電致變色玻璃在建筑節能應用與發展

【中玻網】引言

　　近年來節能低碳材料已成為的研究熱點，具有陽光輻射控制功能的窗戶玻璃越來越受到科研人員的重視，在商業建筑、大型建筑和高等住宅等方面都有很大的應用前景。目前能夠應用在陽光控制玻璃的技術[1]有電致變色技術、氣致變色技術、光致變色技術、熱致變色技術、液晶技術等，其中電致變色技術很具有實現大面積產業化應用的潛力。很早在1969年，S.K.Deb初次發現了無定形WO3薄膜具有電致變色性能，并提出了“氧空位色心”機理，由此開啟了電致變色的研究。20世紀80年代美國科學家C.M.Lampert和瑞典科學家C.G.Granqvist等人[2，3，4，5]提出了以電致變色膜為基礎的一種新型節能窗，即靈巧節能調光窗(smart window)。1994年德國人利用電致變色新技術制成了歐洲一面利用電致變色可控制的玻璃外墻[6]。2007年PPG Aerpospace公司展示出應用在波音787飛機上的電致變色窗材料，由暗到亮共有5個不同級別[7]。使用電致變色技術制備的玻璃材料在電場作用下具有光吸收透過的可調節性，可以有效的控制外界的熱輻射和內部的熱擴散，減少建筑為保持室內溫度必須消耗的大量能源，具有巨大市場應用前景。

　　1、電致變色玻璃的基本結構

　　電致變色玻璃的基本結構都是由兩片玻璃基材和夾在其中的五層薄膜材料構成，如圖1所示，透明導電層（TC）與玻璃基材一起構成透明導電玻璃作為透明電較，通常采用的透明導電層材料有氧化銦錫（ITO）、摻鋁氧化鋅（AZO）膜等。離子儲存層（CE）起離子平衡作用，用于提供和儲存變色所需的離子，一般使用可逆氧化還原物質。離子導體層（IC）用于傳導變色反應過程中所需的離子。電子變色層（EC）是整個電致變色玻璃的核心，是變色反應發生層。

　　圖1電致變色玻璃的基本結構

　　用于電致變色層的電致變色材料通常分為無機材料和農業生產體系材料兩大類[8]。無機電致變色材料的典型代表是WO3，目前市場上已經出現多種以WO3為功能材料的電致變色器件。此外，MoO3、TiO2和NiOx也日益受到研究人員的重視，是具有應用前景的下一代電致變色材料。農業生產體系電致變色材料主要有聚噻吩類及其衍生物、紫羅精類、四硫富瓦烯、金屬酞菁類化合物等。以紫羅精類為功能材料的電致變色材料已經得到實際應用，使用范圍很廣的液體電致變色材料是紫羅堿（二溴二庚基紫羅堿）的水溶液。