西北工業大學最新綜述：熱致變色相變儲能材料的研究進展與展望

1.綜述背景

隨著低碳能源體系、智能熱管理和新型儲能技術的發展，能夠在較小溫度范圍內實現高效熱調控的功能材料受到廣泛關注。相變材料可通過熔融和結晶過程吸收或釋放潛熱，在建筑節能、電子器件散熱、冷鏈運輸和可穿戴設備等領域具有廣闊應用前景。然而，傳統相變材料多以被動儲熱為主，材料所處的熱狀態難以直接識別和可視化。

熱致變色材料能夠隨溫度變化發生顏色、透過率或反射率變化，可用于溫度指示、智能涂層、包裝標簽和熱響應傳感等場景。但這類材料通常儲熱能力有限，難以單獨承擔熱管理功能。因此，將相變儲熱與熱致變色響應相結合，構建兼具“熱量存儲”和“溫度可視化反饋”的熱致變色相變材料，成為智能熱管理材料發展的重要方向。

圖1 熱致變色相變材料的組成與相變行為分類框架

需要指出的是，熱致變色相變材料并非簡單地將熱致變色組分加入相變材料中，而是要在潛熱儲能、光學響應、結構穩定和循環可靠性之間實現協同平衡。如何在保持較高相變焓的同時，實現穩定、可逆且準確的顏色響應，是該領域亟需解決的關鍵問題。

圖2 熱致變色相變材料的發展趨勢及應用場景

2.綜述內容

該綜述從材料性質與分類出發，系統梳理了熱致變色相變材料的核心特征。文章指出，該類材料應被視為光學響應與熱能存儲相耦合的多功能體系，其性能評價不能僅依賴單一相變焓或初始變色效果，而應綜合考慮顏色變化、相變溫度、潛熱儲能、循環穩定性、抗泄漏能力和環境適應性等多項指標。

在材料分類方面，論文從熱致變色機制、相變儲能方式和功能耦合模式三個維度進行了歸納。其中，熱致變色機制主要包括電子轉移、晶體結構轉變、分子開環、配位結構變化和液晶有序結構變化等；相變儲能材料涵蓋有機相變材料、無機相變材料和共晶相變材料；按照功能耦合方式，又可進一步分為獨立雙功能復合體系、相變溶劑誘導熱致變色體系和相變調控光學響應體系。

圖3 熱致變色相變材料中的界面限域效應與典型結構形式

在制備策略方面，文章重點總結了六類代表性方法，包括直接共混與形狀穩定化、微/納米封裝、Pickering乳液模板封裝、溶膠–凝膠無機殼層構筑、無機熱致變色相雜化以及復合紡絲與纖維成形。不同制備路線對應不同的結構調控邏輯和應用邊界。直接共混工藝簡單、相變組分利用率高，但抗泄漏能力有限；微膠囊和無機殼層有助于提高結構穩定性，但可能引入非相變組分并降低相變焓；纖維成形技術則為熱致變色相變材料在柔性可穿戴和智能紡織領域的應用提供了新的可能。

圖4 采用微/納米封裝制備的熱致變色相變材料的變色機理及儲熱性能

文章還進一步梳理了熱致變色相變材料在智能窗、建筑節能、智能紡織、人體熱管理、溫度監測、過熱指示和太陽能熱利用等領域的應用前景。其中，智能窗材料可通過調節太陽光透過和熱量儲放降低建筑能耗；智能紡織材料可實現人體溫度調節和熱狀態可視化反饋；溫度指示材料則可用于冷鏈運輸、電子設備過熱預警和醫療健康監測等場景。

圖5 熱致變色相變材料在智能窗與智能紡織中的應用示意

3.總結與展望

該綜述指出，熱致變色相變材料未來發展的關鍵，不僅在于提高初始變色效果或相變焓，更在于實現光學響應與熱能存儲之間的穩定協同。目前，該領域仍面臨多方面挑戰，包括熱致變色響應與相變溫度匹配不足、相變焓與結構穩定性之間難以兼顧、循環過程中光學性能和熱性能可能不同步衰減，以及材料耐候性、生物安全性和規模化制備能力仍需提升等問題。

面向未來，相關研究需要進一步聚焦低毒環保配方、界面調控、選擇性限域結構、長期循環穩定性和標準化評價體系建設。同時，人工智能輔助材料設計、可持續制造工藝、多功能集成和工程化制備技術，也將為熱致變色相變材料走向實際應用提供重要支撐。

總體來看，該綜述從材料設計、制備方法、性能評價和應用需求等方面系統梳理了熱致變色相變材料的發展現狀與關鍵問題，明確了該領域由“功能疊加”向“光–熱協同調控”發展的趨勢，為高性能智能相變儲能材料的設計與應用提供了理論參考和工程思路。

4. 論文與作者信息

西北工業大學劉峰、周永存團隊圍繞熱致變色相變材料的光–熱耦合機制、制備策略、結構–性能關系及應用前景進行了系統梳理，相關綜述論文以“Thermochromic Phase Change Materials: Optical–Thermal Coupling, Fabrication, and Applications — A Review”為題發表在國際期刊Solar Energy Materials and Solar Cells 上。該論文為熱致變色相變材料的性能優化、結構設計和應用拓展提供了重要參考。

西北工業大學材料學院研究生王雪芹為論文第一作者，西北工業大學為論文第一完成單位。該工作得到了國家自然科學基金、陜西省重點研發計劃、太倉頂尖研究院創新引導支持項目及蘇州實驗室開放基金等項目的支持。

本文來自“材料科學與工程”公眾號，感謝論文作者團隊支持。

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