近日，能源學院帥永教授團隊在快速隱身及智能光熱調(diào)控領域取得突破性進展。該團隊構建了仿生熱致相態(tài)轉(zhuǎn)變與力致形貌轉(zhuǎn)變耦合調(diào)控全維度(頻率、空間與角度)熱輻射特性新機制。相關成果以《用于全工作溫度下同時實現(xiàn)智能太陽透射和可見光快速隱身的仿生微圖案熱致變色水凝膠》(《Bio-inspired micropatterned thermochromic hydrogel for concurrent smart solar transmission and rapid visible-light stealth at all-working temperatures》)為題，發(fā)表于《自然》(Nature)雜志旗下的國際權威光學期刊《光：科學與應用》(Light：Science & Applications，2024年影響因子20.6)。
 

　　熱致變色水凝膠具有隨溫度變化而自動改變太陽光譜透射特性的功能，可實現(xiàn)智能太陽光熱調(diào)控，在節(jié)能領域具有巨大應用潛力。然而，現(xiàn)有的熱致變色水凝膠只能通過溫度(熱)刺激來調(diào)控其對太陽光譜的透射特性，因此僅在高溫條件下表現(xiàn)其可見光隱身(VLS)的能力。此外，VLS的響應時間高達180秒。
 

　　為解決上述問題，受魷魚皮膚內(nèi)色素細胞和虹膜細胞的快速且同步調(diào)控的光學調(diào)控機制啟發(fā)，帥永教授團隊提出了一種新型微圖案熱致變色水凝膠(MTH)，以實現(xiàn)全工作溫度下的智能太陽光熱調(diào)控和快速VLS的并行調(diào)控。團隊提出的MTH同時具有兩種不同的光學調(diào)控模式，分別為水凝膠材料自身光學性質(zhì)的改變和水凝膠表層光學散射行為調(diào)控，可分別通過溫度刺激和壓力刺激實現(xiàn)。本文設計的MTH可在三種工作狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換(如下圖所示)，允許單個MTH單元根據(jù)需要實現(xiàn)智能太陽光熱調(diào)控和快速VLS。在狀態(tài)1中，因為受到壓力刺激，MTH的表面形貌發(fā)生變化，太陽光直接穿透MTH，MTH具有高透明度。在狀態(tài)2中，壓力被釋放，MTH的表面微觀結構將太陽光散射到各個方向，從而MTH表現(xiàn)出低透明度，使被MTH保護的目標難以察覺。在狀態(tài)3中，MTH在溫度刺激下發(fā)生體積相態(tài)轉(zhuǎn)變，太陽吸收率升高，因此MTH在高溫下可以遮擋陽光。
 

　　哈工大為論文第一通訊單位。哈工大能源學院博士畢業(yè)生梁華旭、張鑫平為論文第一作者，哈工大威海校區(qū)王富強教授和香港中文大學龍祎(Long Yi)教授為論文通訊作者。帥永教授為論文共同作者和哈工大科研團隊負責人。哈工大全媒體(張又元 王富強 文/圖)
 

仿生熱致相態(tài)轉(zhuǎn)變與壓力致形貌轉(zhuǎn)變耦合調(diào)控全維度熱輻射特性新機制示意圖