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“智能”窗户(电致调光玻璃)

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“智能”窗户(电致调光玻璃)

发布日期:2019-01-16 作者:四川臣工新材料有限公司 点击:


你知道吗,现在你没有! 当太阳不知道它是否即将到来时,您是否有过这样的日子,提示您继续打开和关闭百叶窗,以便您可以阅读计算机屏幕上的文字或阻止您的家具褪色? 不久之后,我们将这个特定的问题交给历史,这要归功于电致调光玻璃 (“智能”玻璃)的到来,只需按一下按钮,它就会从浅到深(透明到不透明)再变回来。 。 它相对简单,非常方便(不再褪色装饰!)并且具有巨大的环境效益。 它究竟是如何工作的? 我们仔细看看吧!

照片:忘掉窗帘,忘掉百叶窗吧! 由电致调光玻璃制成的“智能窗户”从透明变为不透明,并在轻触开关时再次返回。 (模拟图像。)

什么是电致调光玻璃?

玻璃是一种令人惊叹的材料,如果没有它,我们的建筑将是黑暗,昏暗,寒冷和潮湿。 但它也有其缺点。 即使您不想要它,它也可以提供光和热 。 在一个令人目眩的夏日,进入建筑物的热量越多(“太阳能增益”),您需要使用的空调越多 - 可怕的能源浪费会花费您的金钱并损害环境。 这就是为什么家中和办公室的大多数窗户都配有窗帘或百叶窗。 如果您正在进行室内设计和改造,您可能会认为这样的家具整洁而有吸引力 - 但是在冷酷,实用,科学的条件下,它们会令人讨厌。 让我们诚实地说明:窗帘和百叶窗是弥补玻璃大的内在缺点的技术因素:它是透明的(或半透明的)即使你不想要它也是如此。

自20世纪初以来,人们已经习惯了越来越自动化的建筑物。 我们有电动洗衣机 , 洗碗机 , 吸尘器等等。 那么为什么不让自己的房子配备可以自动从晴天变为暗的电动车窗呢? 智能窗户(也称为智能玻璃,可切换窗户和动态窗户)完全采用称为电致变色的科学理念,当材料在其上施加电压时,材料会改变颜色(或从透明变为不透明) 。 通常,智能窗口开始呈蓝色,并且当电流通过时,逐渐(几分钟内)变为透明。

照片:电致调光玻璃连接到电触点并出现透明(透明)。照片:电致调光玻璃连接到电触点并出现不透明(黑色)。
照片:电致调光玻璃在电控下变色:左:这里透明,看起来很像普通玻璃; 右:施加一个小电压,它变得不透明(蓝色和黑色)。 由Warren Gretz拍摄的照片由美国能源部/国家可再生能源实验室(DOE / NREL)提供 。

电致调光玻璃如何工作?

有许多不同类型的电致调光玻璃:有些只是变暗(如光致变色太阳镜 ,在阳光下变暗),有些变暗变得半透明,而有些变成镜面和不透明。 每种类型都采用不同的技术,我将在此基于锂离子的运动详细描述其中的一种。 (锂,你可能知道,最知名的是可充电锂离子电池内的化学元素。)

普通窗户由一个垂直的玻璃窗格制成,双层玻璃窗户有两个由气隙隔开的玻璃窗,以改善隔热和隔音 (以保持一侧或另一侧的热量和噪音)。 更复杂的窗户(使用低辐射热反射玻璃 )涂有一层薄薄的金属化学物质,因此它们可以让您的家在冬天保持温暖,在夏天保持凉爽。 电致变色窗口的工作方式有点像这样,只有它们使用的金属氧化物涂层更复杂,并且通过类似于集成电路 (硅计算机芯片)制造中使用的工艺沉积。

虽然我们经常谈论“电致调光玻璃”,但是这样的窗户可以用玻璃或塑料(技术上称为“基板”或基材)制成,通过一种称为溅射的工艺涂覆多层薄层(精确的方法)将一种材料的薄膜添加到另一种材料上)。 在其内表面(面向您的家),窗口有一个由五个超薄层组成的双夹层:中间的隔板,隔板两侧的两个电极(薄电触点),然后两个透明电气电极两侧的接触层。 基本工作原理涉及锂离子(带正电的锂原子 - 具有缺失的电子),它们通过隔板在两个电极之间来回迁移。 通常情况下,当窗口清晰时,锂离子位于最里面的电极(图中左侧,您可以在这里看到),它是由钴酸锂(LiCoO 2 )制成的。 当向电极施加小电压时,离子通过分离器迁移到最外面的电极(在该图中右侧)。 当它们“浸泡”到该层(由多晶氧化钨,WO 3制成的东西)时,它们使其反射光,有效地使其变得不透明。 它们一直保持在那里,直到电压反转,导致它们向后移动,使窗口再次变为透明。 不需要电源来维持电致变色窗在其清澈或黑暗状态 - 仅将它们从一种状态改变为另一种状态。

智能窗口的工作原理:动画图片显示锂离子如何从一个电极移动到另一个电极,使窗口反射更多光线并变得不透明。

动画:电致调光窗口的工作原理:向外触点(导体)施加电压,锂离子(此处显示为蓝色圆圈)从最里面的电极移动到最外面的电极(在此图中从左到右)。 窗口反射更多光线并透射更少,使其看起来不透明(暗)。 这些层是非常薄的涂层,添加到称为基底的重块玻璃或塑料上(为清楚起见,这里未示出)。


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