電致變色玻璃丨技術現(xiàn)狀、研究和發(fā)展

1引言

建筑物的室內(nèi)舒適度和能源需求受窗戶的強烈影響。與傳統(tǒng)的靜態(tài)遮陽裝置不同，電致變色(EC)系統(tǒng)可以根據(jù)具體情況調(diào)整可見光和/或近紅外(NIR)區(qū)域的光學透過特性，即透光性和能量透過性，如圖1所示。因此，它們在遮陽的同時仍可讓您看到室外，而不需要移動或暴露于惡劣天氣條件下的零部件。在這種情況下，涂層玻璃必須根據(jù)DINEN410標準，在低U值(傳熱系數(shù))下，能夠在盡可能廣泛的范圍內(nèi)切換總能量透過率(g-值)。EC層系統(tǒng)的主動切換可以根據(jù)外立面的照射或室內(nèi)溫度的變化，手動或自動進行。最新的方法旨在升級現(xiàn)有的玻璃，如圖1所示，使用EC膜。2EC玻璃的結(jié)構(gòu)

在色變材料領域，EC材料是在技術應用中使用得最廣泛使，因為它們具有一些優(yōu)點，尤其是在低開關電壓和在理想情況下僅在切換過程中消耗電能方面。正如圖2所示，EC元件由EC層和離子儲存層組成，它們分別涂覆在導電透明基板上。這兩個電極通過離子導電的電絕緣電解質(zhì)分隔開。光學特性可以通過外部電壓引發(fā)的氧化還原反應進行調(diào)制。此外，還可以實現(xiàn)不同的顏色，并在適當?shù)牟牧线x擇下實現(xiàn)高透明度和低光散射。3歷史和商業(yè)產(chǎn)品

“智能窗戶”產(chǎn)品的市場推廣在玻璃和涂層行業(yè)已有幾十年的歷史，但直到今天，只有少數(shù)產(chǎn)品得以商業(yè)化銷售。1987年，Gentex公司成功工業(yè)化生產(chǎn)了自動調(diào)光的汽車后視鏡，這款產(chǎn)品至今仍然是最成功的EC產(chǎn)品。此外，Gentex-PPGAerospace還開發(fā)了世界上首批使用于波音787Dreamliner飛機的飛機艙EC窗戶，自2009年以來一直在使用。在汽車領域，Saint-Gobain公司為法拉利開發(fā)了一款基于EC技術的遮陽天窗，盡管它一直是一款小眾產(chǎn)品。用于建筑玻璃的EC窗戶主要基于無機(金屬氧化物)系統(tǒng)開發(fā)。除了Saint-Gobain、GuardianIndustriesCorp.、ViewInc.和KinestralInc.之外，這些產(chǎn)品在德國主要由EControl-Glas公司商業(yè)生產(chǎn)。在所有這些發(fā)展中，都使用了薄的EC層涂覆在透明的導電玻璃上，由于所采用的陰極濺鍍工藝，其生產(chǎn)成本仍然相對較高，迄今為止阻礙了廣泛市場應用。4應用案例Retrofit

瑞典的ChromoGenics公司開發(fā)了一種EC玻璃的替代方案，他們使用了一種卷對卷(R2R)工藝來制造基于聚酯的EC膜(ConverLightTM)。通過這種“智能”遮陽系統(tǒng)，可以對玻璃幕墻進行升級改造。這種后裝應用具有高度的靈活性和安全性、輕量化、低操作電壓和高色彩對比度的獨特特性。因此，它們?yōu)閭鹘y(tǒng)防眩光裝置和遮陽玻璃提供了替代方案。在基于薄膜的EC元件領域，歐盟項目EELICON也進行了研究。EELICON技術的優(yōu)點包括在深藍色黑暗狀態(tài)和幾乎無色的明亮狀態(tài)下高度的光學對比度(50-55%)，快速的切換時間(DINA3尺寸下<30秒)，以及在實驗室條件下的高循環(huán)穩(wěn)定性(>150,000個切換周期)。ArgilInc.的EC薄膜也具有類似的光學特性。另一家在這個領域活躍的公司是iGlassTechnology，他們與WISPInc.合作，旨在淘汰傳統(tǒng)的防眩光裝置。然而，它們的原型目前仍處于開發(fā)階段。總體而言，后裝應用的優(yōu)勢在于EC薄膜可以事后粘貼在窗戶內(nèi)側(cè)，因此與重新安裝可切換玻璃相比，成本明顯降低。表格1展示了現(xiàn)有可切換EC元件技術的概況及其重要參數(shù)。5總結(jié)和展望

靜態(tài)玻璃很難滿足針對日光供應、防眩光和熱舒適性的個性化和靈活要求。因此，可主動控制的玻璃具有潛力，以滿足房間需要的日光供應，同時避免不舒適的室內(nèi)溫度和刺眼光線。因此，多年來一直在積極努力，將可切換玻璃用于調(diào)節(jié)建筑物的光和能量輸入，以實現(xiàn)市場成熟度。然而，要將可切換EC元件推廣至更廣泛的市場，仍然存在挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)主要包括降低成本、尋找具有高著色效率