光致變色材料在光學(xué)存儲、智能窗等領(lǐng)域前景廣闊，但傳統(tǒng)過渡金屬氧化物雖具穩(wěn)定性和成本優(yōu)勢，卻受限于加工性差的問題。亞納米材料（至少一維尺寸小于1納米）因表面原子比例超高，表現(xiàn)出獨特的電子結(jié)構(gòu)和類聚合物特性，為突破無機材料加工瓶頸提供了新思路。然而，如何利用亞納米尺度優(yōu)勢同步提升光致變色性能與加工性，仍是亟待解決的挑戰(zhàn)。

清華大學(xué)王訓(xùn)教授、北京理工大學(xué)張思敏教授通過溶劑熱法成功合成直徑僅0.8納米、長度數(shù)微米的氧化鎢亞納米線（TOSNWs）。該材料兼具>95%的可見光透過率和15秒快速光致變色特性，變色后展現(xiàn)強近紅外吸收能力。其類聚合物的流變性能支持旋涂、刮涂等簡易加工工藝，為開發(fā)光觸發(fā)透明熱屏蔽涂層鋪平道路。

圖1 展示了TOSNWs的精細結(jié)構(gòu)：透射電鏡（TEM）圖像揭示其單分散獨立線狀形態(tài)（圖1a,b），球差校正電鏡測得0.38納米晶格間距（圖1c），原子力顯微鏡（AFM）直接證實0.8納米直徑（圖1d）。這種尺度與氧化鎢晶胞尺寸相當，賦予材料超高柔性——電鏡中可見線體自由彎曲盤繞（圖1a,b）。在非極性溶劑（如辛烷）中，線體自組裝成束帶結(jié)構(gòu)（圖1e,f），而元素圖譜（圖1g-j）證實其純凈的鎢、氧組成。

圖1. TOSNWs形貌表征 (a,b) 乙醇分散液中TOSNWs的TEM圖像。插圖：TOSNWs乙醇分散液實物圖。 (c) 乙醇分散液中TOSNWs的球差校正STEM圖像。 (d) AFM圖像及對應(yīng)高度曲線圖。 (e) 辛烷分散液中TOSNWs的TEM圖像。 (f) 辛烷分散液中TOSNWs的HAADF-STEM圖像。 (g-j) EDX元素分布圖譜結(jié)果（W, O元素）。 

圖2凸顯了材料的類聚合物特性。隨溶劑極性調(diào)節(jié)（乙醇/辛烷混合），TOSNWs實現(xiàn)從透明分散液到不透明凝膠的轉(zhuǎn)變（圖2a,b）：當辛烷體積比≤50%時，分散液透光率>90%（圖2c）；辛烷比例增加促使線體組裝成納米帶，通過物理纏結(jié)形成三維網(wǎng)絡(luò)凝膠（圖2d）。這種組裝行為顯著提升體系粘度——TOSNWs分散液粘度比直徑10納米的氧化鎢線高數(shù)個量級（圖2d）。研究進一步利用表面羥基設(shè)計交聯(lián)凝膠（圖2e）：添加二異氰酸酯后10分鐘內(nèi)即可形成自支撐透明凝膠（圖2f），經(jīng)超臨界干燥制得的氣凝膠密度僅0.031 g·cm?³，可承載蒲公英而不損傷（圖2g）。

圖2. TOSNWs溶劑響應(yīng)行為與交聯(lián)設(shè)計 (a,b) 不同乙醇/辛烷體積比的TOSNWs分散液狀態(tài)（透光率與凝膠行為）。 (c) TOSNWs分散液透光率與溶劑組成關(guān)系（插圖為實物圖）。 (d) TOSNWs分散液粘度隨辛烷體積比變化曲線。 (e) TOSNWs表面雙分子層結(jié)構(gòu)示意圖及二異氰酸酯交聯(lián)機制。 (f) 交聯(lián)TOSNWs形成的自支撐透明凝膠實物圖。 (g) TOSNWs氣凝膠承載蒲公英的實物圖（密度0.031 g·cm?³）。 

圖3 記錄了材料卓越的光響應(yīng)能力：TOSNWs乙醇分散液在100 mW·cm?²氙燈下15秒內(nèi)由無色變?yōu)樯钏{（圖3a,b），其凝膠與氣凝膠同樣展現(xiàn)快速變色（圖3c-f）。X射線光電子能譜（XPS）證實變色源于W??形成（圖3g,h），引發(fā)局域表面等離子共振效應(yīng)，導(dǎo)致變色后材料在近紅外區(qū)出現(xiàn)寬譜強吸收（圖3i）。這種"體相變色"特性（圖3k）得益于亞納米尺度——所有WO?八面體暴露于表面，顯著提升變色效率（傳統(tǒng)納米顆粒僅表面反應(yīng)）。

圖3. TOSNWs光致變色性能 (a,b) TOSNWs乙醇分散液（5 mg·mL?¹）變色前后狀態(tài)。 (c,d) TOSNWs凝膠（5 mg·mL?¹, V乙醇:V辛烷=1:1）變色前后狀態(tài)。 (e,f) TOSNWs氣凝膠變色前后狀態(tài)。 (g,h) 初始態(tài)與變色態(tài)TOSNWs的XPS譜圖（W 4f軌道）。 (i) 變色前后紫外-可見-近紅外吸收光譜對比。 (j) 光照后不同時間點的吸收光譜變化（0-120分鐘）。 (k) 亞納米線（SNWs）與傳統(tǒng)納米顆粒光致變色機制對比示意圖。 

圖4 演示了TOSNWs涂層的熱屏蔽效能：旋涂于石英玻璃的透明涂層（0.2 mg·cm?²）初始透光率>90%，變色后仍保持>50%可見光透過（圖4c,e）。在模擬日光照射下，涂層覆蓋的玻璃溫度5分鐘內(nèi)升高35℃，而裸玻璃溫度不變（圖4f），證實近紅外光高效轉(zhuǎn)化為局部熱量。密閉箱體實驗顯示，涂層使箱內(nèi)溫升降低55%（13℃ vs 29℃）（圖4g），顯著阻隔熱量傳入。

圖4. TOSNWs涂層熱屏蔽性能驗證 (a,b) 無涂層石英玻璃覆蓋的自制裝置實驗起始/結(jié)束狀態(tài)（標尺單位：厘米）。 (c,d) TOSNWs涂層石英玻璃覆蓋裝置實驗狀態(tài)（左下插圖：涂層變色前后實物圖）。 (e) TOSNWs涂層透光率光譜。 (f) 氙燈照射下（100 mW·cm?²）涂層/無涂層玻璃溫度隨時間變化曲線。 (g) 涂層/無涂層密閉箱體內(nèi)溫度隨時間變化曲線。

該研究通過亞納米尺度設(shè)計，同步攻克了過渡金屬氧化物光致變色材料的加工性與性能瓶頸。TOSNWs的類聚合物加工性、快速光響應(yīng)及高效熱屏蔽能力，為建筑/汽車智能窗提供了新材料解決方案。這種"光照即隔熱"的特性有望顯著降低制冷能耗，助力碳中和目標實現(xiàn)。