隨著生活水平的提高和全球人口的增加，建筑物的能源需求將持續增長。在發達國家，建筑物的能源消耗占總能源消耗的30%至40%，超過了交通和工業的能源消耗。為了滿足全球能源需求的增長和提供舒適的居住環境，現代節能建筑主要通過消除電磁（EM）干擾和污染、控制熱傳遞以及促進陽光的采集來實現。具體來說，主要通過使用微波屏蔽材料、進行熱管理以及安裝智能窗戶來實現這些目標。本文綜述了節能建筑領域在寬帶屏蔽、熱管理和智能窗戶方面的最新進展，從材料、機制和場景等方面進行了系統總結。此外，還討論了存在的主要瓶頸和問題，并進一步突出了潛在的研究機會。
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圖1. 高效節能建筑中的電磁波屏蔽、熱管理和智能窗戶及其應用場景。
解析
這段文字是圖1的標題，它概括了圖中展示的主要內容，即高效節能建筑中涉及的三個關鍵技術領域：電磁波屏蔽、熱管理和智能窗戶，以及這些技術在不同應用場景中的體現。
1、電磁波屏蔽（Electromagnetic Wave Shielding）：
*定義：電磁波屏蔽是指通過特定材料或結構來阻擋或減弱電磁波的傳播，從而保護建筑內部免受外部電磁干擾的影響。
*應用場景：在高效節能建筑中，電磁波屏蔽技術可以應用于墻體、窗戶、屋頂等部位，以減少來自外部無線電波、微波等電磁輻射的干擾，保障建筑內部電子設備的正常運行和居住者的健康。
2、熱管理（Thermal Management）：
*定義：熱管理是指通過合理設計和使用建筑材料及系統，實現對建筑內部溫度的有效控制，包括保溫、隔熱、散熱和溫度調節等功能。
*應用場景：在高效節能建筑中，熱管理技術至關重要。通過采用高效的保溫材料、隔熱玻璃、相變材料等，可以減少建筑在冬季的熱量損失和夏季的熱量吸收，從而降低能耗，提高居住舒適度。同時，智能溫控系統的應用也能根據室內外環境變化自動調節室內溫度，實現能源的優化利用。
3、智能窗戶（Smart Window）：
*定義：智能窗戶是指能夠根據外界環境變化（如光照強度、溫度等）自動調節其光學性能（如透光率、顏色等）的窗戶。
*應用場景：在高效節能建筑中，智能窗戶通過集成光敏、溫敏等傳感器和執行機構，能夠實時感知外界環境變化并自動調節窗戶的透光性和隔熱性。例如，在陽光強烈時自動降低透光率以減少室內熱量吸收，在寒冷天氣時提高透光率以增加室內熱量輸入。這種智能調節功能有助于減少建筑對人工照明和空調系統的依賴，從而降低能耗并提高居住舒適度。
綜合解析
圖1通過直觀的圖形展示，將電磁波屏蔽、熱管理和智能窗戶這三個關鍵技術領域及其在高效節能建筑中的應用場景緊密聯系在一起。這三個領域相互關聯、相互促進，共同構成了高效節能建筑的重要組成部分。電磁波屏蔽技術保障了建筑內部的電磁環境安全；熱管理技術實現了建筑內部溫度的有效控制；智能窗戶技術則通過智能調節窗戶的光學性能來優化室內光照和溫度條件。這些技術的綜合應用有助于降低建筑能耗、提高居住舒適度并推動建筑行業的可持續發展。
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圖2. a) 電磁波（EMW）在電磁干擾（EMI）屏蔽材料中的傳播模型。b) 分支-主干互鎖結構的示意圖。c) 碳纖維@聚苯胺/銀納米線復合材料的方塊電阻、相應電導率以及d) 電磁干擾屏蔽性能。[26] e) 負載PEDOT:PSS的蜜胺泡沫的電磁波吸收機制示意圖。[30]
解析
圖2. a) 電磁波在電磁干擾屏蔽材料中的傳播模型
解析：
這部分描述了電磁波（EMW）在電磁干擾（EMI）屏蔽材料中的傳播方式。電磁波遇到屏蔽材料時，會發生反射、吸收和多次反射等現象，從而減少或阻止電磁波的進一步傳播。這是電磁屏蔽材料設計和優化的基礎。
圖2. b) 分支-主干互鎖結構的示意圖
解析：
這部分展示了一種分支-主干互鎖的結構示意圖。這種結構通常用于增強復合材料的機械性能和電磁屏蔽性能。分支結構可以增加電磁波在材料內部的傳播路徑，從而增加吸收和多次反射的機會，提高屏蔽效果。同時，互鎖結構可以增強材料的機械強度。
圖2. c) 碳纖維@聚苯胺/銀納米線復合材料的方塊電阻、相應電導率
解析：
這部分提供了碳纖維@聚苯胺/銀納米線復合材料的方塊電阻和電導率數據。方塊電阻是材料表面電阻的度量，而電導率則是材料導電能力的度量。通過添加銀納米線，可以顯著提高復合材料的電導率，從而降低方塊電阻。這對于提高電磁屏蔽材料的性能至關重要，因為高電導率有助于增強電磁波的反射和吸收。
圖2. d) 電磁干擾屏蔽性能
解析：
這部分展示了碳纖維@聚苯胺/銀納米線復合材料的電磁干擾屏蔽性能。屏蔽性能通常通過屏蔽效能（SE）來衡量，它表示材料對電磁波的衰減能力。通過優化材料的組成和結構，可以實現高效的電磁屏蔽，這對于保護電子設備免受電磁干擾至關重要。
圖2. e) 負載PEDOT:PSS的蜜胺泡沫的電磁波吸收機制示意圖
解析：
這部分展示了負載PEDOT:PSS（聚(3,4-乙撐二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸)）的蜜胺泡沫的電磁波吸收機制。PEDOT:PSS是一種導電聚合物，具有良好的電導率和電磁波吸收性能。當它與蜜胺泡沫結合時，可以形成多孔結構，增加電磁波在材料內部的傳播路徑和吸收機會。這種結構有助于將電磁波能量轉化為熱能或其他形式的能量，從而實現高效的電磁波吸收。這對于減少電磁污染和保護環境具有重要意義。
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圖3. a) 展示了用于擠出打印的MXene功能化PEDOT:PSS墨水的制備示意圖。b) 原始PEDOT:PSS墨水和MXene功能化PEDOT:PSS墨水的照片。c) 打印結構的照片（a-c）。[39] d) 通過掃描離心鑄造法合成過程的示意圖。e) 石墨烯薄膜在10 GHz頻率下電磁干擾屏蔽效能（EMI SE）隨厚度的變化。f) 石墨烯薄膜的數碼照片（d-f）。[40] g) PVA/PEDOT:PSS/Ag NWs薄膜的制備示意圖。[43]
解析
這段文字描述了圖3中的幾個關鍵部分，每個部分都與制備具有特定功能（如電磁干擾屏蔽、熱管理和智能窗戶）的材料相關。以下是對每個部分的詳細解析：
a) 展示了用于擠出打印的MXene功能化PEDOT:PSS墨水的制備示意圖：
這部分展示了一個示意圖，描述了如何通過MXene功能化PEDOT:PSS（聚(3,4-乙撐二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸)）來制備適合擠出打印的墨水。MXene是一種二維過渡金屬碳化物或氮化物，具有良好的導電性和機械性能，與PEDOT:PSS結合可以增強墨水的功能性和打印性能。
b) 原始PEDOT:PSS墨水和MXene功能化PEDOT:PSS墨水的照片：
這部分提供了兩種墨水的實物照片：一種是未功能化的原始PEDOT:PSS墨水，另一種是MXene功能化后的PEDOT:PSS墨水。通過對比照片，可以直觀地看到兩種墨水在外觀上的差異，可能包括顏色、粘度等方面的變化。
c) 打印結構的照片（a-c）：
這部分展示了使用上述墨水通過擠出打印技術制備的結構的照片。這些結構可能是具有特定形狀和尺寸的薄膜、網格或其他復雜圖案，用于評估墨水的打印性能和最終產品的性能。
d) 通過掃描離心鑄造法合成過程的示意圖：
這部分描述了一個通過掃描離心鑄造法合成材料的示意圖。掃描離心鑄造是一種先進的材料制備技術，通過離心力和掃描控制來精確控制材料的沉積和結晶過程，從而制備出具有優異性能的材料。
e) 石墨烯薄膜在10 GHz頻率下電磁干擾屏蔽效能（EMI SE）隨厚度的變化：
這部分展示了石墨烯薄膜在不同厚度下的電磁干擾屏蔽效能（EMI SE）數據，特別是在10 GHz頻率下的表現。EMI SE是衡量材料對電磁波屏蔽能力的重要指標，對于開發高效的電磁屏蔽材料至關重要。
f) 石墨烯薄膜的數碼照片（d-f）：
這部分提供了石墨烯薄膜的數碼照片，可能是為了展示薄膜的外觀、均勻性或其他物理特性。這些照片有助于評估石墨烯薄膜的制備質量和潛在應用。
g) PVA/PEDOT:PSS/Ag NWs薄膜的制備示意圖：
這部分展示了一個示意圖，描述了如何通過結合聚乙烯醇（PVA）、PEDOT:PSS和銀納米線（Ag NWs）來制備復合薄膜。這種復合薄膜可能結合了PVA的柔韌性、PEDOT:PSS的導電性和Ag NWs的高導電性，從而具有優異的電學和機械性能，適用于多種應用場景。
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圖4. a) 纖維素納米纖維及纖維素納米纖維包裹綠色聚苯胺（PANI）球的制備示意圖。b) 纖維素納米纖維包裹PANI的電磁干擾（EMI）屏蔽效能（a, b）。[44] c) 天然電磁干擾屏蔽區域的示意圖。d) 不同導電層碳/聚氨酯的EMI屏蔽效能。f) CP、NG/CP、Fe3O4-NG/CP、PEDOT:PSS/Fe3O4-NG/CP的示意圖模型及放大后的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像（c–f）。[47] g) 碳纖維（CF）和二硫化鎢修飾碳纖維（WS2-CF）的光學圖像及模型示意圖。[48] h) CF@AgNPs電磁干擾屏蔽機制的示意圖。[49] i) 三維液態金屬復合材料的示意圖。j) 在2.65–5.95 GHz和8.2–40 GHz頻率范圍內，復合材料的平均EMI屏蔽效能與應變的關系。k) 在0%、100%、200%和400%應變下，通過微X射線斷層掃描重建的三維形態（i–k）。[50]
解析
這段文字和對應的圖4主要描述了關于電磁干擾（EMI）屏蔽材料的制備、性能及其機制的研究內容，具體解析如下：
圖4a和b：
內容：展示了纖維素納米纖維及其包裹綠色聚苯胺（PANI）球的制備過程示意圖，以及這種復合材料的EMI屏蔽效能。
解析：這部分說明了通過纖維素納米纖維包裹PANI球可以制備出具有EMI屏蔽效能的復合材料，這種材料可能結合了纖維素的機械性能和PANI的導電性，從而實現有效的電磁屏蔽。
圖4c：
內容：天然電磁干擾屏蔽區域的示意圖。
解析：這部分可能展示了自然界中某些材料或結構本身就具有電磁屏蔽的特性，例如某些植物的葉子或動物的皮膚等，這些天然材料可能通過其獨特的微觀結構或化學成分來實現電磁屏蔽。
圖4d：
內容：不同導電層碳/聚氨酯復合材料的EMI屏蔽效能。
解析：這部分研究了在碳/聚氨酯復合材料中引入不同導電層對EMI屏蔽效能的影響，表明通過調整導電層的種類和厚度，可以優化復合材料的電磁屏蔽性能。
圖4f：
內容：展示了CP、NG/CP、Fe3O4-NG/CP、PEDOT:PSS/Fe3O4-NG/CP等復合材料的示意圖模型及放大后的SEM圖像。
解析：這部分詳細展示了這些復合材料的微觀結構和形貌，通過SEM圖像可以觀察到材料的納米級結構和界面情況，這對于理解材料的電磁屏蔽機制至關重要。
圖4g：
內容：碳纖維（CF）和二硫化鎢修飾碳纖維（WS2-CF）的光學圖像及模型示意圖。
解析：這部分對比了普通碳纖維和經過二硫化鎢修飾后的碳纖維的外觀和結構，表明通過表面修飾可以改變碳纖維的表面性質和微觀結構，從而影響其電磁屏蔽性能。
圖4h：
內容：CF@AgNPs電磁干擾屏蔽機制的示意圖。
解析：這部分解釋了CF@AgNPs復合材料如何通過銀納米粒子（AgNPs）的引入來增強碳纖維的電磁屏蔽性能，可能涉及銀納米粒子對電磁波的散射、吸收和反射等機制。
圖4i, j和k：
內容：三維液態金屬復合材料的示意圖、平均EMI屏蔽效能與應變的關系以及在不同應變下的三維形態。
解析：這部分研究了三維液態金屬復合材料在受力變形時的電磁屏蔽性能變化，表明這種材料在受力時仍能保持較好的電磁屏蔽效能，這對于開發可變形、可拉伸的電磁屏蔽材料具有重要意義。
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圖5. a) TOCN/CS@MXene/TOCN（TC@MT）復合紙的示意圖。[54] b) 具有三明治結構的(Fe3O4/Ti3C2Tx)/PVA的電磁干擾屏蔽機制示意圖。[55] c) 由Sn/SnO@C納米球和石墨烯薄膜制成的電子設備。d) SD和SF薄膜的電磁傳播路徑。e) 屏蔽系數值；f) R系數；g) SF/SD裝置的A系數。h) 使用在625°C下獲得的Sn/SnO2@C的A/S比值（c–h）。[56]
解析
這段文字描述了圖5中的幾個子圖及其相關內容，主要涉及復合材料的示意圖、電磁干擾（EMI）屏蔽機制、電子設備以及電磁傳播路徑和性能參數。以下是對每個子圖的詳細解析：
1、圖5a:
*內容: TOCN/CS@MXene/TOCN（TC@MT）復合紙的示意圖。
*解析: 這個子圖展示了TC@MT復合紙的結構，其中TOCN可能代表某種納米纖維素，CS可能代表殼聚糖，而MXene是一種二維過渡金屬碳化物或氮化物。這種復合紙可能用于電磁屏蔽或熱管理等領域。
2、圖5b:
*內容: 具有三明治結構的(Fe3O4/Ti3C2Tx)/PVA的電磁干擾屏蔽機制示意圖。
*解析: 這個子圖描繪了由Fe3O4（四氧化三鐵）和Ti3C2Tx（一種MXene材料）組成的復合材料，與PVA（聚乙烯醇）結合形成三明治結構，用于電磁干擾屏蔽。示意圖可能展示了電磁波如何被這種結構吸收或反射，從而達到屏蔽效果。
3、圖5c:
*內容: 由Sn/SnO@C納米球和石墨烯薄膜制成的電子設備。
*解析: 這個子圖展示了使用Sn/SnO@C納米球（錫/氧化錫包裹的碳納米球）和石墨烯薄膜制造的電子設備。這種組合可能用于提高設備的導電性、熱穩定性或電磁屏蔽性能。
4、圖5d:
*內容: SD和SF薄膜的電磁傳播路徑。
*解析: 這個子圖可能展示了兩種不同薄膜（SD和SF）中電磁波的傳播路徑。這有助于理解電磁波在不同材料中的行為，以及如何設計材料來優化電磁屏蔽或傳輸性能。
5、圖5e-h:
*內容: 屏蔽系數值；R系數；SF/SD裝置的A系數；使用在625°C下獲得的Sn/SnO2@C的A/S比值。
*解析:
² 屏蔽系數值: 可能表示材料對電磁波的屏蔽效果。
² R系數: 可能代表反射系數，即電磁波被材料反射的比例。
² A系數: 可能代表吸收系數，即電磁波被材料吸收的比例。
² A/S比值: 可能表示吸收與散射（或反射與散射）之間的比例，這里特指使用在625°C下合成的Sn/SnO2@C材料的A/S比值。這些參數對于評估材料的電磁屏蔽性能至關重要。
整體而言，圖5展示了復合材料在電磁屏蔽領域的應用及其性能評估，涵蓋了材料結構、屏蔽機制、電子設備應用以及性能參數等多個方面。
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圖6. a) 木炭骨架/石蠟復合材料的制備示意圖。[62] b) 鎳基底的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像，c) ZIF-67納米針陣列，以及d) 分層C/Co3O4納米陣列。e) 在鎳基底上制備分層C/Co3O4納米陣列的工藝示意圖（b–e）。[63] f) 孔隙結構調整過程的示意圖。g) 分層碳納米管（CNT）泡沫在8–18 GHz頻段內的電磁干擾（EMI）屏蔽效能（f,g）。[64] h) 不同壓縮比下碳化木的SEM圖像及i) 電磁波（EMW）傳播路徑。j) 不同孔隙結構的碳化木的EMI屏蔽效能（h–j）。[65]
解析
這段文字和對應的圖6主要描述了關于木炭骨架/石蠟復合材料、ZIF-67納米針陣列、分層C/Co3O4納米陣列以及碳化木在電磁干擾屏蔽方面的研究和制備過程。以下是對各部分的詳細解析：
1、木炭骨架/石蠟復合材料的制備示意圖（圖6a）：
這部分展示了一個復合材料的制備過程，該復合材料由木炭骨架和石蠟組成。這種復合材料可能用于熱管理或電磁屏蔽等領域。
2、鎳基底、ZIF-67納米針陣列和分層C/Co3O4納米陣列的SEM圖像（圖6b-d）：
*鎳基底（圖6b）：作為制備納米陣列的基底材料，提供了良好的導電性和穩定性。
*ZIF-67納米針陣列（圖6c）：ZIF-67是一種金屬有機框架材料，其納米針陣列結構可能具有優異的電磁波吸收或屏蔽性能。
*分層C/Co3O4納米陣列（圖6d）：這種分層結構可能通過增加電磁波在材料內部的傳播路徑，從而提高屏蔽效能。
3、分層C/Co3O4納米陣列的制備工藝示意圖（圖6e）：
展示了在鎳基底上制備分層C/Co3O4納米陣列的具體步驟，包括基底預處理、納米陣列的生長和后處理等過程。
4、孔隙結構調整過程的示意圖（圖6f）：
描述了如何通過調整材料的孔隙結構來優化其電磁屏蔽性能。孔隙結構的變化可以影響電磁波在材料內部的散射和吸收。
5、分層碳納米管泡沫的EMI屏蔽效能（圖6g）：
展示了分層碳納米管泡沫在8–18 GHz頻段內的電磁干擾屏蔽效能。這種泡沫材料由于其獨特的分層結構和優異的導電性，可能具有高效的電磁屏蔽性能。
6、不同壓縮比下碳化木的SEM圖像及EMW傳播路徑（圖6h-i）：
*SEM圖像（圖6h）：展示了不同壓縮比下碳化木的微觀結構變化。壓縮比的變化可能影響材料的孔隙率和導電性，從而影響其電磁屏蔽性能。
*EMW傳播路徑（圖6i）：描述了電磁波在不同壓縮比的碳化木中的傳播路徑。這些路徑的變化可以解釋材料屏蔽效能的差異。
7、不同孔隙結構的碳化木的EMI屏蔽效能（圖6j）：
展示了不同孔隙結構的碳化木的電磁干擾屏蔽效能。孔隙結構的變化對屏蔽效能有顯著影響，這可能是因為孔隙率、孔徑分布和孔隙形狀等因素影響了電磁波在材料內部的傳播和吸收。
總結
這段文字和圖6主要展示了通過調整材料的微觀結構和孔隙結構來優化其電磁屏蔽性能的研究。通過制備不同類型的納米陣列和復合材料，并研究其電磁屏蔽效能，為開發高效電磁屏蔽材料提供了新的思路和方法。
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圖7. a) CNT/混凝土電磁干擾（EMI）屏蔽復合材料的幾何尺寸和光學照片。[80] b) 用于建筑物不同部位健康監測的應變傳感陣列模型。c) 窗戶上的透光屏蔽涂層（b,c）。[81] d) 由半透明全竹、透明竹和ITO薄膜組成的多層裝置，安裝有LED燈。[82]
解析
這段文字描述了圖7中的四個子圖，每個子圖都展示了與電磁干擾屏蔽、建筑材料健康監測以及智能窗戶相關的不同內容。以下是對每個子圖的詳細解析：
圖7a: CNT/混凝土EMI屏蔽復合材料的幾何尺寸和光學照片
內容：展示了碳納米管（CNT）與混凝土復合而成的電磁干擾（EMI）屏蔽材料的幾何尺寸和實際光學照片。
意義：這種復合材料結合了CNT的高導電性和混凝土的結構強度，旨在提供有效的電磁屏蔽性能，同時保持建筑材料的結構完整性。
圖7b: 用于建筑物不同部位健康監測的應變傳感陣列模型
內容：展示了用于監測建筑物不同部位（如梁、柱、墻等）健康狀況的應變傳感陣列模型。
意義：通過集成應變傳感器，可以實時監測建筑物的結構變化，提前發現潛在的安全隱患，從而采取必要的維護措施，確保建筑物的長期穩定性和安全性。
圖7c: 窗戶上的透光屏蔽涂層
內容：展示了窗戶上應用的一種透光屏蔽涂層，該涂層能夠在保持窗戶透光性的同時，提供電磁屏蔽功能。
意義：這種涂層對于需要同時滿足采光和電磁屏蔽需求的建筑窗戶尤為重要，如醫院、實驗室等對電磁環境要求較高的場所。
圖7d: 由半透明全竹、透明竹和ITO薄膜組成的多層裝置，安裝有LED燈
內容：描述了一個由半透明全竹、透明竹和氧化銦錫（ITO）薄膜組成的多層裝置，該裝置上安裝有LED燈。
意義：這種多層結構可能用于智能窗戶系統，通過調節各層的透光性和反射性，實現窗戶的智能調光功能。ITO薄膜因其良好的導電性和透光性，常被用作智能窗戶中的透明電極。結合LED燈，這種裝置可能還具備照明和顯示功能，提升建筑物的智能化水平。
整體來看，這段文字和對應的圖7展示了在建筑材料中集成電磁屏蔽、健康監測和智能調光功能的創新方法，體現了現代建筑材料向多功能化、智能化方向發展的趨勢。
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圖8. 典型建筑圍護結構中熱管理（TM）的示意圖及其特性。
解析
圖8概述：
圖8展示了在典型建筑圍護結構中熱管理（Thermal Management, TM）的示意圖，并概述了其關鍵特性。這張圖對于理解建筑中如何實現高效的熱管理至關重要，特別是在節能和提升居住舒適度方面。
熱管理（TM）在建筑中的應用：
熱管理在建筑領域的應用旨在通過調控建筑圍護結構（如墻體、屋頂、窗戶等）的熱傳遞過程，實現室內環境的熱舒適性和能源效率。這包括減少不必要的熱量傳遞（如冬季防止熱量散失，夏季防止熱量進入），以及利用可再生能源進行供暖或制冷。
一、示意圖內容：
雖然無法直接看到圖8的具體內容，但根據上下文可以推測，示意圖可能包括以下幾個關鍵部分：
1、建筑圍護結構：展示了墻體、屋頂、窗戶等建筑元素，這些是熱管理的主要對象。
2、熱傳遞路徑：通過箭頭或線條表示熱量在建筑圍護結構中的傳遞路徑，包括傳導、對流和輻射。
3、熱管理材料和技術：標注了用于減少熱傳遞或增強熱存儲的材料和技術，如隔熱材料、相變材料（PCMs）、熱反射涂層等。
能量流動：可能展示了太陽能的收集和利用，以及建筑內部熱量的產生和排放。
二、熱管理的關鍵特性：
1、隔熱性能：通過使用高效隔熱材料減少熱量在建筑圍護結構中的傳遞，從而降低供暖或制冷的能耗。
2、熱存儲能力：利用相變材料等具有高潛熱的材料，在夜間或低溫時段存儲熱量，在白天或高溫時段釋放熱量，以平衡室內溫度波動。
3、熱反射和輻射調控：通過熱反射涂層或智能窗戶等技術，調控太陽輻射的進入和室內熱量的輻射損失，進一步優化室內熱環境。
4、系統集成與智能化：將各種熱管理技術集成到一個智能系統中，通過傳感器、控制器和執行器等設備實現自動化調控，提高能源利用效率和居住舒適度。
實際應用與挑戰：
在實際應用中，熱管理技術需要綜合考慮建筑的使用功能、氣候條件、能源成本和環保要求等多種因素。同時，如何將這些技術有效地集成到建筑設計中，并實現長期穩定運行，也是當前面臨的挑戰之一。
總結：
圖8通過示意圖的形式展示了典型建筑圍護結構中熱管理的關鍵要素和特性，強調了熱管理在提升建筑能源效率和居住舒適度方面的重要性。隨著科技的進步和人們對節能環保意識的提高，熱管理技術將在未來建筑領域發揮更加重要的作用。
隨著建筑空間電磁干擾加劇，節能建筑材料研究重點聚焦于優異屏蔽、可控熱傳遞及可調光學特性。當前，多種建筑材料在制備工藝、結構設計上取得進展，但仍面臨挑戰：一是開發透明高效電磁屏蔽材料，需優化成分與結構以實現高效屏蔽；二是發展先進熱管理技術，交互式和動態熱調節策略或成未來主流，需突破基礎研究到工程創新；三是智能窗戶應用，熱致變色窗需接近環境溫度的相變材料，光致變色窗受限于有機材料恢復性，電致變色窗需低成本、強健的電解質系統；四是降低大規模生產和開發成本，利用生物質廢棄物、天然礦物等原料，實現低成本、環保與高效能。DOI: 10.1002/adfm.202415921
以下是該文獻的主要創新點總結：
1、寬帶微波屏蔽材料的創新設計：
微觀結構調控：通過精心設計材料的微觀結構，如導電網絡、界面極化、磁耦合、偶極子極化以及介電-磁協同效應，顯著提高了電磁屏蔽性能。例如，通過調整碳纖維、聚苯胺納米纖維和銀納米線（AgNWs）的復合結構，實現了高導電性和優異的微波屏蔽效果。
多層復合結構：提出了多層復合結構的設計，包括均質結構、隔離結構、層狀結構和多孔結構，通過不同材料層之間的多次反射和散射，增強了微波的衰減效果。特別是層狀結構中的“吸收-反射-再吸收”機制，有效提升了屏蔽性能。
2、熱管理材料的創新應用：
多功能熱管理材料：開發了集熱轉換、熱存儲、熱輻射和熱傳導于一體的多功能熱管理材料。例如，氣凝膠材料因其超低熱導率、高孔隙率和優異的化學穩定性，在建筑保溫中展現出巨大潛力。
相變材料（PCMs）的應用：利用PCMs在固液相變過程中吸收或釋放大量潛熱，實現高效的熱能存儲和調節。通過將PCMs與建筑結構相結合，有效提升了建筑的能源效率。
3、智能窗戶技術的創新突破：
熱致變色智能窗戶：開發了基于VO2等熱致變色材料的智能窗戶，能夠根據環境溫度自動調節透光率，從而控制室內溫度，減少空調和暖氣的使用。VO2材料在臨界溫度下發生半導體到金屬的相變，實現光透過率的顯著變化。
光致變色和電致變色智能窗戶：研究了光致變色和電致變色材料在智能窗戶中的應用，通過外部光或電刺激調節窗戶的透光率。例如，利用WO3等無機材料和有機光致變色分子，實現了窗戶透光率的動態調節。
4、材料復合與結構優化：
納米復合材料：通過將納米材料（如碳納米管、石墨烯、MXene等）與傳統材料復合，顯著提升了材料的綜合性能。例如，將MXene與熱塑性聚氨酯（TPU）復合，制備出既透明又具有良好微波屏蔽性能的薄膜。
三維多孔結構設計：利用三維多孔結構（如金屬有機框架/三聚氰胺泡沫）提高材料的熱絕緣性能和微波吸收能力。多孔結構通過延長微波傳輸路徑，增強了散射和衰減效果。
5、綠色電磁屏蔽理念：
提出綠色電磁屏蔽指數：定義了綠色電磁屏蔽指數（g_s），作為評估電磁屏蔽材料綜合性能的新標準。該指數不僅考慮了材料的吸收系數，還考慮了其傳輸系數，鼓勵減少二次反射污染。
6、多功能一體化設計：
集成多功能材料：探索了將微波屏蔽、熱管理和智能窗戶功能集成于一體的多功能材料設計。例如，開發了同時具備微波吸收、熱絕緣和光調節功能的復合材料，為未來智能建筑提供了新的解決方案。
這些創新點不僅提升了能源高效建筑在電磁屏蔽、熱管理和智能窗戶方面的性能，還為相關領域的研究提供了新的思路和方法。
轉自《石墨烯研究》公眾號
