智能玻璃在中國的發(fā)展前瞻

【中玻網】公元七世紀，西方發(fā)明吹氣法制造平板玻璃，玻璃開始運用在教堂門窗上。1000年后的清朝，平板玻璃窗傳入中國，雍正年間價格高達15兩紋銀/平方米，可在北京買半間房屋。玻璃給黑暗的房間帶來了陽光，這種曾經昂貴的物品，現(xiàn)在已經走近尋常人家，成為家裝居所的必選選擇。如今平板玻璃已經形成一個巨大產業(yè)。國家統(tǒng)計局2015年數(shù)據顯示，全國住宅玻璃窗用量和玻璃幕墻用量均為2億平方米。

　　玻璃具有優(yōu)異的透光性，可以提供廣闊的視野，但是同時也讓太陽熱量進入室內，造成巨大的能量浪費。為了減少陽光直射，人們普遍采用的傳統(tǒng)的內/外遮陽的方式。內遮陽，比如各種材質的窗簾，僅遮擋了已經透過窗戶進入室內的陽光，由于能量已經進入室內，所以節(jié)能效果有限。外遮陽裝置，尤其是電動外遮陽，節(jié)能效果優(yōu)于內遮陽，但是大部分外遮陽產品很難避免可靠性差、壽命短以及清洗困難的弊端。而且，這種方式影響了建筑本身應該具有的簡潔美，而且也限制了使用者的視野。

　　除了傳統(tǒng)的機械式遮陽，一種新興的電子遮陽玻璃產品正在走進市場。其結合了玻璃材料和電子電控領域的新技術，可以在玻璃上實現(xiàn)遮陽、隱私、節(jié)能的智能化。這種黑科技代表了玻璃未來的發(fā)展方向，可以應用于智能建筑和智能汽車領域，達到智能遮陽、智能隱私的效果。在建筑領域，智能玻璃可以取代外遮陽，同時提供寬廣的視野、節(jié)能效果以及科技美學。裝有智能玻璃的汽車會有更好的隱私和節(jié)能效果，配合微電路，還能實現(xiàn)及時啟動緊急信號等安全性能。目前，奔馳的部分高等車型已經配置了智能玻璃。

　　根據功能實現(xiàn)的方式，可以將智能玻璃分為被動式和主動式兩種。被動式智能玻璃主要包括熱致變色和光致變色。其中的典型代表是五氧化二釩材料，在特定溫度下其晶體結構由單斜轉變?yōu)榻鸺t石四方晶結構，并隨之發(fā)生光學性能的變化。被動式智能玻璃的優(yōu)點是，無需外界電源驅動、安裝簡單方便，缺點是在變色前后的透過率差值較小，且變色所需的溫度范圍較寬，所以容易發(fā)生夏季正常變色但是冬季變色不明顯的問題。

　　相比于被動式智能玻璃，主動式的智能玻璃因為結合了電子電控技術，可以隨心所欲的實現(xiàn)主動控制，并且與物聯(lián)網、光熱傳感器等概念進行結合，實現(xiàn)自主的智能調控。雖然難以避免略顯繁瑣的電路安裝，但是主動式的智能玻璃具有更加的智能、節(jié)能和變化效果。

　　主動式智能玻璃主要包括三種技術：聚合物分散液晶（PDLC）、懸浮粒子（SPD）以及電致變色（EC）。PDLC是液晶以微米量級的小微滴分散在農業(yè)生產體系固態(tài)聚合物基體內，由于由液晶分子構成的小微滴的光軸自由取向，其折射率與基體的折射率不匹配，當光通過基體時被微滴強烈散射而呈現(xiàn)不透明的乳白狀態(tài)或半透明狀態(tài)。施加交流電場可調節(jié)液晶微滴的光軸取向，當基體和微滴折射率相匹配時，呈現(xiàn)透明態(tài)。除去電場，液晶微滴又恢復初的散光狀態(tài)，從而實現(xiàn)調光。PDLC產品主要用于室內隱私墻，目前國內已經有20家左右的PDLC膜生產及銷售企業(yè)。

　　SPD技術的工作原理如下，將具有取向光吸收特性的粒子分散在懸浮液中，斷電時由于布朗運動粒子隨機排布，可以吸收99%以上的可見光。當SPD膜被施加110V的交流電壓時，粒子在電場的作用下發(fā)生取向排列，進而光線得以透過。

　　電致變色（EC）技術，這里指已經實現(xiàn)產業(yè)化的全固態(tài)電致變色技術。玻璃基板上鍍有若干三明治結構的功能層，上下導電層之間夾有電致變色層、離子導體（IC）層和離子儲存層。以國外市場上常用的電致變色材料三氧化鎢為例，在透明狀態(tài)下，三氧化鎢變色層為空心立方結構，該結構下，只吸收少量的可見和紅外光。在+3V直流低壓的驅動下，鋰離子進入三氧化鎢的晶格，形成實心立方結構。該結構下，EC玻璃可以吸收98%以上的可見光和99%以上的紅外光，從而可以實現(xiàn)對可見和紅外光的調節(jié)。改變施加電壓的方向，鋰離子可以可逆地摻雜或者去摻雜，進而實現(xiàn)EC膜著色褪色的循環(huán)。

　　對于這三種技術，我們用智能玻璃重要的三個性能來進行比較：調光、隔熱和隱私。PDLC只有透明和散射兩種狀態(tài)，沒有中間態(tài)，而SPD和EC在透明和著色態(tài)之間連續(xù)可調。PDLC依靠微滴和基底的折射率差異將光線散射開，因此可以完全阻擋視線，具有良好的隱私保護效果，但是不能有效阻擋散射開的紅外線和可見光透過玻璃進入室內，所以其隔熱效果非常有限。國內市場上SPD的產品很少，我們通過查閱科技文獻了解其光學參數(shù)，在著色狀態(tài)下，其可見光和紅外光透過率分別是0.7%和27.4%，在透明狀態(tài)下分別為65%和77.6%。EC在著色狀態(tài)下可以阻擋絕大部分的可見和紅外光，因此在該狀態(tài)下具有較強的遮陽性能；在透明態(tài)時，60~70%的可見光以及30~40%的紅外光可以透過EC玻璃進入室內，適用于冬季采光和日曬取暖。SPD和EC技術具有良好的隔熱效果，雖然阻擋了絕大部分的可見光，但是由于人眼的高度敏感，百分之零點幾的可見光仍然不能完全阻擋視線。因此在某些場合下，比如夜晚從室外透過SPD或者EC窗往室內看，仍然可以看到室內的模糊影像，所以其隱私功能是有限的。