随着全球经济的发展和气候变化的加剧，节能项目日益重要。通过制造不同的纳米结构和器件，材料能够调节和改变光（可见光/红外光）与热能，从而在人类生活中实现节能效果。我们的研究方向涵盖功能氧化物薄膜、变色材料及先进纳米材料的加工与表征，这些材料广泛应用于能源与电子领域。我们同时致力于开发低成本纳米材料，并推动实际应用中的关键技术突破。

一、高质量功能薄膜生长

通过物理气相沉积系统（如脉冲激光沉积系统、磁控溅射系统等），制备各类功能薄膜。通过生长高质量薄膜，可调控材料的光学与电学特性；同时专注于高质量外延异质结构的生长及薄膜表征技术，以制备高性能器件。

二、动态智能调光窗及器件

1、热致变色材料VO₂：

节能应用：提出光学结构设计方案并优化光学性能，开发多种高性能VO₂基热致变色智能窗（如Cr₂O₃/VO₂/SiO₂/玻璃、SiN_x/VO₂/SiN_x/玻璃）。提升关键光学特性（高透光率与太阳能调制能力）。同时基于多功能结构，实现低温制备、环境稳定性与自清洁功能的集成。

相变调制、VO₂机制与新型器件集成：构建基于VO₂ 相变结构的新型多场调控模式。利用电致变色、光致变色材料（如H_xWO₃ 、YH_x）实现对VO₂ 薄膜中缺陷（离子或电荷）捕获与释放的调控。探究强关联电子体系中相变与调制行为的机理。

2、电致变色材料与器件：

高效无机电致变色设计与离子传输机制：电致变色智能窗作为新兴技术，可通过动态独立调控近红外与可见光透射率显著降低建筑能耗。基于无机电致变色材料（阴极）、阳离子存储层、对电极（阳极）及透明电极的设计，设计泵浦式氢离子电解质层，开发出超快响应（0.7 s）电致变色器件（Nature Electronics 5, 45-52, 2022）。此外，还研究了兼具高效能的多功能EC器件，如能量存储、双稳态等特性。

基于超材料理念的宽波段电致变色设计：从优化全波段（可见光、近红外、中远红外）光热交换的角度出发，构建“多频段解耦辐射界面”(高/低辐射界面)，开发新型电致变色结构，优化窗户辐射热交换，突破传统电致变色材料的光谱调控局限（Nature Sustainability 7, 796-803 2024）。

3、其他变色材料：

本课题组还致力于研究高性能光致变色材料（ReO_xH_y）、气致变色材料（镁镍合金）乃至压致变色材料及器件。

三、红外发射率可调材料与器件

太阳（约5700 K）与外层空间（约3 K）是人类可利用的两种天然能源。然而，当前多数太阳能采集与向外层空间散热的技术方案，均采用具有静态光谱特性的吸收体与发射体独立实现。因此，开发兼具强太阳吸收能力与大气窗口（即8-13 μm）可调辐射率的自适应结构/装置，可有效实现昼间太阳能热利用与夜间辐射冷却。此外，日间辐射冷却与太阳能供暖对建筑节能具有重要意义。

四、光热调控超构材料

光与热作为自然界最普遍的两种能量形式，深深融入我们的日常生活。对其相互转换与调制的控制已成为跨学科研究的焦点。微纳尺度结构因其尺寸与光波长相近，能显著改变光与物质的相互作用，从而精确调控光热转换过程的效率。相较于传统宏观材料体系，这种调制能力具有独特优势与潜力。

例如，通过设计特定的微纳结构，可提升太阳能吸收率与热能转换效率，这对太阳能利用和热能管理至关重要。本团队致力于探索光与微纳结构的相互作用，揭示光热耦合过程中产生的全新机制、现象及应用前景。

五、太阳光-热-电转化器件

实现碳中和与确保能源可持续利用的紧迫目标，推动着人们对太阳能利用技术提出创新且经济可行的新要求。光热发电（PTE）转换是一种高效的太阳能采集与电能转化策略。该技术融合了光热效应与热电效应，其原理在于：系统吸收太阳辐射产生温差，并基于塞贝克效应将温差转化为电压。波长选择性吸收膜的设计可使可见光透过，同时尽可能吸收紫外光和近红外光并将其转化为热能。由此持续收集的热能会通过薄膜横向传导至热电装置的热端。这种发电系统使能量转换效率与窗户透光性实现解耦，从而可对二者分别进行独立调控。