在全球能源紧张与气候变化的背景下，建筑能耗问题日益突出。建筑围护结构正从传统“被动外壳”向具备自适应调控能力的“智慧皮肤”演进。近日，东南大学曹世杰教授/刘赛研究员在Advanced Materials上发表文章，系统总结了热致变色、可调发射率、辐射制冷及其复合涂层等材料体系在建筑智能窗与墙体辐射界面的研究进展，提出“Smart Skin”概念，重点讨论多波段调控、方向性辐射设计与全气候适应等前沿机制，并进一步分析了与建筑系统集成的路径与挑战，为零能耗建筑的发展描绘了蓝图。

从外壳到皮肤：建筑的新命题

  建筑能耗约占全球总能耗的40%，是实现“双碳”目标的关键领域。传统建筑围护结构仅仅是抵御外界环境的“外壳”，而无法主动调节热流与光照。与此同时，城市居民对于热舒适和光环境的需求不断提高，单纯依赖机械空调系统带来的能耗压力和碳排放愈加沉重。如何让建筑表皮像生物皮肤一样，能够“感知”外界环境并“自适应”调节，成为绿色建筑发展的新命题。

智慧皮肤的材料体系

  近年来，功能材料的迅猛发展为建筑“智慧皮肤”提供了可能。如VO?及其改性体系能够随温度变化自动调节红外透过率；钙钛矿展现出优异的可见光变色性能；水凝胶和高分子复合材料则通过相变与含水调控实现热致光学响应。此外，基于聚合物的可逆薄膜、复合涂层与新型相变材料也在不断拓展智慧皮肤的功能边界。这些材料能够精准作用于太阳光和红外辐射两个核心波段，使建筑在不同季节和气候条件下实现主动调节：冬季提高透光增温，夏季阻隔红外降温，春秋季则维持光照舒适度。智慧皮肤因此不再是“被动屏障”，而是能量交换的“动态界面”。

多波段调控与前沿机制

  文章指出，智慧皮肤的关键在于跨波段的精细调控。通过材料设计与结构优化，最好能够在可见光、近红外和远红外三个波段实现差异化控制，从而满足全年舒适性需求。文章总结了三种典型工作状态：在寒冷天气下最大化透光增温，在温和气候下透过可见光而阻挡部分红外，在炎热夏季则全波段隔绝热量，显著降低冷负荷。进一步的研究还涉及动态发射率切换与方向性辐射控制，例如通过微纳结构实现红外辐射的角度选择性散射，以提升立面散热效率。这些前沿机制正推动智慧皮肤从单一功能走向多维调控与全天候适应。

从实验室到城市：集成与挑战

  智慧皮肤的价值最终取决于其能否与建筑系统深度融合。文章总结了几条关键路径：其一，智能窗与光伏器件的结合，实现光热调控与能源产出的协同；其二，热致变色水凝胶与 Trombe 墙集成，在调控热流的同时兼具空气净化；其三，将可变辐射涂层与储能或通风结构结合，提升昼夜与季节性适应性。

  然而，要推动智慧皮肤从实验室走向城市，还需解决三个关键挑战：其一是规模化制备，目前多数高性能材料仍停留在实验室阶段；其二是长期耐久性，建筑使用周期长，材料需能抵御紫外、湿度和热循环；其三是美学与舒适性，智慧皮肤需要同时满足建筑美观与居住者视觉、热舒适的需求。

总结

  智慧皮肤的提出代表着建筑节能研究的范式转变。通过多波段光谱调控、动态发射率切换与方向性辐射管理，这类新型围护结构正突破传统被动节能的局限，展现出主动响应和智能调控的潜力。文章不仅梳理了材料与建筑交叉领域的最新成果，也为未来零能耗建筑与气候韧性城市的发展提供了思考方向。随着规模化制备、长期稳定性与系统集成问题逐步解决，智慧皮肤有望真正“穿”在城市建筑表面，成为下一代绿色建筑的重要标志。

  论文信息：

  Smart Skin for Zero Energy Buildings: A Review of Thermoresponsive Spectral-Adaptive Envelopes
Sai Liu*, Gang Chen, Jian Li, Shi-Jie Cao*
  Advanced Materials (2025)
  DOI: 10.1002/adma.202511392

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202511392