建筑门窗是室内外光热交换的重要通道。传统玻璃难以根据外界环境变化动态调节太阳光透过率，容易造成夏季室内过热、冬季太阳辐射利用不足等问题。电致变色智能窗能够在外加电压作用下实现透明态与着色态之间的可逆切换，被认为是兼顾建筑节能、光热管理与室内舒适性的关键技术路径。

  近日，东华大学材料科学与工程学院、先进纤维材料全国重点实验室王宏志教授、李克睿研究员团队在电致变色智能窗领域取得新进展。团队提出了一种基于多酸团簇的一体式电致变色玻璃设计策略，实现了对太阳光全谱段的高效调控，为低成本、长寿命、大面积智能窗的开发提供了新的解决方案。

  2026年4月23日，相关成果以“Scalable all-in-one electrochromic glazing for full-spectrum solar radiation management”为题，发表于《Nature Sustainability》。

1.有机凝胶的设计

  研究团队提出了一种新的电致变色策略—动态聚集增强等离子体共振（DarpE）策略。该策略以多酸纳米团簇作为独特功能单元，构建了具有悬浮分散结构的电致变色杂化凝胶，并通过电刺激调控多酸团簇在凝胶体系中的分散与聚集过程。基于这一设计，团队成功实现了DarpE器件对太阳光全谱段的高效调控，克服了传统多层电致变色器件结构复杂、制备流程繁琐等限制，制备出低成本、长寿命、可大面积加工的一体式电致变色器件。该器件的太阳光谱调制幅度达到86.4%，着色状态下平均透过率为1.4%，展现出优异的深度遮光与太阳辐射调节能力（图1）。

图1. 基于动态聚集增强等离子体共振（DarpE）的太阳光全谱段电致变色智能窗。

2.宽光谱电致变色机制

  在DarpE器件中，施加电压后，多酸团簇会在电场作用下迁移至电极界面，并发生多电子转移过程。多个电子的注入促使多酸团簇由初始绝缘态逐渐转变为半导体的金属态，从而显著增强其可见光区域吸收能力。与此同时，高还原态多酸团簇在静电相互作用驱动下发生可逆聚集，引起团簇空间分布的动态重构。团簇聚集体之间增强的等离子体耦合作用进一步提升了近红外区域的吸收，使器件能够同时调控可见光与近红外光，从而实现优异的太阳光全谱段调节性能（图2）。

图2. 团簇的多电子转移及聚集行为协同增强近红外光的等离子体共振吸收。

3.电致变色性能

  为了进一步提升器件的长期稳定性，研究团队在凝胶体系中引入极性聚合物框架。聚合物框架一方面可通过极性基团与多酸团簇产生相互作用，另一方面能够依靠空间位阻效应限制团簇的过度聚集，避免形成难以重新分散的大尺寸聚集体。这一设计使多酸团簇的“分散—聚集”过程更加可逆，从而保证器件在反复切换过程中仍能保持稳定可靠的电致变色性能，使其在5万次循环后仍能保持90.3%的光学调制能力。即使对于≥900cm²的大尺寸电致变色器件，依旧保持出色的光学调控与稳定性（图3）。

图3. 极性聚合物框架实现的可逆聚集行为及高稳定电致变色玻璃的大面积制备。

4.光热调节能力与节能效果

  太阳光能量主要集中在可见光与近红外波段。得益于DarpE器件优异的宽光谱调控能力和长期稳定性，该器件能够在着色状态下有效阻隔太阳辐射，发挥高效“隔热”作用；而在透明状态下，则可保持较高的光透过能力，满足室内采光需求。作为理想的隔热屏障，DarpE电致变色玻璃可应用于建筑智能窗、汽车调光天幕等场景。其不仅能够减少强光照射带来的眩光和不适感，还可有效降低室内或车内温度，提升人体舒适性。同时，该器件有助于减少空调等制冷设备的能源消耗，为建筑与交通领域的节能减排提供新的技术支撑，服务国家“双碳”战略目标（图4）。

图4. 面向可持续建筑与车辆的大面积电致变色玻璃。

作者简介：

  王宏志，教授，博士生导师。1998年于中国科学院上海硅酸盐研究所获得博士学位，2000年前往日本产业技术综合研究所工作，2005年回国后加入东华大学。现任上海电机学院副院长、中国材料研究学会纤维材料改性与复合分会副会长、中国感光学会电致变色专业委员会副主任。

  王宏志教授长期围绕有机/无机光电功能材料开展研究，重点关注材料组分设计、微观结构调控、宏观形态组装及光电性能优化，在智能显色与变色、热电/摩擦电能源转化器件、锂电/锌空柔性储能器件、人机交互纺织品等方向取得了一系列创新性成果，并积极推动相关技术在智能可穿戴等领域的应用。曾获上海市科技进步一等奖、中国纺织工业联合会科学技术一等奖、广东省科学技术奖励一等奖、宝钢优秀教师奖等多项奖励。截至目前，王宏志教授已在Science、Science Advances、Nature Communications、Chemical Reviews、Chemical Society Reviews、Advanced Materials、ACS Nano、PNAS等国际重要期刊发表论文200余篇。相关研究成果受到《Nature》《Science》等40余家国际主流学术期刊与科技媒体报道；已申请中国发明专利100余项，授权50余项。

  李克睿，研究员，博士生导师，国家高层次青年人才，上海市海外高层次人才，上海市稀土学会理事。2018年博士毕业于东华大学，2017年于丹麦科技大学进行博士联合培养，2018-2020年在新加坡国立大学从事博士后研究，随后入职东华大学。长期从事光电功能材料方向的研究工作，近五年主持国家自然科学基金委优青（海外）、面上、青年等国家级项目，曾获2021年度中国稀土学会稀土科学技术二等奖、2023年度中国纺织联合会纺织高等教育教学成果奖二等奖、2024年纺织联合会自然科学一等奖，入选Journal of Materials Chemistry C杂志2023年度“新锐科学家（Emerging Investigator）”，在材料领域知名期刊Nature Sustainability、Nature Communications、Advanced Materials等期刊发表论文60余篇，相关工作被美国化学会Chemical & Engineering News、Nature杂志出版社、Wiley MaterialsViews、中国科学杂志社、MIT Technology Review麻省理工科技评论等国内外杂志媒体报道。

  原文链接：https://www.nature.com/articles/s41893-026-01823-w