第四屆“創(chuàng)意光電”科普大賽參賽作品展示（14）：給我一點電，為你遮點光 ——電致變色智能窗

給我一點電，為你遮點光

——電致變色智能窗

參賽人：羅永鑫； 指導(dǎo)老師：黃亮

在生活中，你是否見過會變色的玻璃？只需要通過開關(guān)控制給它一點電，它就能從透明狀態(tài)變成深色狀態(tài)，為你遮擋夏日刺眼的陽光與溫度。在變色過程中，它甚至可以根據(jù)你的需要， “智能的”為你停留在任何一個你想要的顏色狀態(tài)，這就是電致變色智能窗。

圖一 Cowberry公司TUNOX電致變色窗在不同模式下的顏色

是不是很神奇？那么問題來了，玻璃為什么能變色呢？這是由于玻璃中夾了一層電致變色材料。所謂電致變色材料就是材料在外加電場的作用下得失電子，發(fā)生電化學(xué)氧化還原反應(yīng)，使其光學(xué)性質(zhì)（如光的反射率、透過率、吸收率等）發(fā)生穩(wěn)定、可逆的變化的現(xiàn)象，外觀上表現(xiàn)為顏色和透明度的可逆變化。

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圖二 電致變色材料在不同電壓下的顏色變化

要想組裝成一個電致變色智能窗，只有電致變色材料是不夠的。傳統(tǒng)的電致變色窗由兩片玻璃基材和夾在其中的五層薄膜材料構(gòu)成。分別是①透明導(dǎo)電層②電致變色材料層③電解質(zhì)層④離子儲存層⑤透明導(dǎo)電層，其中電致變色層是發(fā)生顏色改變的功能材料層，離子儲存層是用于提供和儲存變色所需的離子。當(dāng)對器件施加電壓時，離子從離子儲存層脫出，通過電解質(zhì)層的傳輸在電致變色層的表面與電子結(jié)合，使電致變色材料發(fā)生價態(tài)改變，從而導(dǎo)致整個窗戶發(fā)生顏色的改變。而且這種顏色變化是很穩(wěn)定的，只有再次通電才會改變。

圖三 電致變色窗的結(jié)構(gòu)及工作原理

那么窗戶發(fā)生顏色改變有什么用呢？想象一下，在烈日炎炎的夏天，窗戶可以通過改變顏色幫你阻擋強烈的陽光，節(jié)省室內(nèi)空調(diào)制冷的消耗。在寒風(fēng)瑟瑟的冬天，它可以阻止室內(nèi)積累的熱量通過玻璃流失，達(dá)到冬暖夏涼的目的。在你享受適宜溫度的同時，還能透過藍(lán)色的玻璃去欣賞外面的世界，豈不美哉！而且電致變色智能窗每平方米所需的變色能耗低至12瓦特，世界能源組織通過計算表明，采用智能變色窗作為玻璃幕墻的建筑可以降低整個建筑20%的運行成本，24%的峰值用電需求以及25%的暖通空調(diào)系統(tǒng)負(fù)載。所以我們的電致變色智能窗在保持美觀舒適的前提下，還能使建筑能耗大大降低，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。實在是一舉多得呀！

圖四 著色態(tài)和褪色態(tài)電致變色智能窗工作示意圖

還有一個問題！會變色的玻璃不止電致變色玻璃，還有光致變色、熱致變色以及液晶玻璃。那么我們的電致變色技術(shù)與其他變色技術(shù)相比有什么優(yōu)勢呢？光致變色和熱致變色屬于被動型變色組件，簡單來說即它們是根據(jù)外界的光線和熱量自行調(diào)控的，并不能隨心所欲的由用戶控制。而電致變色具有主動變色性質(zhì)，這意味著你可以隨時根據(jù)你的需要動態(tài)的調(diào)整窗戶的顏色來控制光線的強弱。液晶玻璃雖然也有主動調(diào)控性，但液晶的工作原理是液晶分子在通電狀態(tài)下呈直線排列，這時液晶玻璃透光且透明；斷電狀態(tài)時，液晶分子呈散射狀態(tài)，這時候液晶膜透光但不透明。這意味著液晶玻璃需要不斷消耗能源來維持玻璃的透明狀態(tài)，而且液晶玻璃并不能隨心所欲的停留在某一個變色中間態(tài)。這樣看來電致變色技術(shù)真是好處多多呀！

圖5 液晶玻璃工作原理

此外，電致變色技術(shù)除了應(yīng)用于電致變色智能窗領(lǐng)域，還廣泛應(yīng)用于汽車防炫后視鏡，飛機眩窗，汽車天窗，顯示器件及手機外殼等領(lǐng)域。你身邊隨處可見的事物，可能就暗藏著電致變色技術(shù)哦~請多多留意！

參考文獻(xiàn)

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