哈工大能源学院帅永教授团队突破快速隐身及智能光控难题

　　近日，能源学院帅永教授团队在快速隐身及智能光热调控领域取得突破性进展。该团队构建了仿生热致相态转变与力致形貌转变耦合调控全维度(频率、空间与角度)热辐射特性新机制。相关成果以《用于全工作温度下同时实现智能太阳透射和可见光快速隐身的仿生微图案热致变色水凝胶》(《Bio-inspired micropatterned thermochromic hydrogel for concurrent smart solar transmission and rapid visible-light stealth at all-working temperatures》)为题，发表于《自然》(Nature)杂志旗下的国际权威光学期刊《光：科学与应用》(Light：Science & Applications，2024年影响因子20.6)。
 

　　热致变色水凝胶具有随温度变化而自动改变太阳光谱透射特性的功能，可实现智能太阳光热调控，在节能领域具有巨大应用潜力。然而，现有的热致变色水凝胶只能通过温度(热)刺激来调控其对太阳光谱的透射特性，因此仅在高温条件下表现其可见光隐身(VLS)的能力。此外，VLS的响应时间高达180秒。
 

　　为解决上述问题，受鱿鱼皮肤内色素细胞和虹膜细胞的快速且同步调控的光学调控机制启发，帅永教授团队提出了一种新型微图案热致变色水凝胶(MTH)，以实现全工作温度下的智能太阳光热调控和快速VLS的并行调控。团队提出的MTH同时具有两种不同的光学调控模式，分别为水凝胶材料自身光学性质的改变和水凝胶表层光学散射行为调控，可分别通过温度刺激和压力刺激实现。本文设计的MTH可在三种工作状态之间转换(如下图所示)，允许单个MTH单元根据需要实现智能太阳光热调控和快速VLS。在状态1中，因为受到压力刺激，MTH的表面形貌发生变化，太阳光直接穿透MTH，MTH具有高透明度。在状态2中，压力被释放，MTH的表面微观结构将太阳光散射到各个方向，从而MTH表现出低透明度，使被MTH保护的目标难以察觉。在状态3中，MTH在温度刺激下发生体积相态转变，太阳吸收率升高，因此MTH在高温下可以遮挡阳光。
 

　　哈工大为论文第一通讯单位。哈工大能源学院博士毕业生梁华旭、张鑫平为论文第一作者，哈工大威海校区王富强教授和香港中文大学龙祎(Long Yi)教授为论文通讯作者。帅永教授为论文共同作者和哈工大科研团队负责人。哈工大全媒体(张又元 王富强 文/图)
 

仿生热致相态转变与压力致形貌转变耦合调控全维度热辐射特性新机制示意图