随着社会对建筑节能需求的日益增长，被动辐射制冷技术因其能够通过大气窗口将热量以中红外辐射的形式散发到外太空而备受关注。然而，静态的辐射制冷材料在低温环境下会导致“过冷”现象，反而增加供暖能耗。因此，开发能够动态调节制冷效率的“智能窗”成为研究热点。在众多智能窗技术中，聚合物分散液晶（PDLC）薄膜因其能够通过电场在透明和不透明状态间快速切换而展现出独特优势。但以往的研究多集中于可见光的调控，而占太阳能近一半的近红外光具有显著的光热效应，如何有效屏蔽近红外光以进一步提升整体热管理性能，是一个关键挑战。

  2025年11月2日，北科大王茜/江西师范兰若尘/北大杨槐教授团队在《Advanced Functional Materials》上发表了题为“Enhancing Thermal Management Performance of Switchable Radiative Cooling Film by Multiple Wavelength Modulation”的研究论文。本研究通过分步引入具有中红外（MIR）发射和近红外（NIR）屏蔽功能的纳米粒子，成功制备了FPDLC-SiO₂-CWO高性能复合薄膜，实现了在中红外、近红外和可见光的多波段协同调控与高效热管理。北京科技大学博士研究生杨学琴为文章的第一作者，北京科技大学王茜、江西师范大学兰若尘和北京大学杨槐教授为共同通讯作者。

图1 PRC PDLC 膜的工作原理示意图

  研究发现，通过引入SiO₂纳米粒子所制备的FPDLC-SiO₂薄膜，能够动态调节电压实现从散射到透明的多状态切换，其可见光透过率（T_lum）和太阳光透过率（T_sol）发生了逐级变化，呈现出优异的多级太阳光调控能力，可实现热量的按需多级管理。在多次循环后，FPDLC-SiO₂薄膜的透射率与初始状态相比未发生明显变化，表明其具有出色的循环稳定性和可逆性。值得注意的是，FPDLC-SiO₂薄膜相较于PET薄膜实现了7.3°C的温降，显示出显著的热调节优势。此外，薄膜中包含有大量的C-O-C、C-F和Si-O化学键振动，使其在大气透明窗口内表现出强烈的中红外发射。理论计算结果表明，该薄膜夜间的辐射制冷功率高达147.36 W/m²，在白天800 W/m²太阳辐照下，仍能保持67.36 W/m²的净制冷功率，从理论上证实了该薄膜在一定的换热系数下具有辐射制冷性能。

图2(a) FPDLC-SiO₂薄膜在不同电压下的太阳光透过率变化；(b) FPDLC-SiO₂薄膜在不同电压下T_lum和T_sol的逐级变化；(c) FPDLC-SiO₂薄膜循环200个周期前后的光谱；(d) FPDLC-SiO₂薄膜在不同电压下的照片；(e) 加热测试装置示意图；(f) 不同光照强度下PET、FPDLC和FPDLC-SiO₂测试盒的温度；(g) 不同光照强度下PET和FPDLC/FPDLC-SiO₂测试盒之间的温度变化；(h) FPDLC和FPDLC-SiO₂薄膜在大气窗口内的MIR发射率曲线；（i-j）FPDLC-SiO₂薄膜在不同传热系数下的夜间和白天的模拟辐射冷却功率。

图3(a) Cs_0.33WO₃和CWO纳米粒子在不同介质中分散1天前后的照片；(b) 在水溶液中分散的CWO的吸收光谱；(c-d) FPDLC-SiO₂-CWO薄膜在不同CWO纳米粒子浓度下的开关态透射光谱；(e) FPDLC-SiO₂-CWO薄膜在不同电压下的太阳光透过率变化；（f）在500 W/m²的光照强度下，FPDLC-SiO₂和FPDLC-SiO₂-CWO测试盒之间的实时温度变化差值；（g）玻璃、PET、FPDLC、FPDLC-SiO₂和FPDLC-SiO₂-CWO模型屋的温度变化；（h）与FPDLC-SiO₂-CWO相比，玻璃、PET、FPDLC和FPDLC-SiO₂模型屋的温度变化差值。

  为解决近红外热效应问题，本研究团队引入了聚乙烯吡咯烷酮（PVP）表面功能化的铯钨青铜（CWO）纳米粒子。该纳米粒子在体系中展现出优异的分散稳定性和近红外吸收特性。实验结果表明，在电场驱动下，FPDLC-SiO₂-CWO薄膜能够在保持高可见光透过率的同时，持续有效地阻隔近红外辐射，显著抑制太阳热量进入室内。模型屋测试结果进一步证实，该薄膜具备优异的近红外屏蔽性能与温度调控能力，为其在实际建筑节能中的应用提供了有力支撑。

图4 (a) 户外测试的冷却装置示意图；(b) 2025年3月21日的太阳辐照度和相对湿度；(c) PET和FPDLC/FPDLC-SiO₂薄膜在晴朗天气下的冷却性能对比；(d) 2024年12月3日的太阳辐照度和相对湿度；(e-f) FPDLC和FPDLC-SiO₂薄膜在白天和夜间的冷却性能对比；(g) 2025年1月16日的太阳辐照度和相对湿度；(h-i) FPDLC-SiO₂和FPDLC-SiO₂-CWO薄膜在白天和夜间的冷却性能对比。

  户外实测进一步验证了PRC PDLC薄膜的冷却性能。在350 W/m²的太阳辐照条件下，FPDLC与FPDLC-SiO₂薄膜相较于PET薄膜分别实现了2.7℃与5.6℃的温降。在冬季晴天条件下，FPDLC-SiO₂薄膜处于散射态时的温度比FPDLC薄膜低8.7℃，且在施加电压后温度上升4.5℃，实现了冷却与保温功能之间的动态切换。此外，FPDLC-SiO?-CWO薄膜的温度较FPDLC-SiO₂薄膜进一步降低4.3℃。在夜间测试中，所有薄膜表现出较小的温度波动，表明FPDLC-SiO₂-CWO薄膜同时具备优异的近红外屏蔽能力与辐射制冷性能。

图5 (a) 以商用Low-E玻璃为基准，针对中国32个城市的模型建筑，估算FPDLC-SiO₂-CWO 薄膜在暖通空调（HVAC）方面的节能效果；(b) 以商用Low-E玻璃为基准，针对代表不同气候区的各个城市，估算FPDLC-SiO₂-CWO薄膜在供热与制冷方面的节能效果；(c) PRC PDLC薄膜与其他报道材料的光学性能对比。

  最后，对FPDLC-SiO₂-CWO薄膜进行了全年建筑能耗模拟分析。结果表明，相较于传统Low-E玻璃，该薄膜具备显著的节能效果，HVAC节能高达35.52%（302.21 MJ/m²），体现了多波段协同调控策略的显著优势。进一步地，将所制备的薄膜与已报道的辐射冷却材料进行性能对比，结果显示该薄膜在综合光学性能与节能潜力之间实现了良好的平衡，展现出在先进热管理领域的应用前景。总之，本研究成功开发了一种多功能PRC PDLC薄膜，该薄膜具有优异的太阳光调控能力、近红外光屏蔽特性以及PRC性能，为低能耗建筑中柔性多功能智能窗的开发奠定了基础。

  论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202523554