类型a：学术研究报告

作者及机构
本研究由英国埃克塞特大学（University of Exeter）环境与可持续发展研究所（Environment and Sustainability Institute）的太阳能研究团队完成，主要作者为Kimia Jafari、Tapas K. Mallick和Asif Ali Tahir。研究成果发表于2025年的《Journal of Molecular Liquids》（卷419，文章编号126748）。

学术背景
本研究属于建筑节能与材料科学交叉领域，聚焦于智能窗户（smart windows）技术的创新。传统单层玻璃窗户因热导率高导致建筑能耗增加（占建筑总热损失的40%），而现有双层玻璃窗虽能改善隔热性能，但难以兼顾高透光性与热舒适性。深共晶溶剂（deep eutectic solvents, DESs）作为一种绿色溶剂，具有低毒性、可生物降解和可调物性的特点，但其在智能窗户中的应用尚未被探索。本研究首次提出基于深共晶凝胶（eutectic gel）的复合材料，旨在开发兼具高透光性（>50%可见光透过率）、低热导率（~0.250 W/m·K）和优异隔热性能（60%热效率）的智能窗户解决方案。

研究流程
1. 材料制备
- 深共晶凝胶合成：以氯化胆碱（choline chloride, ChCl）和乙二醇（ethylene glycol, EG）按1:2摩尔比混合，80℃搅拌1小时形成透明均质DES。随后加入丙烯酰胺（acrylamide）和交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺（MBA），通过紫外光引发自由基聚合形成凝胶。
- 纳米复合材料的制备：在DES中分散混合纳米颗粒，包括石墨烯纳米片（graphene nanoplatelets, GNP, 0.01 wt%）和锑掺杂氧化锡（antimony-doped tin oxide, ATO, 830 ppm和1660 ppm两种浓度），最终注入双层玻璃窗原型（厚度0.67 mm和6.7 mm）。

1. 材料表征

   • 光学性能测试：使用Lambda 1050分光光度计（200–2000 nm波长范围）测定透光率，模拟太阳光（AM 1.5，100 mW/cm²）下评估温度依赖性（5–50℃）。
     
   • 热导率测量：采用Netzsch LFA-467 Hyper Flash仪器测定凝胶和复合材料的热导率（25–65℃）。
     
   • 形貌分析：通过扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）观察纳米颗粒分散性及凝胶微观结构。
     

2. 热性能实验

   • 温度分布测试：搭建聚苯乙烯隔热箱（18×18×18 cm），内置3D打印窗框（5×5 cm），对比单层玻璃、空气填充双层玻璃、纯凝胶和复合材料在不同厚度下的隔热效果。通过氙灯模拟太阳辐射（加热60分钟，冷却60分钟），记录室内外温度差及热效率。
     

主要结果
1. 光学性能：
- 优化复合材料（ATO-GNP@DES）在可见光区（400–700 nm）透光率>80%（0.67 mm厚度），6.7 mm厚度下仍保持50%透光率，同时近红外（NIR）吸收显著（TNIR<2.47%）。
- 温度升高导致复合材料透光率轻微下降（5–50℃变化<10%），归因于纳米颗粒的热致变色效应。

1. 热性能：

   • 复合材料热导率为0.301 W/m·K（25℃），接近空气（0.026 W/m·K）且显著低于玻璃（~1 W/m·K）。
     
   • 在6.7 mm厚度下，复合材料实现73℃的室内外温差，热效率达61%，优于单层玻璃（24℃温差）和纯凝胶（46℃温差）。
     

2. 表面润湿性：

   • 复合材料接触角随温度升高从30°（5℃）增至<90°（50℃），表明其疏水性增强，有利于抗结露。
     

结论与价值
本研究首次将深共晶凝胶复合材料应用于智能窗户，通过纳米颗粒协同作用实现了高透光性与高效隔热的平衡。其科学价值在于：
1. 材料创新：开发了基于DES的透明凝胶复合材料，拓展了绿色溶剂在建筑节能中的应用。
2. 性能突破：60%的热效率与>50%透光率为零能耗建筑（nearly zero-energy buildings）提供了可行方案。
3. 工程指导：厚度与纳米颗粒浓度的优化结果为实际窗体制备提供了参数依据。

研究亮点
1. 首创性：首次将DES凝胶用于智能窗户，填补了该领域空白。
2. 多目标优化：同时解决透明度、隔热和环保性矛盾。
3. 可扩展性：材料合成方法简单，适合工业化生产。

其他价值
研究还发现，复合材料可通过调整ATO浓度进一步调控NIR吸收，为动态调光窗户开发提供了新思路。此外，低毒性组分（ChCl/EG）符合绿色建筑标准，具有潜在市场竞争力。