设施农业作为保障粮食安全的关键手段，正面临极端气候频发与能源消耗高涨的双重压力。当前智能窗技术多依赖电、光或单向热响应机制，难以在宽温域内自主、可逆地协同调控热辐射与温度。尤其缺乏一种能在低温下增强保温与补光效率、同时在高温下高效反射太阳辐射的“高低温双向自响应”材料。如何设计兼具高透光性、宽响应窗口、强环境稳定性及农业适用性的温敏高分子胶体系统作为智能窗基质，仍是该领域的重大挑战之一。

图1 针对设施农业智能窗的光-热调节目标

  近期，浙江大学生物系统工程与食品科学学院张辉教授团队设计并构建了一种由两种温敏共聚物组成的液态纳米胶体系统；通过将具有低临界溶解温度（LCST）的p(NIPAM-co-DMAA)与具有高临界溶解温度（UCST）的p(AC-co-AM)共分散于PEG/水二元溶剂中，实现了在同一材料体系内对加热与冷却刺激的双向可逆响应（图2）；并利用PEG诱导的cononsolvency效应调控两组分的相变温度，使温敏变色范围覆盖?9°C至85°C的宽温域。

  这项研究以“Bidirectionally Thermochromic Nanocolloid System for on-Demand Optical Switching and Agricultural Energy Management”为题发表在《Advanced Science》上（Adv. Sci. 2025, e19759）。文章第一作者为浙江大学生物系统工程与食品科学学院博士生蒋秦波，通讯作者为张辉教授。该研究得到国家自然科学基金委的支持。

图2聚合物的高低温双向温敏结构响应

  该纳米胶体基智能窗在透明态下展现出优异的光学性能，光合有效辐射（PAR）透过率高达91.18%，可见光透过率达92.31%；在温度过高时形成微米级聚集体降低透过率，太阳光调控能力（ΔTsol）最高达65.43%；在温度过低时同样提高漫反射效果，PAR漫反射率可达27.92%，显著提升补光效率。研究进一步通过农业模拟实验证实（图3），该智能窗可使番茄幼苗在热胁迫下的光合速率提升222.19%，绿萝在冷胁迫下的光合速率提高126.07%，同时分别降低制冷与供暖能耗11.61 kJ·m?3和2.96 kJ·m?3。该工作突破了传统温敏变色材料仅能单向响应的局限，为设施农业的光-热协同管理提供了无需外部能源的智能解决方案。

图3胶体基智能窗全季促长示意图及种植番茄幼苗实物图

  该工作是团队近期关于功能高分子胶体材料在智慧农业中应用的最新进展之一。传统热致变色材料受限于单向响应、窄温域、低透光率或环境不稳定性，难以满足设施农业对全气候自适应光学调控的迫切需求。为此，团队聚焦温敏共聚物在混合溶剂中的相行为精准调控，发展了基于LCST/UCST双响应机制的纳米胶体设计策略，系统探索了聚合物-溶剂相互作用对光学切换性能的影响规律（Chem. Commun., 2023, 59: 8063），揭示了共致不相容效应在拓宽相变窗口与提升抗冻性中的关键作用。在过去三年中，团队围绕农业微环境智能调控，开发了系列具有高透光、强散射、宽温响应特性的有机水凝胶基智能窗材料（Chem. Eng. J., 2024, 489: 151259）。这类纳米胶体系统兼具分子可设计性与工程实用性，不仅消除了传统无机智能窗可见光透过率低、响应温度可调性弱等瓶颈，为农业碳中和提供了高分子材料应用新范式。以该胶体平台为基础，团队正进一步拓展其在植物工厂中光谱调控的应用，推动响应型高分子从实验室走向田间地头。

  链接地址：https://doi.org/10.1002/advs.202519759