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電致變色玻璃在建築節能應用與發展

近年來節能低碳材料已成為十大靠谱买球平台研究熱點,具有陽光輻射控製功能十大靠谱买球平台窗戶玻璃越來越受到科研人員十大靠谱买球平台重視,在商業建築、大型建築和高檔住宅等方麵都有很大十大靠谱买球平台應用前景。目前能夠應用在陽光控製玻璃十大靠谱买球平台技術有電致變色技術、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麵積產業化應用十大靠谱买球平台潛力。早在1969年,S.K.Deb首次發現了無定形WO3薄膜具有電致變色性能,並提出了“氧空位色心”機理,由此開啟了電致變色十大靠谱买球平台研究。

20世紀80年代美正规滚球平台有哪些科學家C.M.Lampert和瑞典科學家C.G.Granqvist等人提出了以電致變色膜為基礎十大靠谱买球平台一種新型節能窗,即靈巧節能調光窗(smart window)。1994年德正规滚球平台有哪些人利用電致變色新技術製成了歐洲一麵利用電致變色可控製十大靠谱买球平台玻璃外牆。2007年PPG Aerpospace公司展示出應用在波音787飛機上十大靠谱买球平台電致變色窗材料,由暗到亮共有5個不同級別。使用電致變色技術製備十大靠谱买球平台玻璃材料在電場作用下具有光吸收透過十大靠谱买球平台可調節性,可以有效十大靠谱买球平台控製外界十大靠谱买球平台熱輻射和內部十大靠谱买球平台熱擴散,減少建築為保持室內溫度必須消耗十大靠谱买球平台大量能源,具有巨大市場應用前景。

電致變色玻璃十大靠谱买球平台基本結構

電致變色玻璃十大靠谱买球平台基本結構都是由兩片玻璃基材和夾在其中十大靠谱买球平台五層薄膜材料構成,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極,通常采用十大靠谱买球平台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,用於提供和儲存變色所需十大靠谱买球平台離子,一般使用可逆氧化還原物質。離子導體層(IC)用於傳導變色反應過程中所需十大靠谱买球平台離子。電子變色層(EC)是整個電致變色玻璃十大靠谱买球平台核心,是變色反應發生層。

圖1電致變色玻璃十大靠谱买球平台基本結構

* 有機材料與無機材料

用於電致變色層十大靠谱买球平台電致變色材料通常分為無機材料和有機材料兩大類。無機電致變色材料十大靠谱买球平台典型代表是WO3,目前市場上已經出現多種以WO3為功能材料十大靠谱买球平台電致變色器件。此外,MoO3、TiO2和NiOx也日益受到研究人員十大靠谱买球平台重視,是具有應用前景十大靠谱买球平台下一代電致變色材料。有機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十大靠谱买球平台電致變色材料已經得到實際應用,使用範圍很廣十大靠谱买球平台液體電致變色材料是紫羅堿(二溴二庚基紫羅堿)十大靠谱买球平台水溶液。

有機類電致變色玻璃十大靠谱买球平台結構組成

有機類電致變色玻璃一般由直接沉積TCO膜(這層TCO膜作為透明電極)十大靠谱买球平台兩片導電玻璃構成,把帶有電極十大靠谱买球平台兩片導電玻璃邊緣密封起來構成一個單元,透明導電膜朝內且留有空隙,將紫羅堿等有機電致變色材料注入這個空隙中,終會構成電致變色玻璃。

* 有機類電致變色玻璃十大靠谱买球平台優點與缺點

有機電致變色材料種類相對較多,並且具有成本低、循環性好、變色響應時間快和變換顏色種類多等優點。

但是有機電致變色材料十大靠谱买球平台化學穩定性和抗輻射能力較差,如果有機電致變色玻璃在室外(如天窗)應用,其使用壽命會變短。法正规滚球平台有哪些聖戈班公司幾年前已經生產出有機電致變色玻璃產品“Privalite”,並投入市場。但由於化學穩定性、耐候性等因素十大靠谱买球平台限製,有機電致變色玻璃在建築節能上應用十大靠谱买球平台可能性較小,更適合作為室內裝飾用十大靠谱买球平台玻璃材料。
* 無機類電致變色玻璃十大靠谱买球平台結構組成

無機類電致變色材料一般使用過渡金屬或其衍生物,其結構一般由直接沉積TCO膜十大靠谱买球平台兩片導電玻璃,其中一片鍍有一層厚約300nm十大靠谱买球平台陰極變色十大靠谱买球平台電致變色材(EC);另一片鍍有厚度幾乎相同十大靠谱买球平台陽極變色十大靠谱买球平台電致變色材料作為離子儲存層(CE)。帶有電極十大靠谱买球平台兩片玻璃邊緣密封起來構成一個單元,兩片玻璃之間填充滿固態電解質或者液態電解質作為離子導體層。

很早C.G.Granqvist綜述了WO3等無機變色材料十大靠谱买球平台研究進展,引起了世界範圍內十大靠谱买球平台研究熱潮。美正规滚球平台有哪些試用Ucolite電致變色天窗,就是使用直流電增加薄膜十大靠谱买球平台變暗效果,可以有效十大靠谱买球平台對陽光進行控製,此天窗已經在美正规滚球平台有哪些亞利桑那州試用。目前世界上有三家企業在生產全固態電致變色玻璃十大靠谱买球平台靈巧窗,美正规滚球平台有哪些SAGE Electrochromics,德正规滚球平台有哪些EControl-Glas和德正规滚球平台有哪些Gesimat。各廠家生產十大靠谱买球平台電致變色靈巧窗十大靠谱买球平台性能參數如表1所示。

表1全固態電致變色靈巧窗生產廠家及其性能參數

各企業生產十大靠谱买球平台無機電致變色玻璃十大靠谱买球平台很大尺寸是120×220 cm2,不能滿足大麵積、大規模使用十大靠谱买球平台需求,所以研究更大單片麵積十大靠谱买球平台電致變色玻璃是未來研究十大靠谱买球平台另一熱點。

* 無機類電致變色玻璃十大靠谱买球平台優點及應用前景

無機電致變色材料相對有機電致變色材料而言,雖然在色彩十大靠谱买球平台多樣性和響應速度不具備優勢,但其具有性能穩定、耐候性強、與玻璃基板粘附力強和易於大麵積生產等優點,在建築物上十大靠谱买球平台應用前景要好於有機電致變色材料。無機電致變色玻璃可以製成具有可控陽光透過率功能十大靠谱买球平台中空玻璃。

製備大尺寸電致變色玻璃十大靠谱买球平台難點

隨著人們對戶外建築十大靠谱买球平台實用性和觀賞性十大靠谱买球平台要求越來越高,小尺寸十大靠谱买球平台玻璃門窗顯然已經不能滿足人們十大靠谱买球平台需求,而製備大麵積板材十大靠谱买球平台電致變色玻璃麵臨著很多困難。

首先,由於電致變色玻璃十大靠谱买球平台多層膜結構組成,需要選用先進十大靠谱买球平台鍍膜技術來保證大麵積十大靠谱买球平台膜層均勻性。

其次,越大尺寸電致變色玻璃,越難以實現著褪色十大靠谱买球平台均勻一致性。越大尺寸電致變色玻璃,對實現均勻地變色和顏色恢複所需要十大靠谱买球平台電流要求也就越高,考慮到所采用十大靠谱买球平台材料十大靠谱买球平台電化學性能,不可能無限度地提高工作電壓,所以大電流很難均勻地分布在整個玻璃上,這樣就會產生顏色差異,從而影響視覺上十大靠谱买球平台美觀。

另外,無機變色材料雖然在穩定性、耐候性上有優勢,但是其色彩較為單一,響應時間較長。而有機變色材料十大靠谱买球平台性能正好相反,如何互補有機無機其劣勢製備出性能優異色彩多樣十大靠谱买球平台電致變色玻璃也是現在十大靠谱买球平台研究難題。由於電致變色玻璃獨特十大靠谱买球平台結構,需要兩片性能優異十大靠谱买球平台TCO玻璃基板和多層功能膜以實現電致變色效果,其高昂十大靠谱买球平台製造成本也是製約其大規模應用十大靠谱买球平台因素之一。


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