广东工业大学高粱副教授课题组在《Advanced Materials》发表了关于全季节热致变色窗的研究成果，提出了一种基于聚乙烯醇缩醛（PVP）相变液体的不对称窗结构（PLA窗），为建筑光热调控提供了新的科学解决方案。
一、相变液体的科学设计与制备
研究利用聚乙烯醇（PVA）与丙醛的缩醛化反应，构建了具有自报告特性的PVP相变液体合成体系：
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温度响应机制：通过设定缩醛化反应温度（10-70°C），体系在达到临界缩醛度（AD）时发生透明-浑浊相转变，相变温度（Tc）与反应温度严格对应，实现了Tc的可预测调控。该过程通过动态监测相分离行为（如透射率变化）精准终止反应，避免了传统方法的试错性调整。
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抗冻性能的化学基础：原位掺杂溴化钠（NaBr）作为分散剂，通过破坏水分子氢键网络，使PVP液体在-15°C下保持液态，解决了传统水基材料的低温冻结问题，相关机制通过红外光谱和冰点降低实验验证。
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绿色合成工艺：采用零排放一锅法，副产物丙醛通过减压蒸馏回收（残留量<9 ppm），较传统聚合物合成减少80%以上溶剂消耗，符合绿色化学原则。
二、不对称结构的光热调控机制
PLA窗由“透明玻璃-PVP液体-低辐射（Low-E）玻璃”构成，通过界面物理特性实现定向光热管理：
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夏季冷却模式（T＞Tc）：PVP液体浑浊态的微米级相分离结构（粒径>1000 μm）散射太阳辐射，近红外（NIR）透过率从52.1%降至4.8%，净冷却功率达246.5 W/m2，对应建筑负荷降低32%。
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冬季保温模式（T＜Tc）：透明态PVP液体吸收NIR（吸收率87%）并通过Low-E层反射长波红外（LWIR），室内热辐射损失减少58%，净加热功率113.9 W/m2，经傅里叶红外光谱证实其辐射率达85%。
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动态响应特性：相变过程热滞后宽度<5°C，响应时间与颗粒生长动力学匹配，符合一阶相变理论模型。
三、材料性能的科学验证
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耐久性测试：经过1000次-15°C至40°C热循环和等效8年紫外辐射（1500 W/m2），PVP液体的相变温度漂移<2°C，透射率衰减<5%，证明了化学结构的稳定性。
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普适性分析：通过Flory-Huggins相互作用参数（χeff）关联缩醛度与相分离行为，建立了χ与反应时间、温度的定量关系（Scr=exp[0.841×ln(D×(F(Tc,t)-1)+3)])，为不同气候区定制化设计提供了理论基础。
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节能模型：基于气候数据库的动态模拟显示，在广州、北京等典型气候区，PLA窗年节能达217-325 MJ/m2，较传统Low-E玻璃提升25%-40%，该数据通过建筑热平衡方程验证。
四、科学意义与局限
该研究突破了传统热致变色材料在温度可调范围、低温稳定性和合成可控性的瓶颈，建立了“反应条件-分子结构-宏观性能”的直接关联。然而，目前PVP液体在高湿度环境下的长期密封性、大面积制备时的颗粒均匀性等问题仍需进一步研究。未来可通过纳米颗粒分散技术或复合涂层优化，提升其工程适用性。
这项工作为智能建筑材料提供了新的研究范式，其核心价值在于通过化学合成的精准控制实现功能的可设计性，为后续热响应材料的发展奠定了科学基础。
论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202504208
