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多图 详解幕墙调光玻璃技术

文字:[大][中][小] 发布时间:2017-1-12  浏览次数:1326

调光玻璃是一种新型的节能材料.它通过调节太阳光透过率达到节能的效果。其作用原理:当作用于调光玻璃上的光强、温度、电场或电流发生变化时,调光玻璃的性能将发生相应的变化,从而可以在部分或 全部太阳能光谱范围内实现高透过 率状态 和低透 过率状 态间 的可逆变化。调光玻璃最初是为汽车工业开发的,最近,人们 开始探讨此种玻璃的大规格化及其在建筑上的应用。

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??调光玻璃 的核心是致变色材料。致变色材料根据作用原理不同可分为光致变色(photochromic)、电致变色(electrochromic)、热致变色(thermochromic)及液晶基(1iquid—crystal based)等多种类型,但是,只有在无色 透明和着色之间可逆变化的材 料才可用于调光 玻璃。光致调光玻璃主要用于眼镜行业.由于技术、 成本及人居舒 适性等原因。其在建筑应用方面实用价值有 限,故本文主要讨论电致调光玻璃、热致 调光玻璃和液晶调光玻璃。

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??1 电致调光玻璃

??1.1 电致变色 材料 及电致变色原理

??电致变色效应是指在电场或 电流作用下.材料对光的透射率反射率(词条“反射率”由行业大百科 提供)能够产生可逆变化的现象.具有电致变色效应的材料通 常称之 为电致变 色材料。根据变色机理,电致变色材料可分为三类:氧化态下无色、还原态下着色 的阴极变色材料;还原态下无色、氧化态下着色 的 阳极变色材料;在不同价 态下具有不同颜色的多变色电 致变色材料。显然。能在调  光玻璃上应用的应是 前 两种材料。电致变色材料主要有无机过 渡金属氧化物(如W03、NiO、MoO3、V:0 和IrO 等)和有机化合物(如紫精类化合物、聚苯胺、镧系酞化氰等)。

??关于电致变色材料的变 色机理。人们已取 得较一致的看法,即双注理论。变色被认为是材料中离子和电子注入或抽出而产生 的。

??1.2 电致调光玻 璃 的结构及工作原理

??电致调光玻璃通常由普通玻璃及沉积于玻璃 上的数层薄膜材料组成。其各层按顺序分别为透明导电层(TC)、电致变色层(EC)、离子导体层(IC)、反电极层(CE) 或离子储存层和另 一透明导电层(TC)。其中EC层是电致 调光玻璃的核心部分。TC层作为引出电极,CE层 用以提供  和储存变色 所 需离子。IC层用作传导变 色过 程中的离子,没有电子传导,否则会自放 电而造成自行变 色。

??电致调光玻璃对光线的调节有吸收调节和反射调节两种方式,图1为电致调光玻璃在着 色态和退色态下的光 谱曲线。

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??1.3  电 致调光玻璃的研究现 状

??在众多电致变色材料中, 阴极变色材 料非晶氧化钨的研究最趋于实用,反电极一般采用与电致变色层互补的另一种电致变色材料, 即如果变色层为阴极电致变 色材料,则反 电 极用阳极电致变色材料。在外加电压作用下,阴极、阳极将会同时着色和退色,从而使着色态颜色更深而退色态透光率更高。这种互补变色的典型组合是WO 一NiO,WO 在还原态下着色,NiO在氧化态下着色,因而可使变色加深。同样.当WO 处于氧化态时,NiO为还原态,从而可产生出高透过率的玻璃。离子导体层通常采用固 态膜,因为虽然液体电解质有 响应速度快、制作简 单等优点,但也有难以封装、液体泄漏等弊端,无实用价值。Li 离子是直径最小的金属离子(词条“金属离子”由行业大百科提 供),传输性能较稳定,因此,¨离子固体 导体受到人们的极大关注。LiF、LiA1F4、Li N、LiA1C1 等¨离子导体薄膜均具有较好的性能。

??电致调光玻璃 中使用最多的透明导电膜为含铟氧化锡(ITO)和含氟或铵的氧化锡(FrO或ATO)。对于大规格的电致调光玻璃来说.透明导电膜必须具有 较低的薄膜电阻,以从玻 璃边 缘到中心减少电压降。就玻璃窗的实际规格来 说,薄膜电阻应 小于20 m:

??2 热致调光玻璃

??2.1 热致调光玻璃的工作原理

?? 热致调光玻璃通常是由 普通玻璃上镀一 层可逆热致变色材料而构成。经过几十年的研究和发展.人们已经开发出了无机、有机、聚合物及生 物大分子等各 种可逆热致变色材料。但是,对于调光玻璃来说, 变色温度要处于低温区才具 有实用价值。在众多可逆热致变色材料中,以钒的氧化物为基 础的薄膜涂层是人们研究的热点。其中,VO 是人们最 感兴趣的 氧化 物,因 为它的相变温度(q'C)是68℃,在实际 应用中具有重要意义。当温度低于68℃时,VO 呈单斜晶系结构;温度高于68℃时, 呈四方晶系结构。由于晶系结 构的变化,VO 的光学性 质发生了很大的变化,而 且这种变化是可逆的。图3是VO 薄膜相变前后透过率和反 射率在太阳光谱范围内的变化情况。

??VO 薄 膜实用化的前 提条件是将其相变温度由68℃降至接近室温。实验证实,相变温度随薄 膜的制取方法和工艺而变化,另外还可以使用掺杂技术、 氟化技术或降低表面应力的方 法来降低薄膜的相变温度。通常所 用的掺杂元素有铌、钼、钨等。F.C.Case通过掺杂0.9%的钨镀制了相变温度为38℃ 的VO 薄膜。

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??2.2 热致调光玻璃研究新进展

??多年来, 人们一直致力于低温热致调光 玻璃的研发,并取得了可喜的成果。美、德、英等国先后研制了一种新型低温(20℃~50℃)热致调光材料。这种新型热致调光材料包含至少两种折射系数不同的物质。在温度较低时,这些物质靠分子 间的作用力在分子水平上混合,达成均一相,此时材料透明:随着温度升高,分子 热 运动加剧,当温度升高到某一特定值时,发生相分离,形成无数个细微颗粒.对入射光造成强烈散射,因为大部分光线被漫反射,故此时材料变 成不透明的白色。

??这种新型热致调光材料可分为两种,一种是云胶(水凝胶),另一种是聚合物的混合物。将云胶封于玻璃夹层中可制成热致调光玻璃,并且制成的调光玻璃因光学 性能好、响应速度快而备受人们关注。云胶是 由 水 和一种 聚合物在 低温时形成的 均相交联凝胶,当温度升高到某一特定值时, 云 胶发生相分离.聚合物组分形成无数个 尺寸和入射光波长相当的颗粒,散射入射光,见图3。

??日本富士XEROX公司则解析并且模仿乌贼和章鱼等头足纲动物 色素细胞变色机理研制了一种颜料。把高浓度的颜料包裹在一种高 分子凝胶体微 粒中,常温状态下,光线通过;温度升高时,包裹着颜料的高分 子凝胶体体积膨胀大约30倍,遂遮住阳光。

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??3 液晶调光玻璃

??3.1 液晶调光玻璃的结构

??液晶调光玻璃是根据液晶 在电场 作 用下的有序排列特性而制成的一种新型玻璃,其基本结构见图4,将液晶或液晶与塑料 的混和 液封装在树脂中,两边衬以带有 透明导电膜的LB偏光膜,然后 封装在两块玻璃之间制得液晶调光玻璃。

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??3.2 液晶调光玻璃的工作 原理

??液晶 分子通 电前杂乱地排列,可使平行光线 散开,即不透明状态:而通 电后 液晶分子 排列呈一个 方向,从而可让平行光线通过,即透明状态,见图5。液晶被封入树脂中, 即使万一玻璃破碎,液晶也不会流出,安全性较好。

??3.3 液晶调光 玻璃研究所面临的 问题

??从工业化开发方面考虑,需要研究的内容有:(1)研制寿命长、响应速度快、使用电压低且价格便宜的液晶材料;(2)树脂封装技术,要求树脂是透明的,且不破坏液晶的材料;(3)偏光膜的工艺 特性,寻找出易获得、透光性好和对环境要求不高的偏光膜。

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??4 结束语

??美国SERI 研究所的一项 研究结果表明,调光玻璃可以使建筑物内的空调能耗降低25%左右,同时,还可以起到装饰作用.并可减少室 内外的遮光设 施,如窗帘、百叶窗等的装置费用。正因为有如此多的优点,美国、日本、欧洲等国家和地区相继制定计划,纷纷投入大量人力和 财力,对调光玻璃进行研究。世界 调光玻璃市场也在逐年扩大,2000年已达2000亿日元。在调光玻璃研究方面,日本和美国处于世界领先地位,我国在这方面的研究起步较晚,水平相对落后,应借鉴国外 的研究经验,促进我国调光玻璃研究的发展。