电致变色玻璃-1

经验交流461 前言随着经济社会的快速发展，煤和石油等传统化石能源消耗量巨大，环境污染也日益严重。

为了实现经济社会的可持续发展，环保新能源的研发日益成为国内外科研人员研究的重点。

在社会总能源消耗中，建筑物能耗占比接近30%，其中能耗的３０%～５０%是通过建筑物窗户流失的。

针对上述情况，建设部提出了到2020年，所有新建建筑都需达到节能65%的目标。

为了实现这一目标，使用节能玻璃成为必然的选择。

电致变色玻璃窗可以明显改善建筑节能水平，对于商业建筑最高可减少约50%的制冷和照明电耗。

近年来，我国对于建筑物节能的要求越来越高，出台了一系列政策对相关行业加以指导扶持，电致变色（EC）玻璃已经成为国内外研究的前沿和热点。

2 电致变色玻璃变色原理材料的光学属性（反射率、透射率、吸收率等）在外加电场的作用下，发生稳定、可逆颜色变化的现象称为电致变色。

电致变色现象在外观上表现为电致变色材料颜色和透明度的可逆变化。

通过电场驱动，电致变色玻璃可以实现对光的(透过率、吸收率和反射率) 稳定可逆调节。

电致变色玻璃光透过率改变的过程称为电致变色玻璃的漂白或着色过程。

目前，关于电致变色玻璃变色机理的解释理论主要有两种，其中离子/电子的双注入导致的价间跃迁理论得到广泛的接受和认同。

该理论认为，变色现象的发生是由于电致变色玻璃中各层离子和电子的注入或抽出而产生的，当在电致变色玻璃的导电层加上正相直流电压后，离子储存层的离子被抽出，通过离子导体，进入电色层，实现玻璃的无功耗记忆。

当电致变色玻璃加上反电压后，电色层中离子被抽出，进入储存层，玻璃恢复透明。

3 电致变色玻璃结构及各层发展现状电致变色玻璃经典结构分为五层，由透明导电层(TC)、电致变色层(EC)、电解质层(IC)、离子储存层(CE)和透明导电层(TC)组成。

各层分别由玻璃基板、透明导电材料、电致变色材料和电解质组成。

电致变色玻璃经典结构如图1所示。

电致变色玻璃技术发展现状及趋势曾红杰 魏晓俊 王川申 齐帅 周文彩 于浩中国建材国际工程集团有限公司 上海 200063摘 要：本文介绍了电致变色玻璃技术的变色原理、玻璃结构、各层技术发展现状及趋势、产业化进展等。

玻璃变色原理
玻璃变色是通过改变玻璃的化学或物理性质来实现的。

以下是一些常见的玻璃变色原理：
1. 热敏变色原理：某些特殊材料在受热后会发生结构变化，从而改变其吸收或反射光的能力，使玻璃变色。

一种常用的热敏变色玻璃是使用了银离子的硒镉玻璃。

当温度升高时，硒镉玻璃中的银离子会向玻璃表面迁移，从而引起玻璃变为暗色。

2. 电致变色原理：电致变色玻璃利用电场的作用，通过改变材料的电学性质来实现玻璃的变色。

一种常用的电致变色玻璃是电致变色薄膜玻璃，其中利用一层可进行电子迁移的氧化物薄膜。

当施加电场时，氧化物薄膜中的电子会在玻璃表面形成对光线的吸收，使玻璃变为暗色。

3. 化学变色原理：某些化学物质在受到特定条件的刺激下会发生颜色的变化，利用这种性质可以实现玻璃的变色。

一种常见的化学变色玻璃是pH敏感玻璃，其中加入了一种特殊的指示剂。

当环境的酸碱度发生改变时，指示剂会发生颜色变化，从而导致玻璃变色。

这些变色原理在不同应用领域中有着广泛的应用。

例如，热敏变色玻璃可以用于建筑物的节能控制，电致变色玻璃可以用于智能窗户，化学变色玻璃可以用于化学实验室等。

通过改变玻璃的化学或物理性质，玻璃变色技术为我们带来了许多实用的应用和创新的可能性。

玻璃轻石1.玻璃轻石定义及性能玻璃轻石是以废弃玻璃为主要原料,经过粉磨、添加发泡剂及其他外加剂、混合均匀形成配合料后,经高温烧结并退火而制得的一种内部充满无数均匀开口或闭口微小气泡的无机材料。

它是一种人工合成的硅酸盐材料,气孔率达90%以上,孔径大小可在生产过程中调节。

玻璃轻石的颗粒密度目前可以控制的范围为0.2~1.6g/cm 3,孔径大小为0.1~5mm ,根据应用领域要求不同,吸水率不同,吸水率最高可达80%以上,最低也能够保持在5%以下。

玻璃轻石的内部为均匀的气孔结构,所以比较轻。

对于吸水率比较高的玻璃轻石,因为其内部的孔主要为开口结构,孔道彼此相通,所以对气体或液体表现出极强的吸附性能。

90%以上的孔隙率,使得玻璃轻石具有非常大的比表面积,可达2.0268m 2/g,是微生物良好的载体,同时也是一种较好的滤料。

吸水率较高的玻璃轻石可以通过生产工艺来调整孔径大小,以达到不同的吸水率效果,较好地起到储水、滤水、吸水等功能。

对不需要吸水功能的玻璃轻石产品在高温下燃烧不变形,不被破坏,具有较好的保温、吸音等功能。

因此,根据玻璃轻石多方面的特点,可以应用于污水净化、雨水收集、园林绿化、土壤修复、电致变色玻璃的性能参数及工艺1.电致变色玻璃的关键性能参数对于电致变色玻璃,遮阳(隔热)、调光以及隐私保护是其最重要的三项特点,其中涉及到可见光透过率、近红外光透过率、遮阳系数、雾度等关键性能参数。

此外,从实际应用的可行性角度,还涉及颜色变化的响应时间、循环使用寿命、工作电压、工作温度等参数。

2.电致变色玻璃主要工艺根据电致变色材料的不同,其制备的工艺亦有不同。

无机电致变色材料的制备工艺包括磁控溅射法、真空镀膜法、化学气相沉积法等;有机电致变色材料的制备工艺包括溶胶-凝胶法、电镀法、旋转涂布法。

无机电致变色玻璃再根据电致变色材料与电解质材料的不同,又可细分为以下两个产品及工艺方向:(1)使用无机过渡金属氧化物或普鲁士蓝为电致变色材料,以有机聚合物为固态电解质,制成夹胶玻璃。

哈尔滨工业大学科技成果——电致变色节能玻
璃关键技术
主要研究内容
电致变色智能窗是一种绿色节能产品，将电致变色材料与玻璃结合，利用材料的电致变色性能，可人工调节玻璃颜色及光强度，从而实现人为调控遮阳系数和传热系数，以降低在照明、制冷、采暖等方面的能耗，在能源日益紧缺的今天，其研究意义非常重大，目前国外已有成熟产品，国内还属于空白。

此外，电致变色还可用于汽车防眩目镜、滑雪镜、飞机变色舷窗等，开发应用空间巨大。

团队与中建集团等企业合作开展研究工作。

已有的工作基础和关键技术包括：（1）节能变色膜层及器件结构设计。

通过模拟和计算，设计最优化电致变色薄膜结构，包括：三维光子晶体结构，无机全固态结构，实现玻璃颜色实时动态可调。

（2）高性能镀膜玻璃制备技术。

通过磁控溅射等方法实现结构均一、膜层致密平整的节能电致变色薄膜的制备，材料体系包括:氧化钨（WO3）无机薄膜、聚苯胺（PANI）等有机薄膜，尺寸可达1*1米。

（3）智能窗封装技术。

通过选择不同的固态电解质将电致变色薄膜组装，获得性能优异的电致变色玻璃，并实现装置的大面积生产及智能控制。

主要应用领域建筑、飞机、汽车等。

未来前景预计3-5年的产值5000-8000万。

电致变色玻璃工作原理电致变色玻璃，是一种能够通过电流控制透明度的高科技玻璃。

它的出现，不仅让建筑设计更加灵活多样，也为人们的生活带来了便利。

那么，它是如何工作的呢？一、基本原理电致变色玻璃的基本原理是电学效应。

在玻璃中注入一定量的离子，使其成为一种离子型固体。

当施加外部电场时，离子会在玻璃中移动，导致玻璃的透明度发生变化。

二、制作过程电致变色玻璃的制作过程，主要分为两个步骤：注离子和热处理。

1.注离子注离子是将离子注入玻璃中的过程。

一般采用离子交换法，即将玻璃浸泡在含有离子的盐溶液中，使离子与玻璃中的离子发生交换，从而形成离子型固体。

2.热处理热处理是将注离子的玻璃加热到一定温度，以使离子在玻璃中分布均匀，形成稳定的电致变色玻璃。

三、工作原理电致变色玻璃的工作原理，主要是通过施加外部电场，控制离子在玻璃中的移动，从而改变玻璃的透明度。

当电场施加在玻璃上时，离子会在玻璃中移动，从而改变玻璃中的电荷分布，使玻璃的透明度发生变化。

当电场去除时，离子会回到原来的位置，玻璃的透明度也会恢复到原来的状态。

电致变色玻璃的变色速度非常快，可以在几毫秒内完成。

而且，它可以根据需要调节透明度，从而实现不同的使用效果。

四、应用领域电致变色玻璃的应用领域非常广泛，主要包括以下几个方面：1.建筑领域电致变色玻璃可以应用于建筑物中的外墙、窗户、天花板等位置，实现隐私保护和节能降耗的效果。

2.交通运输领域电致变色玻璃可以应用于汽车、火车、飞机等交通工具中的窗户和隔断，提高旅客的舒适度和安全性。

3.家居装饰领域电致变色玻璃可以应用于家居装饰中的墙面、门窗、隔断等位置，实现空间分隔和隐私保护的效果。

4.电子科技领域电致变色玻璃可以应用于电子产品中的显示屏、触摸屏等位置，实现高清晰度和节能降耗的效果。

总之，电致变色玻璃的工作原理是通过电学效应，控制离子在玻璃中的移动，从而改变玻璃的透明度。

它的应用领域非常广泛，可以为人们的生活带来更多的便利和舒适。

光学中的一道光环--电致变色摘要随着现代化进程的高速发展，技术革新在各个领域如雨后春笋般出现。

备受瞩目的就是：电致发光、电致发光、太阳能等技术在世界各国勃勃兴起。

它的革新除了本行业的进步，也为其它的领域的发展提供了一个重要的契机。

近些年电致发光是一项研究很热门的一个领域。

电致变色的材料有很多种，可以在材料类型上进行分类，如无机变色材料，有机变色材料。

不同的材料在不同的条件下，所表现出来的功能有很大的差异，同时变色材料在一定程度上都有各自的缺陷，我们需要进行更深入的对其探讨、研究，以便做出出色的成果。

本文在参阅国内外对变色材料的研究的文献基础上，对电致变色这一现象进行深入的探讨。

了解电致变色的工作机理，材料组成，以及不同材料的优缺点，以便以后对电致变色的研究打下良好的基础。

太多关键字：技术革新，电致发光，电致发光，太阳能，变色材料，应用趋势，工作机理关键词 3-5就可以了绪论随着电致变色技术在汽车、建筑、印刷等大领域的广泛应用，我国电致变色技术研究出现了一个空前的热潮，石墨烯纳米材料、透明电极、导电聚合物等高科技产品和物质不断被开发出来。

许多的专家对变色材料进行深入的研究，并使许多的材料投入使用，起到巨大的经济效益。

而现实中，变色材料体现出他特有的性能，得到广大消费者的青睐。

为消费者提供便利的同时，促进了变色材料的新革命。

1电致变色的介绍1.1电致变色的概念电致变色(Electrochromism, EC)是指材料在紫外、可见光或(和)近红外区域的光学属性(透射率、反射率或吸收率)在外加电场作用下产生稳定的可逆变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。

具有电致变色性能的材料称为电致变色材料。

用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。

1.2 电致变色的工作原理电致变色材料在外加电场作用下发生电化学氧化还原反应，得失电子，使材料的颜色发生变化。

器件结构从上到下分别为：玻璃或透明基底材料、透明导电层（如：ITO）、电致变色层、电解质层、离子存储层、透明导电层（如：ITO）、玻璃或透明基底材料器件工作时，在两个透明导电层之间加上一定的电压，电致变色层材料在电压作用下发生氧化还原反应，颜色发生变化；而电解质层则由特殊的导电材料组成，如包含有高氯酸锂、高氯酸纳等的溶液或固体电解质材料；离子存储层在电致变色材料发生氧化还原反应时起到储存相应的反离子，保持整个体系电荷平衡的作用，离子存储层也可以为一种与前面一层电致变色材料变色性能相反的电致变色材料，这样可以起到颜色叠加或互补的作用。

电控变色玻璃原理
电控变色玻璃是一种能够根据外界光照或电流信号自动调节透
明度的新型建筑材料，它能够在保证建筑内外采光的同时，有效地
阻挡紫外线和红外线的辐射，提高建筑的节能性能。

其原理主要是
利用玻璃内部的特殊材料和电控系统，通过调节玻璃的透明度来实
现控制建筑内外的光线透过。

电控变色玻璃的原理是基于两种技术的结合，一是电致变色技术，二是智能控制技术。

首先，电致变色技术是指通过在玻璃中加入特殊的电致变色材料，如氧化钪，氧化钒等，这些材料在受到电流刺激时，能够改变
其晶体结构，从而改变玻璃的透明度。

当电流施加到玻璃上时，电
致变色材料会发生氧化还原反应，从而使玻璃透明度发生变化。

这
种技术能够实现玻璃的快速变色和快速恢复透明，响应速度快，效
果明显。

其次，智能控制技术是指通过传感器、控制器和执行器等设备，对电控变色玻璃进行自动化控制。

传感器可以感知外界光照、温度
等参数，控制器可以根据传感器的反馈信号，对电流进行调节，从
而控制玻璃的透明度。

通过智能控制技术，电控变色玻璃可以实现自动调节透明度，满足不同场景下的采光和隐私需求。

综合来看，电控变色玻璃的原理是通过电致变色技术和智能控制技术的结合，实现玻璃透明度的自动调节。

这种材料不仅可以提高建筑的节能性能，还可以改善室内光照和舒适性，具有广阔的应用前景。

未来，随着材料科学和智能控制技术的不断发展，电控变色玻璃将在建筑、汽车等领域得到更广泛的应用，为人们的生活和工作环境带来更多的便利和舒适。

电致变色材料
电致变色材料是一种能够通过外加电场改变颜色的材料，它在电子显示、智能
调光玻璃、光学器件等领域具有广泛的应用前景。

电致变色材料的研究和应用已经成为材料科学和光电技术领域的热点之一。

电致变色材料的种类繁多，常见的有电致变色液晶、电致变色聚合物、电致变
色玻璃等。

这些材料在不同的领域有着不同的应用，但其基本原理都是通过改变材料内部结构或分子排列来实现颜色的变化。

电致变色材料在电子显示领域具有重要的应用。

例如，电致变色液晶可以用于
制造电子墨水显示屏，其优点是低功耗、可读性好、视觉效果逼真，因此在电子书、电子标牌等领域有着广泛的应用前景。

另外，电致变色材料还可以用于制造智能调光玻璃，通过控制电场改变玻璃的透光度，实现建筑玻璃的智能调控，提高建筑能源利用效率。

电致变色材料的研究还在不断深入，科研人员们正在努力开发新型的电致变色
材料，以满足不同领域对材料性能的需求。

例如，近年来，有学者提出了一种基于纳米技术的电致变色材料，其具有更快的响应速度、更高的对比度和更低的功耗，有望在电子显示领域取代传统的液晶材料。

总的来说，电致变色材料作为一种新型的功能材料，在光电技术领域具有广阔
的应用前景。

随着科学技术的不断进步，相信电致变色材料将会在未来的智能电子产品、智能建筑材料等领域发挥出更加重要的作用。

我们期待着电致变色材料能够更好地服务于人类的生产生活，为社会的发展进步做出更大的贡献。

电致变色玻璃原理电致变色玻璃（Electrochromic Glass, 简称EC Glass）是一种可以通过电压控制颜色的先进材料。

它可以从透明状态迅速转变为有色状态，而且这种转变可以反复进行。

EC玻璃的原理基于电致变色现象，其核心是一种特殊的电致变色材料，常见的有氧化钨、氧化镓等。

下面将详细介绍电致变色玻璃的原理。

一、电致变色现象简介电致变色现象是指某些材料在外加电场的作用下能够改变其吸收或反射光的颜色的现象。

这种现象是由电致变色材料内部电子的分布和运动状态发生变化所引起的。

电致变色现象的实现需要两个电极分别接入直流电源，并在电致变色材料之间形成电场。

二、电致变色玻璃的结构电致变色玻璃通常由多层薄膜构成。

其基本结构包括电致变色层、电解质层、离子储存层和电极层。

电致变色材料通常被沉积在透明的导电玻璃表面上，与电解质层相邻。

电解质层中含有可溶的离子，常见的是锂离子。

离子储存层用于储存电解质层中的离子，阻止其流失。

电极层则常用透明导电氧化物薄膜制成，如氧化锡。

三、电致变色玻璃的工作原理电致变色玻璃的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 电致变色材料的无色状态：在没有外加电场的情况下，电致变色材料大部分处于无色状态。

此时，电解质层中的离子没有迁移。

2. 施加电压：当施加正向电压（正向电压和电解质层接触的一侧为阳极）时，电解质层中的离子开始向电致变色材料移动。

同时，电极层中的电子也开始向电致变色材料移动。

3. 电解质层中离子的注入：离子经过电解质层进入电致变色材料，这些离子的注入改变了材料的电子结构，使其吸收或反射光的特性发生变化。

4. 变色状态：材料经过电解质层中的离子注入后，开始呈现有色状态，颜色的深浅程度取决于注入的离子数量。

这种颜色状态可以持续存在，只要保持施加电压，离子就不会重新返回电解质层。

5. 关闭电源：当电源关闭时，电解质层中的离子不再注入电致变色材料，随着离子的重新分布，材料逐渐恢复无色状态。

河南建材201812020年第6期电致变色玻璃的研究进展刘鉴宁天津工业大学材料科学与工程学院（300387）摘要:电致变色玻璃是由透明导电层、离子储存层、电致变色层和电解质层所构成。

当两个透明导电层通电后，离子和电子会共同注入电致变色层中，导致其发生颜色变化。

此时的离子存储层主要是储存变色层反应时相应的反离子，维持体系中电荷的平衡。

文章主要综述了电致变色玻璃的研究进展，并对其应用发展提出了展望。

关键词:电致变色玻璃；离子储存层；电解质层；电致变色层0前言电致变色玻璃的核心结构主要包括:电致变色层、离子储存层和电解质层。

电致变色玻璃是一种在电流和电压的作用下能够可逆地调节光的透射率和反射率的功能性玻璃。

当电致变色玻璃的颜色发生变化时,其改变了可见光的透过率,实现了智能调节的功能[1]。

通过对比电致变色玻璃和传统型玻璃可以发现,电致变色玻璃可以有效地减少能量流失,更具有发展前景[2]。

1电致变色玻璃结构1.1透明导电层透明导电层(简称TC)的主要作用是在电致变色层发生变色时提供电子,因此对透明导电层具有良好的导电效果[3]。

1.2电致变色层电致变色层(简称EC)是器件变色过程中的重要组成结构,一般制备电致变色的材料要具备灵敏度高、可循环性良好等优势,其中,制备电致变色层的材料主要可以分为两大类:有机变色材料和无机变色材料。

1.3电解质层电解质层(简称IC)的主要作用是为离子(如H+、Li+等小半径阳离子)在变色层和储存层之间的传输提供通道和介质[4]。

离子传输速率的快慢取决于电解质层的离子导电能力,因此电解质层的材料一般要求有较高的离子导电率和电子电阻率,这表明电解质层既能传输导电离子又能阻止电子的通过。

到现在为止,研究较多的电解质材料有:液态电解质、固态有机电解质和凝胶电解质。

液态电解质由于它的易于泄露、交通不便等缺点已经基本被淘汰。

固态有机电解质的导电率太低,无法满足实际的要求,故使用的范围也十分有限。