Science正刊：隐形（可见光透明）隔热材料，有望替代窗户玻璃实现高效节能

1.研究背景
建筑能耗在全球能源消耗中占比很高，而“建筑围护结构”是冷热损失的主战场。其中窗户尤其棘手：面积占比不大，却往往贡献了最主要的热交换。传统双层/中空玻璃依赖气体夹层或Low-E涂层提升保温，但厚度、密封、成本与寿命都受限；透明纤维素/二氧化硅气凝胶虽能透光隔热，却常因孔径跨越纳米到微米、散射强而发雾，厚度一增加就更难保持“像玻璃一样清澈”。从传热机理看，要同时做到高透明与低导热，孔尺度必须小到既不明显散射可见光，又能抑制空气分子在孔内的有效导热（接近或小于空气分子平均自由程量级）。因此，真正的挑战不是“做一个透明材料”，而是做出可规模化、可厚制、孔结构高度可控的透明隔热“超材料”，让窗户不再是能耗的漏洞。

2.本文要点
作者用表面活性剂胶束网络“纳米模板”出三维连通的中孔管网，把隔热材料做成几乎与空气同折射率的“冻结空气”，并将其放大到平方米薄膜与厘米级厚板，直接走向建筑尺度应用。
1.结构设计。MOCHI由多孔硅氧烷纳米管构成的三维图网络组成，所有结构特征控制在50 nm以内；管内孔约数纳米、管间孔约20–30 nm，实现“单分散小孔+连通网络”。
2.关键性能。可见光平均透过率>99%且雾度<1%，折射率约1.025–1.030，几乎“看不见”；热导率约10–12 mW·m⁻¹·K⁻¹，低于静止空气，并能强烈抑制热红外辐射穿透。
3. 工程落地。制备出平方米级柔性薄膜与>3 cm厚透明板；通过“光学接触”实现无缝拼接与复杂几何切割，构建高热阻玻璃单元与窗户内贴膜改造，同时展示透明隔热助力非聚光太阳热利用的潜力。

图1. 展示MOCHI在平方米薄膜与厘米级厚板上的“几乎隐形”透明效果，并给出中孔管网的TEM/三维重构与纳米管结构示意

图2. 系统展示MOCHI的光学特性 包括>99%透过率 低雾度 近空气折射率 以及“光学接触”拼接后几乎无界面反射并可激光切割成复杂形状

图3. 给出热导率-孔隙率关系 热红外透过特性 与MOCHI夹层玻璃单元在冷热箱条件下的热像对比 证明窗户可达到接近墙体的保温水平并具备全球节能预测

图4. 展示透明隔热支持非聚光太阳热利用的系统 光谱选择性与热损系数分析 以及全球能量产出与面板需求的地图化评估
3.研究结论
研究表明，MOCHI以可设计的中孔管网取代传统气凝胶的“多尺度随机孔”，从源头解决了厚制透明材料的散射与热传导难题：纳米限域空气显著削弱气相导热，复杂的硅氧烷管网又降低固相导热与热桥，同时材料在热红外范围强吸收，使厚板中辐射传热贡献接近可忽略。通过自组装-动力学过程与后续溶剂/表活置换-超临界干燥，作者把这种“预设计超材料”放大到建筑相关尺度，并用高热阻透明中间层构建墙级保温性能的玻璃单元；薄膜形式也可用于既有窗户的快速改造。进一步，透明隔热让太阳光“进得来”、热辐射“出不去”，使非聚光太阳热系统获得接近300°C的停滞温度，展示从节能到产能的延展空间。作者认为该平台还可通过表面功能化或掺入纳米粒子实现更丰富的定制功能，为未来高效建筑围护结构提供新路径。 
4.文章信息
Amit Bhardwaj, Blaise Fleury, Bohdan Senyuk, Eldho Abraham, Jan Bart ten Hove, Taewoo Lee, Vladyslav Cherpak, Ivan I. Smalyukh*. Science, 1171–1176 (2025). 
https://doi.org/10.1126/science.adx5568