電致變色智能窗的研究進展

【中玻網】電致變色(Electrochromism)是指在電場和電流的作用下，材料通過電化學過程引起氧化還原反應而產生可逆變色的現(xiàn)象。利用材料的電致變色特性可將其制成顏色及熱輻射透過率可調的智能窗(smartwindow，又稱靈巧窗)。電致變色智能窗應用于建筑物與汽車玻璃是Lampert和Svesson等在研究電致變色器件基礎上于20世紀80年代初期首先提出來的，其基本功能就是根據(jù)季節(jié)、氣候變化，動態(tài)地調節(jié)不同波段熱輻射的透過率，從而降低室內的溫控能耗。因此，它克服了傳統(tǒng)日光控制涂層玻璃(solarControlcoatedglasses)和低輻射率(LowEmissivity)玻璃的透射率和反射率不能根據(jù)需要動態(tài)調節(jié)的缺點，是較有前途的新一代節(jié)能窗口材料。近10年來，美國、英國、意大利、德國等就較新的電致變色智能窗已進行了深入廣泛的研究，并獲得了令人滿意的結果。盡管此種玻璃窗目前還沒有完全實現(xiàn)工業(yè)化生產，但具有很好的市場前景。
　　
　　1電致變色智能窗的變色機理、結構與類型
　　
　　1.1電致變色智能窗的變色機理
　　
　　電致變色智能窗是由基礎平板玻璃和電致變色系統(tǒng)組成。電致變色系統(tǒng)結構復雜，通常由夾在兩層透明導電層(TC)之間的電致變色層(EC)、離子導電層(IC)和離子儲存層(IS)五層結構構成，見圖1。

　　在透明導電層間加上1～2V直流電壓時，導電離子將在離子儲存層和電致變色層之間往返穿梭。若如圖所示施加電壓，在直流電場的作用下，離子儲存層中的A+經離子導電層，注入到電致變色層，同時自由電子經透明導電層也注入到電致變色層，使智能窗處于著色狀態(tài)(陰較著色);反之，施加反相電壓時，A+和自由電子同時從電致變色層抽出，使智能窗處于褪色狀態(tài)。
　　
　　若電致變色層為陽較電致變色材料，著/褪色過程與上述過程相反，即A+和自由電子同時從電致變色層抽出時，智能窗處于著色態(tài);A+和自由電子同時注入電致變色層時，智能窗處于褪色態(tài)。

　　1.2電致變色智能窗的結構
　　
　　電致變色智能窗結構設計主要取決于所使用的材料特性。如果某種材料同時具有五層結構中的兩種或三種功能，則傳統(tǒng)的五層結構就可簡化為四層，甚至三層。電致變色智能窗一般可設計為表1所示的幾種形式。

　　1.3電致變色智能窗的類型
　　
　　1.3.1傳統(tǒng)五層型
　　
　　傳統(tǒng)五層型智能窗是較早設計的一種形式，如typeA所示。其中離子導電層通常為無機固體電解質，利用其特殊的晶體結構為外來小離子提供離子傳輸通道，自身不能提供和儲存電致變色所需離子。離子儲存層為電化學性質活潑、光學性能遲鈍的物質，起貯存離子、平衡電荷的作用。傳統(tǒng)五層型智能窗中由于離子導電層和離子儲存層采用兩層結構，離子傳輸速率較低，且結構復雜，目前這種形式的電致變色智能窗已逐漸減少。