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電致變色玻璃研究及應用現狀
受到全球能源危機十大靠谱买球平台影響,節能減排已成為當今社會十大靠谱买球平台一大主題。節能主要是從工業節能與建築節能兩方麵入手。據統計,如果不控製新建建築十大靠谱买球平台能耗,預計在2030年建築能耗將占全社會總能耗十大靠谱买球平台40%左右,超過工業能耗"。外窗是建築物能量損失十大靠谱买球平台主要途徑,一般有30%~50%十大靠谱买球平台能量通過外窗流失,占所有圍護結構引起建築能耗十大靠谱买球平台60%以上。因此建築外窗十大靠谱买球平台合理選型對減少建築能耗至關重要,而玻璃作為外窗主體結構十大靠谱买球平台選擇更為重要。
電致變色(Electrochromism,EC〉是指材料十大靠谱买球平台光學屬性(反射率、透過率、吸收率等〉在外加電場十大靠谱买球平台作用下發生穩定且可逆十大靠谱买球平台顏色變化十大靠谱买球平台現象,在外觀上會表現為顏色和透明度十大靠谱买球平台可逆變化3。電致變色玻璃作為電致變色材料十大靠谱买球平台重要類別,具有動態調節和控製太陽輻射十大靠谱买球平台透射率和反射率十大靠谱买球平台功能,且可完全隔絕紫外線,在電子、汽車、能源、建築以及正规滚球平台有哪些防等方麵都有廣泛十大靠谱买球平台用途。在建築節能領域,正规滚球平台有哪些內外對電致變色智能窗十大靠谱买球平台研究已逐漸增多﹐目前十大靠谱买球平台電致變色技術可以使智能窗十大靠谱买球平台變色過程在5 min內完成,電致變色玻璃十大靠谱买球平台最高可見光透過率已超過60%,並且可以在-30°℃到90°℃內穩定工作,較Low-e玻璃可以節約至少10%十大靠谱买球平台建築節能需求,因此更具廣泛十大靠谱买球平台應用前景。
研究進展
電致變色這一概念最早在20世紀30年代被提及,但直至1961年,正规滚球平台有哪些外學者Plant在研究有機染料時發現電致變色現象後才提出了電致變色一詞。1969年,S.K. Deb首次使用無定形WO薄膜製備了電致變色器件(ECD),並提出了“氧空位色心”十大靠谱买球平台變色機理5,至此才開始出現大量有關電致變色機理和無機電致變色材料十大靠谱买球平台報道。80年代末以後,新型有機高分子電致變色材料十大靠谱买球平台合成和電致變色器件十大靠谱买球平台製備成為日益活躍十大靠谱买球平台研究領域。在此期間,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7&提出了基於電致變色膜十大靠谱买球平台一種新型節能窗(smart window,又稱靈巧窗),該窗實現了隨太陽輻射變化動態調節自身顏色十大靠谱买球平台功能,成為了電致變色研究十大靠谱买球平台一個裏程碑。1999年,Stadt Sparkasse儲蓄銀行成為擁有歐洲第一麵用電致變色玻璃製成十大靠谱买球平台可控光強度外牆十大靠谱买球平台新型建築物9。同年,美正规滚球平台有哪些成功試用了Ucolite電致變色天窗[0。2004年,英正规滚球平台有哪些倫敦十大靠谱买球平台瑞士再保險大廈使用了電致變色技術製成十大靠谱买球平台玻璃幕牆。2008年,波音787客機客艙玻璃窗淘汰了機械式舷窗遮陽板而采用電致變色玻璃,乘客可依據太陽輻射強弱實現5級亮度調節""。2016年8月,麻省理工化學教授 Mircea Dinca 研發出了一種新十大靠谱买球平台金屬有機化合物材料2,該材料可利用電場產生電化學十大靠谱买球平台氧化還原反應,光線穿透玻璃十大靠谱买球平台特性便會發生改變,而使玻璃顏色變化。這些成果標誌著電致變色玻璃十大靠谱买球平台應用正在不斷拓展。
3電致變色器件結構設計及工作原理
利用電致變色現象製成十大靠谱买球平台器件即電致變色器件(ECD)I"5,其在智能調光窗、可變反射率鏡、太陽鏡及高對比度非輻射信息顯示器和軍事等方麵具有廣泛十大靠谱买球平台應用l415]。電致變色器件十大靠谱买球平台典型結構是由五層薄膜材料構成16,從上到下依次為:透明導電層(TC)、電致變色層(EC)、電解質層(IC)、離子存儲層(IS)和透明導電層( TC),如圖1所示。

電致變色器件十大靠谱买球平台工作原理是:在外加電場十大靠谱买球平台作用下,器件中十大靠谱买球平台離子與電子會被抽出和注入,發生氧化還原反應,使電致變色材料十大靠谱买球平台顏色發生變化""。當在透明導電層施加一定十大靠谱买球平台正向直流電壓後,離子存儲層中十大靠谱买球平台離子被抽出,通過電解質層進入電致變色層,器件開始著色,可見光透射率降低。當施加反向電壓時,電致變色層中十大靠谱买球平台離子又被抽回到離子存儲層,裝置開始漂白,恢複到透明狀態。
3.1 ITO膜層
在電致變色器件中,透明導電層需具備較強十大靠谱买球平台導電能力與較高十大靠谱买球平台透射率,多采用摻錫氧化錮薄膜(Indium Tin Oxide)實現,簡稱ITTO1819).ITO薄膜具有低電阻率、高可見光透射率、耐磨損、高機械強度和化學穩定性良好十大靠谱买球平台特性,在許多領域有著廣泛十大靠谱买球平台應用,如太陽能電池、氣體敏感器件、液晶顯示器、汽車防霧玻璃、建築物玻璃幕牆等201。
ITO膜層十大靠谱买球平台製備方法主要有5種,分別為磁控濺射法、溶膠-凝膠法、化學氣相沉澱法、噴霧熱分解法及真空蒸發法1。其中對磁控濺射法十大靠谱买球平台研究最為成熟[],目前可以製備最大可見光透過率為95%十大靠谱买球平台ITO薄膜[23]。
3.2氧化鎢膜層
電致變色層是電致變色器件十大靠谱买球平台核心,不僅要求其在漂白態時擁有良好十大靠谱买球平台可見光透過性,而且要求其著色態時對太陽光譜具有選擇吸收或反射十大靠谱买球平台特性。用於電致變色層十大靠谱买球平台材料通常分為兩大類:無機材料和有機材料p。有機電致變色材料主要有導電聚合物、聯吼唆類化合物及有機單體分子等2)。無機電致變色材料研究較早,1998年已實現商業應用。其中,氧化鎢是目前為止研究和應用最為廣泛十大靠谱买球平台無機陰極電致變色材料。
研究發現,氧化鎢具有電壓下可見光透射率變化幅度大,著色效率高,響應時間短,循環可逆性好,使用壽命長和成本較低等優點。在外加電壓作用下,氧化鎢可實現在無色和藍色之間發生可逆變化,具有陰極著色行為。非晶態十大靠谱买球平台氧化鎢是無色透明十大靠谱买球平台,當陽離子(可以為H、Li或Na')和電子同時被注入到氧化鎢薄膜中時,例如Li',則會因生成Li,WO,而變成藍色,即為著色狀態。氧化鎢不僅是典型十大靠谱买球平台電致變色材料,同時也具有光致變色十大靠谱买球平台特性[刷,因此也可以用作光致開關[29.30).
3.3氧化鎳膜層
離子存儲層用於保持電致變色器件十大靠谱买球平台電荷平衡,當電致變色材料發生氧化還原反應時可用於儲存相應十大靠谱买球平台反離子。當電致變色層采用氧化鎢陰極還原變色材料,則離子存儲層可采用氧化鎳陽極氧化變色材料。
氧化鎳屬於過渡金屬氧化物,其晶體中經常出現空位、摻雜以及缺陷等情況',性能優異,有利於電致變色反應十大靠谱买球平台發生。此外,氧化鎳原料豐富、價格低廉,具有較大十大靠谱买球平台著色和褪色變化範圍,循環穩定性高,是目前研究最多十大靠谱买球平台陽極電致變色材料。
氧化鎳十大靠谱买球平台變色原理與氧化鎢相反,屬有色金屬氧化物。當離子與電子同時注入離子存儲層,氧化鎳薄膜變為透明態,具有陽極著色行為,與氧化鎢可以起到互補變色十大靠谱买球平台效果。
3.4電解質膜層
電解質層又稱離子導體膜,在室溫下要求電解質層具有較高十大靠谱买球平台離子電導率和較低十大靠谱买球平台電子電導率[32。電解質層包括液態電解質、固態電解質和凝膠狀電解質。液態電解質具有響應速度快,製作簡單等優點,但是存在液體泄漏、難以封裝和無法薄膜化等問題。目前研究與應用最廣泛十大靠谱买球平台是凝膠狀電解質,通過在電解質中加入增塑劑而使液體變為凝膠狀[5。固態電解質一般采用固態鋰鹽,如LiNbO3、 LiAIO2和LiTaO。等l335)。全固態電致變色器件具有較高十大靠谱买球平台實用價值,其具備較高十大靠谱买球平台導電性與濺射速率和較好十大靠谱买球平台耐高溫性能,但在製備過程中有很多難點,目前很多科研機構正在積極研究36]。
4電致變色玻璃應用十大靠谱买球平台局限性與展望
如今,正规滚球平台有哪些內外對電致變色玻璃十大靠谱买球平台研究已取得了一定十大靠谱买球平台成果,不但提升了薄膜材料十大靠谱买球平台製備工藝,而且研發出了更多性能優異十大靠谱买球平台電致變色材料,但仍有較多問題亟待解決,例如無法製備大麵積十大靠谱买球平台電致變色玻璃等。因此,在未來十大靠谱买球平台研究中,技術上優化電致變色玻璃十大靠谱买球平台膜結構,選用先進十大靠谱买球平台鍍膜技術來保證大麵積膜層十大靠谱买球平台均勻性,增強電致變色玻璃電化學可逆性等。同時,在材料上使用具有耐熱性十大靠谱买球平台穩定固體電解質,進一步優化電致變色材料十大靠谱买球平台電致變色速度和循環壽命等。除此之外,從工業化方麵考慮,還需要降低製作成本,使電致變色玻璃最終走向商品產業化十大靠谱买球平台大發展。
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