智能玻璃技術(shù)介紹 2020

智能玻璃技術(shù)介紹目錄一、定義、應(yīng)用范圍與分類(lèi)P2二、各種智能玻璃的原理、原料、優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

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三、電致變色玻璃主要應(yīng)用P30

附表：《主流智能玻璃性能及節(jié)能數(shù)據(jù)對(duì)比表》一、定義&應(yīng)用范圍與分類(lèi)智能玻璃定義：智能玻璃或可切換玻璃是指在電、光、熱的作用下光的傳播特性發(fā)生變化的玻璃.種類(lèi)：電致變,光致變,熱致變,懸浮粒子,微百葉，液晶等積極作用：節(jié)省了一部分制熱，制冷與照明的能耗。為用戶(hù)提供了隨時(shí)的保護(hù)隱私需求。替代了遮陽(yáng)簾或百葉窗，省去修理與維護(hù)的時(shí)間與費(fèi)用。為用戶(hù)提供了可調(diào)節(jié)的透明程度。其他還包括：減少碳排放和昂貴的門(mén)窗裝飾。應(yīng)用汽車(chē)建筑幕墻高鐵航天船舶應(yīng)用室內(nèi)隔斷會(huì)議室外窗門(mén)投影屏幕與觸屏洗澡間溫室-暖房家具分類(lèi)主動(dòng)節(jié)能被動(dòng)節(jié)能電致變Electrochromic光致變Photochromic熱致變Thermochromic液晶懸浮顆粒（美國(guó)）SPDElectrochromic(EC)微晶Nanocrystal微百葉（加拿大）Micro-blinds動(dòng)態(tài)玻璃（美國(guó)）DynamicGlass氣致變色（日本）GaschromicPDLCNCAP有機(jī)無(wú)機(jī)汽車(chē)，室內(nèi)汽車(chē)、航天、室內(nèi)汽車(chē)室外仍在實(shí)驗(yàn)室中二、工作原理-原料&優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)常規(guī)Electrochromic原理（1）典型的陰極變色反應(yīng)：WO3(透明)＋yM+＋ye-<--->MyWO3(藍(lán)色)其中M=Li+,H+,Na+,Ag+等。典型的陽(yáng)極變色反應(yīng)：Ni(OH)2(透明)<---->NiOOH(銅色)＋H+＋e-智能玻璃—常規(guī)EC（Electrochromic）玻璃玻璃氧化銦錫電極氧化鎢(變色層)離子傳導(dǎo)層離子存儲(chǔ)層氧化銦錫電極常規(guī)Electrochromic原理（2）智能玻璃—常規(guī)EC（Electrochromic）質(zhì)子系統(tǒng)電解質(zhì)離子存儲(chǔ)層制造商應(yīng)用Viologen紫精亞克力+有機(jī)物無(wú)Gentex汽車(chē)后視鏡a-HxWO3Ta2O5NiO離子化合物Donnelly汽車(chē)卡車(chē)后視鏡a-HxWO3Ta2O5IrxSnyO2:FNikon汽車(chē)后視鏡a-HxWO3SiO2/金屬WO3氧化鎢Schott汽車(chē)后視鏡a-HxWO3聚合物Polyaniline聚苯胺Toyota汽車(chē)玻璃a-HxWO3聚合物Polyaniline聚苯胺Dornier航空玻璃a-HxWO3Ploy-AMPS磺酸類(lèi)聚合物CuGridPPG航空玻璃a-HxWO3Ta2O5五氧化二鉭a-IrO2二氧化銥EIC宇航玻璃a-HxWO3a-PEOcopolymerRedoxPolymer電子交換聚合物L(fēng)BL建筑玻璃目前國(guó)際市場(chǎng)上使用的EC系統(tǒng)及其制造商智能玻璃—常規(guī)EC（Electrochromic）鋰離子系統(tǒng)電解質(zhì)離子存儲(chǔ)層制造商應(yīng)用Viologen紫精LiClO4+聚碳酸酯PCPrussianBlueCentralGlass玻璃行業(yè)a-LixWO3金屬氧化物NiO離子化合物Asahi旭硝子建筑玻璃a-LixWO3Li-PEOCeOx氧化鈰圣戈班汽車(chē)玻璃a-LixWO3Li-B-SiOGlassLixCrO4EIC建筑玻璃a-LixWO3PPG-LiClO4-MMALiyV2O5ChalmersU.建筑玻璃a-LixWO3Li-PEONiO圣戈班汽車(chē)玻璃a-LixWO3LiNbO3LixCoO2Tufts建筑玻璃a-LixWO3modifieda-PEO離子存儲(chǔ)層LBL建筑玻璃a-LixWO3Li-polymerLiV2O5NREL建筑玻璃目前國(guó)際市場(chǎng)上使用的EC系統(tǒng)及其制造商用于汽車(chē)行業(yè)的EC產(chǎn)品，一般使用壽命較短。智能玻璃—常規(guī)EC（Electrochromic）1．電極（透明導(dǎo)電玻璃ITO、FTO等如下圖）；2．電極（可以為透明導(dǎo)電玻璃ITO、FTO等，在電致變色顯示器件中，也可以用

其它的不透明電極材料）；3．封裝材料；4．PEDOT：PSS陰極電致變色材料（如下圖）；5．電荷傳輸層（電解質(zhì)層）；6．離子存儲(chǔ)層；7．電極引線(xiàn)（可用導(dǎo)電銅箔膠帶、導(dǎo)電布膠帶、銀漿等）。智能玻璃—常規(guī)EC（Electrochromic）SPD懸浮粒子電致變?cè)響?yīng)用溫度范圍：-40℃--120℃可應(yīng)用于彎曲玻璃開(kāi)閉循環(huán)次數(shù)：≥100萬(wàn)次可遮蔽可見(jiàn)光：Max99.5%切換時(shí)間：100-200ms顆粒為1μm針狀顆粒，在不通電的情況下，均勻散亂的懸浮于有機(jī)溶液中。智能玻璃—SPD（

SuspendedParticleDevices）聚合物分散液晶PDLC聚合物分散液晶(PDLC)又叫液晶調(diào)光膜，是將低分子液晶（liquidcrystal，縮寫(xiě)為L(zhǎng)C)與預(yù)聚物KuerUV65膠相混合，在一定條件下經(jīng)聚合反應(yīng)，形成微米級(jí)的液晶微滴均勻地分散在高分子網(wǎng)絡(luò)中，再利用液晶分子的介電各向異性獲得具有電光響應(yīng)特性的材料，它主要工作在散射態(tài)和透明態(tài)之間并具有一定的灰度。

應(yīng)用：光學(xué)調(diào)制器、熱敏及壓敏器件、電控玻璃、光閥、投影顯示、電子書(shū)等方面獲得廣泛應(yīng)用,90年代初首次應(yīng)用于美國(guó)NASA的項(xiàng)目中作為調(diào)光玻璃。歷史：上個(gè)世紀(jì)八十年代末，PDLC技術(shù)由美國(guó)德克薩斯州肯特大學(xué)發(fā)明并授權(quán)美國(guó)Polytronix,Inc.商業(yè)化量產(chǎn)液晶膜產(chǎn)品。最早液晶膜產(chǎn)品主要應(yīng)用于夾層生產(chǎn)液晶調(diào)光玻璃，并于90年代初首次應(yīng)用于美國(guó)NASA的項(xiàng)目中。PDLC膜目前是市場(chǎng)供應(yīng)最為充足、容易購(gòu)買(mǎi)且安裝簡(jiǎn)易的電致變薄膜。智能玻璃—PDLC（PolymerDispersedLiquidCrystal）缺點(diǎn)：只有兩種透光模式(通電透光和斷電不透光)，沒(méi)有記憶效果，必須保持通電，使用耗能高。通電透光：15ms斷電遮光：300ms在斷電的狀態(tài)下，液晶微粒混合體為各向同性的，呈乳白半透明狀，通電后微粒方向轉(zhuǎn)為與電場(chǎng)相同，呈各向異性，而呈透明狀。智能玻璃—PDLC（PolymerDispersedLiquidCrystal）DynamicGlass動(dòng)態(tài)玻璃通過(guò)將金屬氧化物氣體噴進(jìn)玻璃板來(lái)創(chuàng)造一個(gè)約1微米（頭發(fā)寬度的2%）厚的陶瓷涂層，整個(gè)圖層由5層陶瓷材料組成；通過(guò)翻轉(zhuǎn)電極，鋰離子與電子可以在兩層電致變層之間來(lái)回移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電致變效果。接線(xiàn)會(huì)與建筑物的中央管理系統(tǒng)相連以便接受其控制?？刂齐妷旱陀?伏。耐用性超過(guò)15年，按照每天9次的切換，可以連續(xù)切換30年。優(yōu)點(diǎn)：成本低，效率高，建筑應(yīng)用案例廣泛，壽命長(zhǎng)，省電。智能玻璃—?jiǎng)討B(tài)玻璃智能玻璃—?jiǎng)討B(tài)玻璃動(dòng)態(tài)玻璃采用與Low-E玻璃工藝相同的磁控濺射方式生產(chǎn)智能玻璃圖層。左邊的顯示器是動(dòng)態(tài)玻璃制作的實(shí)體實(shí)驗(yàn)，相鄰的兩個(gè)房間分別安裝了Low-E玻璃與View智能玻璃，并在在兩個(gè)房間安裝了相同的耗能檢測(cè)設(shè)備，通過(guò)數(shù)據(jù)技術(shù)處理，把檢測(cè)數(shù)據(jù)同步顯示于屏幕上?？梢钥吹骄G色的動(dòng)態(tài)玻璃全年耗能明顯低于Low-E玻璃智能玻璃—?jiǎng)討B(tài)玻璃智能玻璃—?jiǎng)討B(tài)玻璃微百葉Micro-Blinds原理采用磁控濺射法鍍膜，然后再利用激光或蝕刻畫(huà)出圖案，形成一個(gè)個(gè)卷起的彈簧片。在靜電力的作用下啟動(dòng)與關(guān)閉。類(lèi)似電容結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)，省電，通過(guò)靜電力控制，無(wú)需雙ITO膜層作為輔助電極，反應(yīng)快。智能玻璃—Micro-Blinds微百葉

Fig1a:鍍膜工藝Fig1b:圖案工藝Fig1c:蝕刻或激光雕花工藝基板1.與基板之間的隔離擴(kuò)散阻擋層TiandTiNx。2.透明導(dǎo)電層ITO,SnO,ZnO,Ag或半透明積層Ti和Au。3.隔離層SiO2，SiN等絕緣材料。4.犧牲性的，輔助損耗層，也是錨點(diǎn)層Si或W。5.有表面收縮應(yīng)力的鍍層，可以是多層復(fù)合，應(yīng)至

少包含一個(gè)導(dǎo)電層。智能玻璃—Micro-Blinds微百葉

氣致變色Gaschromic透明狀態(tài)鏡子狀態(tài)原理：該研究小組事先在兩塊玻璃之間加入了鎂鈣合金（Mg-Ca），以及作為催化劑的鈀（Pd），這樣就能使玻璃像鏡子一樣反射光；而再加入氫氣的話(huà)，鎂會(huì)與之反應(yīng)而變成氫化鎂（MgH2），使玻璃變回透明狀態(tài)。此時(shí)，如果再加入氧氣（O2），氧就會(huì)從MgH2中吸收H2而變成水（H2O），是玻璃再變回鏡子狀態(tài)。（由于H2使用不安全，仍在實(shí)驗(yàn)階段）智能玻璃—?dú)庵伦兩℅aschromic）納米晶體可以阻擋紫外線(xiàn)或使其通過(guò)，而玻璃可以響應(yīng)能量而從透明過(guò)渡到不透明，變暗或發(fā)光。最后，納米晶體可以阻擋高達(dá)90％的紫外線(xiàn)和80％的可見(jiàn)光。用這種玻璃制成的窗戶(hù)可以在三種模式之間轉(zhuǎn)換：傳統(tǒng)的智能窗戶(hù)的標(biāo)準(zhǔn)明暗模式可以阻擋或讓可見(jiàn)光進(jìn)入，而涼爽的模式可以通過(guò)阻擋可穿透的不可見(jiàn)紫外線(xiàn)波長(zhǎng)來(lái)節(jié)省電費(fèi)。即使是智能玻璃窗也變黑了。微晶Nanocrystals智能玻璃—微晶（Nanocrystals）(手動(dòng))Smartershade原理采用偏振光貼膜的方法，內(nèi)外片玻璃的條紋貼光導(dǎo)向垂直的薄膜，通過(guò)滑動(dòng)其中一片玻璃實(shí)現(xiàn)導(dǎo)光與阻光的作用。(手動(dòng))VISTAMATIC原理無(wú)水充水TheSunValve陽(yáng)光閥原理(水泵)開(kāi)啟時(shí)關(guān)閉時(shí)傳統(tǒng)玻璃開(kāi)啟時(shí)關(guān)閉時(shí)在利用電致變色技術(shù)研發(fā)的彩色電子顯示紙技術(shù)。彩色電子顯示器三、電致變色主要應(yīng)用類(lèi)型電致變玻璃原理EC最大1350*3300最小0.2㎡耗電約1.5w/㎡電壓DC24V(透明-不透明)變色時(shí)間20分鐘壽命大于20年光學(xué)控制EIB/KNX,LCN,ViciOne,etal.透光區(qū)間15-55%SHGC太陽(yáng)能總透過(guò)12-40%等效U值雙玻1.1W/m2K三玻0.5W/m2K記憶效果變色無(wú)需電力維持，只需變換開(kāi)關(guān)一次的電量電致變玻璃--液晶NCAP通電狀態(tài)斷電狀態(tài)電壓耗電Sc遮陽(yáng)透光50-80%白色半透明20-120V20w/㎡0.63-0.79電致變玻璃--液晶PDLC通電狀態(tài)斷電狀態(tài)電壓耗電Sc遮陽(yáng)透光50-80%白色半透明20-120V20w/㎡0.63-0.79NCAP與PDLC在原理上相似，但專(zhuān)利工藝不同的兩種液晶電致變產(chǎn)品。液晶NCAPvs液晶PDLC

電致變玻璃--PDLC厚度0.5±0.02mm規(guī)格Upto1200mmx4000mm操作TransparentatpoweronOpaqueatpoweroff可見(jiàn)光透過(guò)>76%(ON)>50%(OFF)霧都<8%(ON)>90%(OFF)紫外線(xiàn)吸收率>95%紅外線(xiàn)吸收率>80%切換時(shí)間<40milliseconds電壓≤60VAC頻率50/60Hz耗能<5W/m2(ON)操作溫度

-20°C-70°C存儲(chǔ)溫度-15°C-50°C,<70%RH產(chǎn)品壽命應(yīng)用于室內(nèi)沒(méi)有紫外線(xiàn)輻照時(shí)，可使用5萬(wàn)小時(shí)，每天8小時(shí)，可以使用17年。PDLC性能參數(shù)SPD玻璃能夠通過(guò)改變夾層薄膜中的微粒的一致性來(lái)改變?nèi)魏未皯?hù)的色調(diào)。在關(guān)電的情況下可以阻擋95%的熱量，以及99.5%可見(jiàn)光。用戶(hù)可以通過(guò)按鈕來(lái)立即改變玻璃的通透程度。SPD的專(zhuān)利技術(shù)可以有效阻擋紫外或者紅外線(xiàn)。不管玻璃是否是透明或著色玻璃。SPD還可以保持車(chē)內(nèi)、家庭、辦公室或藝術(shù)畫(huà)作的涼爽和保護(hù)。SPD-智能玻璃可通過(guò)多種方式控制。如按鈕，轉(zhuǎn)鈕，動(dòng)作感應(yīng)，光感，溫控，Zuli智能插件(手機(jī)用)或其他智能方式進(jìn)行控制。并且可以容易的整合入建筑控制系統(tǒng)。SPD簡(jiǎn)介電致變玻璃--SPD懸浮粒子可見(jiàn)光透過(guò)率最大阻擋99.96%可見(jiàn)光最大65%可見(jiàn)光通過(guò)紫外線(xiàn)阻擋最大阻擋400納米以下高達(dá)99.9%紫外線(xiàn)高達(dá)65%紫外線(xiàn)通過(guò)(無(wú)法阻擋紫外線(xiàn))太陽(yáng)能控制黑暗狀態(tài):阻擋高達(dá)95%熱量透明狀態(tài):高達(dá)57%熱量通過(guò)中間狀態(tài)無(wú)限可調(diào)反應(yīng)時(shí)間1-3秒切換步調(diào)一致性完全一致最大功率消耗:最底1.8mA/ft2尺寸規(guī)格:長(zhǎng)度：無(wú)限制寬度：最大1m(如果薄膜被密封，可做更大寬度)形狀:任意基材:玻璃亞克力聚碳酸酯復(fù)合玻璃防彈、防暴風(fēng)玻璃同樣適用SPD性能參數(shù)電致變玻璃--SPD懸浮粒子2015年世博會(huì)(意大利)，美國(guó)館的屋頂有312塊非常大SPD面板。尺寸1000*3000。總用量：10000平方英尺。為目前世界上最大的智能玻璃屋頂?？梢栽跀?shù)秒中從不透明變?yōu)橥该?，以及在兩者之間的任意程度變化。美國(guó)館的參觀(guān)者也可以通過(guò)平板電腦對(duì)任意一塊玻璃進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)。SPD玻璃（主要應(yīng)用于汽車(chē)玻璃）電致變玻璃--SPD懸浮粒子電致變玻璃--DynamicGlass動(dòng)態(tài)玻璃智能玻璃的核心技術(shù)是電致變色。智能玻璃的制造首先要通過(guò)將金屬氧化物氣體噴進(jìn)玻璃板來(lái)創(chuàng)造一個(gè)約1微米（頭發(fā)寬度的2%）厚的陶瓷涂層，整個(gè)過(guò)程耗時(shí)約6—8小時(shí)；然后再鋪上低壓接線(xiàn)，之后再夾上一層玻璃板做成智能玻璃。接線(xiàn)會(huì)與建筑物的中央管理系統(tǒng)相連以便接受其控制。這是一個(gè)智能時(shí)代，智能手機(jī)、智能電視、智能手表，智能冰箱，甚至昨天還推出了智能電動(dòng)牙刷，所以智能玻璃的出現(xiàn)似乎也不足為奇。View生產(chǎn)的玻璃其智能性體現(xiàn)在它可以根據(jù)外部環(huán)境動(dòng)態(tài)調(diào)整玻璃顏色，從而避免光線(xiàn)刺眼，同時(shí)降低室內(nèi)照明及空調(diào)的使用。而且View還提供有移動(dòng)應(yīng)用，用戶(hù)可以通過(guò)應(yīng)用或墻上的開(kāi)關(guān)來(lái)人工調(diào)節(jié)玻璃的設(shè)置。電致變玻璃--DynamicGlass動(dòng)態(tài)玻璃DynamicGlass動(dòng)態(tài)玻璃：變色模式4中，透光1%-60%之間有4種程度，客戶(hù)可以指定生產(chǎn)，斷電狀態(tài)為透明。ViewDynamicGlass-常規(guī)規(guī)格類(lèi)型單腔/三腔形狀矩形，梯形，三角形尺寸最大：1676*3048最?。?56*356最大厚度：52斜角≥30外片6mm鋼化，電致變鍍層位于2號(hào)面。內(nèi)片6、5、4mm,鋼化或半鋼化夾膠內(nèi)片6mmclear/1.52PVB/6mmclear6mmclear/2.28PVB/6mmclear6mmsolarblue/1.52PVB/6mmclear6mmsolarblue/2.28PVB/6mmclear間隔條材料泡沫間隔條12.7mm、15.9mm密封材料一道丁基膠，二道結(jié)構(gòu)膠或聚硫膠電致變玻璃--DynamicGlass動(dòng)態(tài)玻璃電致變玻璃--DynamicGlass動(dòng)態(tài)玻璃主要應(yīng)用案例電致變玻璃--DynamicGlass動(dòng)態(tài)玻璃動(dòng)態(tài)玻璃的節(jié)能參數(shù)Clearw/SR2.0%Tvis%RfExt.%RbInt.%TsolSHGCU-factor%Tuv%Tdw-KClearState601614330.410.280.415Intermediatestate21810970.150.280.25Intermediatestate