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科研动态丨建筑围护结构如何实现动态自适应热调节?我院石邢教授团队在Cell Reports Physical Science发表建筑温敏自适应调控材料综述
发布时间:2026-08-04

近日,我院石邢教授团队在Cell Reports Physical Science上在线发表题为Passive temperature-adaptive materials for opaque building envelopes toward all-season energy saving(面向全季建筑节能的非透明围护结构被动温敏自适应材料)的综述。

Cell Reports Physical Science是Cell Press旗下物质科学领域的旗舰开放获取期刊,发表化学、物理学、材料科学、能源科学、工程学及相关交叉学科领域的前沿研究成果。

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面对建筑全季高效节能与零碳目标的重大需求,传统静态辐射制冷材料虽然在夏季能有效降低建筑降温负荷,但在冬季却易引发“过冷惩罚”(Overcooling Penalty),从而增加供暖能耗。为解决这一季节性热管理失配的瓶颈问题,本研究系统梳理了面向非透明围护结构的温敏自适应材料(Temperature-Adaptive Materials, TAMs)的最新研究进展。

研究团队建立了基于材料调控机制的TAMs分类体系,将现有温敏自适应材料划分为两大核心类别:一是太阳反射率调控材料(包含热致变色微胶囊、响应性水凝胶与相变材料、热响应驱动器);二是热发射率调控材料(包含基于二氧化钒的F-P谐振腔、超表面、微纳米核壳颗粒),并对其光学性能进行了详尽的统计评估。在此基础上,文章系统阐释了温敏自适应材料从“单波段调控”向理想的“双波段协同调控”(Dual-band synergy)演进的技术路径。这一路径旨在实现夏季高温时的最大化排热降温(保持高太阳反射率与高红外发射率),以及冬季低温时增强太阳能吸收并抑制辐射热流失(自动切换为低太阳反射率与低红外发射率),从而实现高效的全季建筑热管理与节能。

鉴于TAMs与传统静态材料在动态物理机制上的根本差异,研究团队提出了针对TAMs的多维度综合评估框架,涵盖了材料的热物理行为(如相变温度、热滞后现象)、光谱调控能力、长期耐候性及建筑美学整合等关键指标。此外,文章深入剖析了由实验室迈向大规模工程应用所面临的现实挑战,包括材料在严苛户外环境下的抗老化能力、垂直立面受限的天空视角因子、建筑美学要求、成本以及潜在的毒性健康风险等,并展望了该技术从建筑围护结构向农业大棚、汽车及纺织品等更广阔领域的应用前景。

我院徐福锁博士后为论文第一作者,石邢教授为通讯作者。合作作者包括李佩娴副教授、王超助理教授,以及南京大学郜志教授、中山大学杭建教授、美国雪城大学张建舜教授、意大利米兰理工大学Francesco Causone副教授等。该研究得到了国家自然科学基金面上项目(No. 52478031)和中国博士后科学基金面上项目(No. 2025M781551)的资助。


原文链接:https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2026.103454

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图1. 静态辐射制冷材料与温敏自适应材料的运行机制及理想光谱特性对比