPS体系在可见光范围内的调控能力仍有不足，未来可通过与聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）等热响应聚合物复合增强可见光调节性能，进一步拓展其应用潜力。

  原文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.5c05493