电致变色型玻璃窗
索阳电子管厂张凤翱
人们早就发现：某些无机半导体材料．
即所谓的过渡盎属的氧化物，在外电场的作
用下，它们对可见光的吸收能力就将明显地
增强，因而可呈现出某种颜色。这种现象
称为电致变色现象。这样一些过渡叠属的氧
化物有 钨和钼的氧化物，以及钒、铟午¨钛的
氧化物。而且近几年妁研究表阻，某些有机聚
合物材料也同样具有电致变色效应。
自］９８４年以来，在科罗拉多州的美国太
阳能研究院（ＳＥＲＩ），就一直在开发电致变
色材料的应用领域。ＳＥＲＩ￣学家们现已
研髑成一种建筑物窗户用的电致变色玻璃。
他们发现，美国每年的能源预算中，＿太致有
５ 是被建筑物的窗户浪费掉的。采用电致
变色玻璃窗户，冬天即可将太阳辐射引入室 内，而夏天则可将太阳辐射挡住 因此．电 致变色玻璃窗户呵使建筑物内空调器的能耗 降低 ５％左右，具有明显的节能效果。 ￥ＥＲＩ的电致变色玻璃窗户，实际上就 是一种特大型的电致变色器件。它由两块三 毫米厚的派勒克斯（Ｐｙｒｅｘ）耐热玻璃板组 成，在这两块玻璃之间有两层掺铟的氧化铝 薄膜，一层多晶三氧化钨和一层氟化镁，如 图ｌ所示。在早期的电致变色窗户中，还行一 电致交色型玻璃宙结构示意 层金．它ｎ１使玻璃呈绿色，但却降低了玻璃 纳透光性能。 两层掺铟的氧化锡是电致变色玻璃窗户 的两个透明电极。在玻璃窗户的透明状态 时，这两个透明电极对总太阳辐射（包括红外 翱紫外辐射）的透光率约为５３ ，对可见光 波段的透光率则约为ｄ ８ 。若再加工一层抗 反射潦层，并且｛棠层的厚度适当，则掺镏的 氧化锡对太阳总辐射的透光率可达到６３ ， 对可见光的透光率可达到７０ 。 电致变色玻璃窗户的工作过程如下： １．在没有加 ｉ 电场时，玻璃窗是透明 的。 ２．在加上电场时（如图所示，电场方向 为从上到下），氟化镁层中游离的氢离子即可
跑向多晶三氧化钨层 同时来自底部的掺镏
氧化锡层的电子也将进入多品三氧化钨层。
氢离予和电子则跟三氧化钨发生化学反应，
从而使钨的电化学价由常态的＋６价变成十
５价。在常态下，光能够通过三氧化钨层；
钨的电化学肝变成＋５价时，三氧化钨层则
可吸收光，特别是红波段的光。观察者所看到
的玻璃则呈暗蓝色，因为 见光谱的蓝端受
到了反射。只有极其微弱的光能透过玻璃。
３．将外加电场去掉，由于电致变色材料
的“记忆 作用，玻璃仍然呈蓝色ａ
４．将外加电场的方向预加倒向，游离的
氢离子与所加的电子则可从三氧化钨层跑出
来，玻璃回复到其透明状态。
５．去掉所加的反向电场．玻璃仍然处于
其透明状态
３３—
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太阳辐射的透过率，可以通过调节加在
电致变色材料上的电压的大小来予以改变。 因此，电致变色玻璃窗户的“调光”是十分方 便的。另外，电致变色玻璃窗户所需的能量 很低，从理论上讲仅用一个小型太阳能电池 就足够一扇典型的玻璃窗户使用。 由此可见，电致变色过程实际上就是采 用电的方式来改变电致变色材料的光吸收特 性。ＳＥＲｆ研制的电致变色玻璃窗户，其电 致变色材料为多晶三氧化钨。还有，电致 变色玻璃还具有一种“永久性 的记忆作用， 也就是说当去掉外加电压时它仍然可保持在 不透光的暗状态上。如果要恢复到透明状 ．Ｊ就需改变外加电压的极性。通常，电致变 色玻璃窗户的转换次数常被用来衡量它的工 作寿命，ｓＥＲＩ研制的电致变色玻璃窗户已成 功地徽到了１００，０００欢以上，可使用＝十年时 问。 近来，ＳＥＲＩ研究人员改用三氧化钼来 代替三氧化钨。三氧化钼对可见光谱的吸收 特性几乎是恒定的，而且在不透光状态时呈 现的颜色是一种天然的灰色调，而不是蓝色 调，从建筑学观点来看，则宁可选用灰色调。 除了在材料方面的改进外，ＳＥＲＩ的科 学家们正在努力提高电致变色玻璃窗户的隔 热性能 他们还研制成一种激光封接技术， 在将两块玻璃之间的大气抽走之后，即可将 两块玻璃的边缘用激光封接技术封接起来， 彩成永久性的无漏封接，其封接温度为 ５６５￣ 在两块玻璃之间可垫上几个透明的玻 璃垫片，共垫片厚度为０．５毫米，以抵抗大气 匿力。因＿为垫片很小，所以是看不见的。 美国的电致变色玻璃窗户所用的电致变 色材料是固态的，日本 英国、西德和瑞典 等国的一些公司则采用能够释放并吸收离子 的液态或胶体电介质材料来制造电致变色器 件。用液态电介质来作电致变色涂层，这样 些液态电致变色器件的工作情况同样也是 令人满意的．不过它们的寿命则比不上固态 弘一 器件。 英国正在研究用液态电致变色器件来作
车站、码头翱机场的大型时刻表显示器，以
及用来作大型路标显示器。因为电致变色器
件是披动式发光器件，它本身不能发光，所以
在显示器上前方都装有灯管，以供夜间显示
用。西德贯ｌＪ将电致变色器件用来作汽车用的
后视镜，预计在１９８８年或１９８９年里即可投放
市场。瑞典采用肢体电介质的电致变色玻璃
来作汽车用或建筑物用的玻璃窗户。
在将电致变色技术推向实用化方面，日
本处于领先地位。日本精工公司现已试产
了一批数量有限的电致变色显示器手表，夏
普公司刚正在研究电致变色计算机显示屏。
日本日产汽车公司已经生产出一种电致变色
的车顶玻璃窗，它有一个感应式调光钮，用
以调节透过车顶玻璃窗的阳光。车顶玻璃窗
结构是：在两块制有透明导电电极的玻璃板
之简是一层一毫米厚的液体介质，它是高氯
酸锂和碳酸丙烯的混合物，在一４０。Ｃ至１２０。Ｃ
的温度范围内，这种液体介质是很稳定
的。最近，日产公司还生产了一种固体电致
变色车顶玻璃窗，它用的是两种而不是一种
固体电致变色材料；一种跟美国ＳＥＲＩ相同‘
即三氧化钨ｊ另一种是铁氰化钾和铁盐的
混合物，它们可形成一种蓝色涂料，通常称
之为酱鲁士蓝。在正常状态，车顶玻璃呈蓝
色。在加上电压时，车顶玻璃即可由亮蓝色
转变为睹蓝色。在最亮状态，玻璃对可见光
的透光率为６０ ｌ在最暗状态，避光率仅为
５ 左右。在这两个状态之间的任何状态，
都可通过调节调光钮来达到。
参考瓷料
１．Ｓｍａｒｔ Ｗｉｎｄｏｗｓ，Ｐｏｐｕｌａｒ Ｓｃ ｎｃｅ，Ｄｅｃ
２．Ｐｌａｓｔｉｃｓｌｔｈａｔ ｃｏｎｄｕｃｔ ｅｌ￣ｃｔｒｉｃｉｔｙ．Ｓｃｉｃ￣ｔ－
ｆｉｃ Ａｍｅｒｉｃａｎ，Ｍａｒ．１０８Ｂ
３ Ｓｉｇｎｓ Ｓｈｏｗ ｌｉｇｈｔ ｆｕｔｕｒ￣ｊ ｔｈｅ ｓｕｎｄａｙ
Ｔｉｍｅｓ，ｌＯ Ｎ０ｖ．１９８５
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