科学通报 | “香山科学会议专栏”评述文章：智能光热调控材料的前沿展望与变革型发展路径

为应对航空航天、电子信息、建筑节能等领域对高效热管理的迫切需求，智能光热调控技术凭借其动态响应环境变化、主动调节光热性能的优势，正推动热管理范式从“静态防护”向“智能适应”转变。中国科学院上海硅酸盐研究所曹逊研究员、华中师范大学陶光明教授、同济大学裴艳中教授基于第Y11次香山科学会议共识，在《科学通报》“香山科学会议专栏”发表评述文章，系统梳理了该技术从物理机制到关键应用的核心挑战与突破方向，并围绕“双碳”目标提出实现能源高效利用的变革性发展路径与未来布局。

一、技术背景：从“被动防护”到“主动适应”

在高温、高负荷、多变的工况环境下，传统热管理材料与系统往往依赖固定物性进行“静态防护”，难以应对复杂环境的动态热负载。智能光热调控技术通过材料结构设计与外界刺激响应（如光、热、电信号），实现了对太阳光谱选择性吸收、红外发射率的动态调节，从而在极端环境下维持系统热稳定。这一变革性技术不仅服务于航天器热控、建筑节能等领域，更在自适应伪装、可穿戴设备等新兴场景中展现出潜力，成为实现“双碳”目标下能源高效利用的关键路径之一。

图1 太阳、地球和外太空的辐射光谱

二、核心突破：全链条技术体系驱动多领域应用

围绕国家重大任务与民生安全需求，智能光热调控技术领域需要构建“物理机制—设计制造—系统集成”的全链条创新体系。在航天热控制领域，为应对太空超过400 K的温度波动，研究者已通过多元掺杂与异质结构构建优化二氧化钒（VO₂）等热致变色材料的相变温度区间来匹配航天器的最佳工作温度。然而，可靠制造与空间环境适应性是工程化关键，需发展易兼容的制备工艺，并着重研究材料在空间复杂环境下的可靠性。在自适应伪装领域，超材料与光子晶体通过对特定波段的独立调控实现可见光迷彩与红外伪装的动态兼容，但需要更进一步结合传感网络与AI算法构建“感知-判断-响应”智能闭环系统，破解多频谱侦察环境下的动态适配难题。

面向高功率电子器件热管理挑战，辐射制冷材料因热导率低且缺乏有效的非辐射传热通道难以满足需求。突破方向包括开发辐射增强型热管散热器、构建热导-辐射协同冷却膜，并通过纳米填料填充界面微观间隙，将界面热阻降低60%以上，以破解高热流密度与界面热阻难题。在建筑节能领域，智能光热调控材料赋予了建筑围护结构动态辐射冷却与自适应保温的动态响应功能；个人热管理纺织品则借助仿生多级结构协同辐射冷却与蒸发散热，实现对人体微环境的多模态协同精准调控。但确保热管理的“适时”与“适度”仍需充分结合系统和场景，实现智能化和集成化。同时，还需兼顾耐久性和规模化生产，实现商业应用。

三、未来展望：迈向“智能热管理”的新时代

为推动热管理技术向智能化、自适应与集成化方向演进，智能光热调控技术的变革性突破需聚焦三大关键路径：物理机制深度挖掘、制造工艺双向突破与系统级智能集成。未来应着力探索低维材料、量子限域效应及非平衡态能量传递等新机制，构建光‑热‑电‑力多场耦合理论模型。同时向原子级精准制造与低成本规模化工艺双向拓展，并推动材料与传感、控制、算法的深度融合，形成“能源‑信息‑热管理”一体化系统。随着人工智能驱动设计、跨学科协同创新与产业化验证的结合，该技术有望实现重点场景的规模化应用，为保障多领域热安全、实现“双碳”目标与产业升级注入新动能。

图2 智能光热调控技术的变革性发展路径

文章信息

曹逊*, 陶光明, 裴艳中. 智能光热调控材料的前沿展望与变革性发展路径. 科学通报, 2026, 71: 5732–5744. DOI: 10.1360/CSB-2025-5796.

https://www.sciengine.com/CSB/doi/10.1360/CSB-2025-5796

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