节能是当今世界最紧迫的问题之一，已成为制约全球发展的主要因素。随着人口和工业化进程的加快，不可再生能源的消耗急剧增加，温室气体的排放也加剧了气候变化。建筑能耗占总能耗的40%，其中大部分用于空调和供暖。窗户是建筑能耗最高的部件，其成本约占建筑能耗的60%。现有的建筑材料能源效率低，对外部刺激反应迟钝。由智能材料构成的新型窗户能够根据外部环境智能地改变透光率，因其有助于调节太阳辐射和建筑节能而受到广泛关注。

  近期，天津大学赵瑾教授团队通过酸性亲水单体丙烯酸（AAc）与具有聚醚侧链的疏水单体丙烯酸2-（2-乙氧基乙氧基）乙酯（EEEA）共聚，制备了聚（2-（2-乙氧基乙氧基）丙烯酸乙酯-丙烯酸）（PEA）水凝胶。开发了具有优异力学性能（抗拉强度≈0.45 MPa，伸长率≈440%，韧性≈0.96 MJ m^?3），高可见光透过率T_lum（92.69%），高太阳光调制能力ΔT_sol（82.15%），快转变速率（<4 s）和可宽泛调节τ_c（4~50 °C）的智能窗。此外，PEA水凝胶可以通过数字（DLP）光处理3D打印和简单的水合过程获得，可以实现个性化设计和温度调节。同时，离子交联赋予热致变色PEA水凝胶显著的温度敏感性能，从而实现对智能窗温度的真实的实时监测。该研究以题为“Pure Physical-Crosslinked High-Strength Thermochromic Hydrogel for Smart Window and Energy Conservation”的论文发表在《Advanced Functional Materials》上。

  图1a示出了热致变色水凝胶的合成过程。团队采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）验证了PEA弹性体和水凝胶的化学结构（图1b），通过流变学实验（图1c、d）表明PEA水凝胶是一种弹性固体，同时证实了PEA水凝胶的高强度。PEA水凝胶的τ_c可以通过简单地改变处理温度来调节，图1 e描述了τ_c调节过程的细节，PEA水凝胶的水含量在不同的处理温度下是不同的，这取决于聚合物链与水之间的结合能，其可调性主要来源于物理交联的链段重排和H₂O的排出或吸收。

图1 水凝胶的制备及表征

图2 热致变色性能

图3热致变色机理

图4力学性能

图5 太阳能调制能力和可3D打印性

图6 智能窗的实时监测能力

  总结：这项工作制备了具有高强度、优异的太阳光调制能力、宽范围可调的相变温度、快速的相变速率、可3D打印性和实时监测能力的新型热致变色PEA智能窗，为热致变色智能窗提供了创新的材料和见解，在节约建筑能源、减少碳排放、提高建筑结构的资源效率方面具有很大的潜力。

  天津大学材料科学与工程学院的博士研究生高炜程为本工作的第一作者，赵瑾教授和侯信教授为通讯作者。上述工作得到了国家自然科学基金(52273145)项目的大力支持。