电致调光玻璃原理、性能与应用

电致调光玻璃的原理、性能及其应用摘要：调光玻璃是可以随季节和气候的变化调节太阳光的透过率，以减少采暖和制冷能耗，是一种节能的功能玻璃。本文主要介绍了电致调光玻璃的调光原理以及调光玻璃在建筑等领域的应用。

关键词：电致调光；功能玻璃；节能

引言

随着现代玻璃的技术飞速发展，玻璃行业的发展也是日新月异。各种利用新原理、新技术和新工艺制作生产的功能玻璃不断涌现。与此同时，人们对玻璃的节能需求、与审美需求也越来越迫切。夏季人们希望尽可能地将太阳光挡在室外；冬季人们希望更多太阳光进入室内。因此，调光玻璃应运而生，调光玻璃的出现是对普通玻璃单一化通光性的一个变革。调光玻璃按其基本工作原理分类，可分为：光致变色、电致变色、温致变色、压致变色等。本文主要介绍调光其中之一—电致调光玻璃。

1电致调光玻璃原理

1.1利用电压改变液晶分子排列调光

在两片玻璃中夹入一液晶薄膜层，当通电时，靠液晶晶体重新排列的优良性能，可随入射光的强弱随时调节透光率，满足会议室、接待厅、放映厅等的采光要求。

液晶调光玻璃的基本结构是在玻璃集体中分散一些几个微米大小的液晶小盒，夹在透明的导电膜之间，形成一种特殊的夹层结构。其调光原理如图1所示：

当无外加电压作用时，液晶分子呈无规则排

列，当光照射到玻璃时，使光线受到强烈的散射

作用,因而玻璃的透明性消失; 当在两层透明的

导电膜之间施加电压后,液晶分子对玻璃面是呈

定向排列的,光线能直接透过而显现透明性。

近年来,液晶显示技术在不断地更新和发展中,

其中最新发展起来的能够显示信息的平板器技术

是聚合物分散液晶薄膜技术。它的基本工作原理就是通过某种方法使液晶分子以微粒的形态分散在聚合物基体中,每一液晶微粒的光轴处于择优取向,而不同微粒的光轴呈随机取向状态,由于其折射率各向异性,因此其有效的折射率不与基体的折射率相匹配,对外来入射光呈散射状态而不透明或半透明。在足够强的外加电场作用下,所有微粒内的液晶分子都沿电场取向,

这时液晶的寻常折射率对光线起作用,当其值与基体的折射率比较匹配时,则呈现透明状态。撤掉外电场,在基体墙壁弹性能的作用下,微粒又恢复到最初的散射状态。这种工艺技术制作较为简单,制作成本较低,但其饱和驱动电压较高,一般在以30V以上。

1.2利用电场变化改变透过率

利用这一原理的玻璃由基础玻璃和电致变色系统组成。利用电色材料在电场作用下而引起的光的透过性能的可调性,可实现由人意愿调节光照度的目的,同时电致变色系统通过选择性的吸收或反射外界热辐射和阻止内部热扩散,可减少办公楼和民用住宅等建筑物在夏季保持凉爽和冬季保持温暖而耗费的大量能源。

材料在外电场或电流作用下,发生可逆的色彩变化,叫电致变色现象,简称电色现象。具有这种电色现象特性的材料称为电色材料,即在电化学反应条件下,对可见光吸收有重大改变的材料。电致变色材料一般可分为三大类，即过渡金属氧化物、有机物以及插入式化合物。

过渡金属氧化物是电致变色材料中研究和使用最普遍的一类。这类化合物中的金属离子电子层结构不稳定，在一定条件下，离子的价太发生可逆变化，形成多价态离子混合共存状态。随着离子的价态和浓度变化，材料对可见光谱吸收发生变化，进而引起颜色变化。具有优异的电致变色效应如WO3、M o O3。有机物主要是导电聚合物类，金属有机聚合物类和金属酞花菁类。插入式化合物如使金属插入到石墨晶格的层间，产生从黑到绿或金黄的电致变色效应。

电致变色玻璃的典型结构如图二：两块基

体玻璃中间夹有五层电致变色材料。透明导电层

的作用是与基体玻璃构成导电玻璃；电致变色

层，又称工作电极，在外电场作用下使玻璃发生

着色与褪色变化；电解质层只允许离子通过，用

作传导变色过程中的离子。对电极层起平衡离子

作用，提供和存储变色所需离子。

图2：电致变色玻璃的结果示意图

2.电致调光玻璃的性能

2.1调光性

调光玻璃可以使大部分可见光透过，低于可见光波长的紫外线尽可能少透过，因为紫外线虽然能量不高，但对人体健康不利。而波长高于可见光的红外线占有约的能量，这部分能量最好能控制其透过率。调光玻璃的遮阳系数是可以调节的，在不同的条件下玻璃可自由的调节为透明与不透明状态，从而调节室温：夏季，可保证采光避免日晒，而且模糊状态还能反射除去大部分有害光线；冬季，可保温防寒，防止室内热能散失。

2.2节能性

据专家介绍，在建筑节能中，单就门窗节能就占了很大的比重，无论是木窗、钢窗、铝合金窗、还是塑钢窗都要使用玻璃，玻璃占到窗户总面积的70%以上，因此，建筑节能不能不考虑玻璃的因素。使用普通的单片玻璃门窗，冷、暖气外溢快，能源消耗大，浪费开支，如果加装上调光玻璃，可以提高居室温度达6度以上，降低了制热制冷的费用，可为您减少40%以上的能源开支，保温性能比单层玻璃节约35%，比中空玻璃节约15%，其节能效果和经济效益十分明显，节能意味着减少了发电燃煤的消耗，减少了CO2等气体的排放，减少了环境污染！

3.3舒适性

调光玻璃不仅调节光线透过率使得室温让在室内的人感到舒适，调光玻璃外观本身也能给人舒适、柔和的感觉，不像普通玻璃给人冰冷的感觉。

现代先进的调光玻璃不仅具有调光性，而且还具有安全性、节能环保性、隔音性、防盗性、高强度性、热稳定性等诸多优点，调光玻璃的综合性能越来越强。

例如，真空夹层智能安全调光玻璃就是一种综合性能很强的调光玻璃。它一般是由两片玻璃组成，单位面积玻璃质量大，加之真空层的作用，因此真空夹层智能安全调光玻璃的隔音性能优良，室内宁静、舒适。在高层建筑上用真空夹层智能安全调光玻璃代替部分砖墙或混凝土墙，不仅可以增加采光面积，增加房间的舒适感，而且可以减轻建筑物的重量，简化建筑结构；此外，与双层窗户相比，真空夹层智能安全调光玻璃只需要一套窗框及少量的边框材料，且隔音、隔热性能要优于双层窗户，而其造价比双层窗户要低。随着国民经济的高速发展，人民生活水平不断提高，人们对建筑的舒适性要求越来越高，玻璃的应用越来越广泛，从前只有高档公用建筑才使用的中空玻璃，现如今已开始使用在一般民用住宅的门窗上。

3.调光玻璃的应用