智能窗散射调控技术研究进展与应用思考

doi:10.7527/S1000-6893.2024.31844

材料工程与机械制造

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智能窗散射调控技术研究进展与应用思考

张锐聪¹^,², 王天宇²^,³, 何玉荣³, 朱嘉琦¹^,²(), 韩杰才¹()

^1.哈尔滨工业大学航天学院复合材料与结构研究所，哈尔滨 150080
^2.哈尔滨工业大学郑州研究院，郑州 450018
^3.哈尔滨工业大学能源学院，哈尔滨 150001

收稿日期:2025-01-26 修回日期:2025-02-14 接受日期:2025-03-03 出版日期:2025-03-17 发布日期:2025-03-06
通讯作者: 朱嘉琦,韩杰才 E-mail:zhuig@hit.edu.cn;hanjc@hit.edu.cn
基金资助:
国家重点研发计划—青年科学家项目(2023YFB3811600);2023年度“揭榜挂帅”哈尔滨工业大学校内培育重大项目(2023FRFK01002);国家自然科学基金青年基金(52302172);黑龙江省重点研发计划(2024ZX12C08);国家自然科学基金国际（地区）合作与交流项目(52261135545);哈尔滨工业大学点子基金(HIT.DZJJ.2023041)

Research progress and application perspectives on smart window scattering control technology

Ruicong ZHANG¹^,², Tianyu WANG²^,³, Yurong HE³, Jiaqi ZHU¹^,²(), Jiecai HAN¹()

^1.Composite Materials and Structures Research Institute，School of Astronautics，Harbin Institute of Technology，Harbin 　150080，China
^2.Harbin Institute of Technology Zhengzhou Research Institute，Zhengzhou 　450018，China
^3.School of Energy Science and Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin 　150001，China

Received:2025-01-26 Revised:2025-02-14 Accepted:2025-03-03 Online:2025-03-17 Published:2025-03-06
Contact: Jiaqi ZHU, Jiecai HAN E-mail:zhuig@hit.edu.cn;hanjc@hit.edu.cn
Supported by:
National Key Research and Development Program of China—Young Scientists Project(2023YFB3811600);Harbin Institute of Technology Major Cultivation Project of “Revealing the Banner and Taking the Lead”(2023FRFK01002);National Natural Science Foundation of China Youth Fund Project(52302172);Heilongjiang Province Key Research and Development Program(2024ZX12C08);National Natural Science Foundation of China International （Regional） Cooperation and Exchange Project(52261135545);Harbin Institute of Technology Idea Fund(HIT.DZJJ.2023041)

摘要/Abstract

摘要：

随着光热环境调控需求的日益增长，散射型智能窗凭借其响应速度快、能耗低等优势成为研究热点。系统梳理了散射型智能窗技术的研究进展，分析了其在采光调节与热管理中的应用潜力，并探讨了未来发展方向。现有研究表明，散射调控技术可分为表面散射与体积散射两大类。表面散射通过微结构设计结合机械应力、电场及光热响应策略，可实现30%~40%的透过率调控范围和毫秒级响应。体积散射则以聚合物-液晶体系为代表，具有低驱动电压、快速响应（毫秒级）和高透光率等优势，但耐久性与成本仍需优化。当前面临着散射效率不足、环境稳定性差及大尺寸制备困难等技术瓶颈。未来研究应聚焦材料性能优化、多功能复合调控机制开发及大尺寸制备工艺突破，以推动该技术在建筑节能、交通安全及航空等领域的应用。

关键词: 智能窗, 散射调控, 光热管理, 智能表面, 水凝胶, 液晶, 表面散射, 体积散射

Abstract:

With the growing demand for light and thermal environment control， scattering-type smart windows have become a research hotspot due to their advantages of fast response and low energy consumption. We systematically examine the research progress of scattering-type smart window technology， analyzes its application potential in lighting regulation and thermal management， and discusses future development directions. Current research shows that scattering control technology can be classified into two major categories： surface scattering and volume scattering. Surface scattering， through microstructure design combined with mechanical stress， electric field， and photothermal response strategies， can achieve a transmittance regulation range of 30%-40% with millisecond-level response. Volume scattering， represented by polymer-liquid crystal systems， offers advantages such as low driving voltage， rapid response （millisecond level）， and high light transmittance， though durability and cost still need optimization. Current technology faces technical bottlenecks including insufficient scattering efficiency， poor environmental stability， and difficulties in large-scale fabrication. Therefore， future research should focus on material performance optimization， development of multifunctional composite regulation mechanisms， and breakthroughs in large-scale manufacturing processes to promote the application of this technology in building energy conservation， transportation safety， and aviation.

Key words: smart window, scattering control, light and thermal management, smart surface, hydrogel, liquid crystal, surface scattering, volume scattering

中图分类号:

V244.4

张锐聪, 王天宇, 何玉荣, 朱嘉琦, 韩杰才. 智能窗散射调控技术研究进展与应用思考[J]. 航空学报, 2025, 46(6): 531844.

Ruicong ZHANG, Tianyu WANG, Yurong HE, Jiaqi ZHU, Jiecai HAN. Research progress and application perspectives on smart window scattering control technology[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(6): 531844.

图/表 20

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表1

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材料类型	散射类型	刺激-响应模式			光学调控性能			热管理性能					文献
材料类型	散射类型	刺激方式	条件	响应时间	可见光波段总透过率T_T/%	可见光波段规则透过率T_lum/%	雾度H/%	太阳光谱平均透过率T_sol/%	太阳光谱平均透过率变化ΔT_sol/%	近红外波段透过率T_NIR/%	室内温度降低/℃	其他	文献
弹性体类	表面散射	机械拉伸	75%形变		80~90	85→5				20→60			‍［174］
		电场	6 000 V	2 s		80→10	2.5→40.0						‍［84］
		温度	70 ℃	4 h			磨砂玻璃状不透明态→透明态						‍［88］
水凝胶类	体积散射	温度	29.0~34.5 ℃	400 s		85→0	7.5→30.2	<0.8					‍［175］
		温度	25~28 ℃	120 s		87.37→0.30	低雾度→高雾度		69.65		12.3	ε_{8-13 μm}=0.962	‍［176］
		温度	24~43 ℃	500 s		83→透明状态	低雾度（<9.87）→高雾度		>81		13	节能计算：夏季9.23 MJ/m³；冬季3.64 MJ/m³	‍［177］
		温度 & 光照	32 ℃	910 s		91.2→0.3		82.6→0.8		72.0→1.0	9.3（夏季）		‍［178］
		温度	27.4 ℃			73.6→15.7			53.6	15.0→2.3	7		‍［179］
		温度 & 电	32 ℃ & 0.6 A			84→63			75.7				‍［151］
		湿度	60%	10 min		98.30→55.16			54		7.2		‍［152］
	体积散射 & 表面散射	温度 & 压力	40 ℃ & 10 N			19→86	93→<10	77→16			8（相对于普通Low-E玻璃）		‍［173］
PSL⁃C类	体积散射	电压	100 V & 100 Hz			85.30→1.51							‍［156］
		电压	40 V			78.5→10.0						T_IR：42.6%→51.9%	‍［157］
		电压	6 V	毫秒级								T_{550 nm}：92%→20%	‍［180］
		电压	40 V	毫秒级			3.5→98.0					T_{550 nm}：96.8%→10.1%	‍［181］
		温度	33~41 ℃		80→20								‍［162］
PDL⁃C类	体积散射	电压	21.3 V	毫秒级		5→80	从高散射状态到高透光状态						‍［182］
PDL⁃C类		电压	18 V	毫秒级		80→0							‍［183］

[1]	钟子迪, 郭琦, 涂智军, 赵慧洁, 王森博. 基于液晶偏振光栅的长波红外偏振成像研究[J]. 航空学报, 2025, 46(3): 630523-630523.
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智能窗散射调控技术研究进展与应用思考

Research progress and application perspectives on smart window scattering control technology

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