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【中玻網(wǎng)】智能窗是一種由玻璃或其它透明材料等基材和調(diào)光材料所組成的調(diào)光智能器件,在一定的物理?xiàng)l件下(如光照、電場(chǎng)、溫度),這種器件發(fā)生著色或褪色反應(yīng),改變自身的顏色狀態(tài),從而有選擇性地吸收或反射外界的熱輻射和阻止內(nèi)部熱擴(kuò)散,達(dá)到調(diào)節(jié)光強(qiáng)度和室內(nèi)溫度的目,從而達(dá)到節(jié)能的目的。智能窗按其激勵(lì)方式可分為:熱致變色、光致變色、電致變色3大類。電致變色是指在外加電場(chǎng)的作用下,材料的光學(xué)性能發(fā)生連續(xù)可逆變化的現(xiàn)象。本文要點(diǎn)研究電致變色智能窗中的全固態(tài)電解質(zhì)電致變色智能窗。
?。?)電致變色按其材料類型可分為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系電致變色和無(wú)機(jī)電致變色。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系電致變色材料是由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系材料復(fù)合而成,其制備工藝復(fù)雜,不耐紫外線照射,化學(xué)穩(wěn)定性不高,不易被工業(yè)化接受。通??捎米鳠o(wú)機(jī)電致變色材料的是元素周期表中的過(guò)渡金屬元素的氧化物,在陰較著色材料中,研究更充分、更完全的要數(shù)WO3。
?。?)無(wú)機(jī)電致變色智能窗是在透明玻璃基底上,依次沉積透明導(dǎo)電層(TC),電致變色層(EC),離子導(dǎo)電層(IC),離子儲(chǔ)存層(IS)和透明導(dǎo)電層(TC)的5層結(jié)構(gòu)。如圖1所示。
圖1 無(wú)機(jī)電致變色智能窗結(jié)構(gòu)示意圖
?。?)全固態(tài)電解質(zhì)電致變色智能窗:如圖1所示,無(wú)機(jī)電致變色智能窗的離子導(dǎo)電層材料可為液態(tài)、凝膠態(tài)和全固態(tài)。
本文研究互補(bǔ)五層型全固態(tài)電解質(zhì)電致變色智能窗,采用磁控濺射直流反應(yīng)濺射法制備各層薄膜。膜層結(jié)構(gòu)中的TCO層為TC層;WO3層為EC層,也就是電致變色層,非晶態(tài)的WO3是無(wú)色的,當(dāng)有離子注入時(shí),就會(huì)著色變成藍(lán)色;LiTaO3為IC層,也就是離子導(dǎo)體層,也被稱為電解質(zhì)層,它只允許離子通過(guò),用作傳導(dǎo)變色過(guò)程中的離子;NiOx為IS層,也就是離子儲(chǔ)存層,也可稱為對(duì)電較層,由于它與WO3具有相反的著色效應(yīng),它是電致變色層中注入離子的提供者,起到平衡離子的作用。
?。?)全固態(tài)電解質(zhì)電致變色薄膜的制備:本文利用直流反應(yīng)濺射鍍制各膜層,采用10Ω的TCO玻璃作為基片,利用臥式鍍膜機(jī),分別制備WO3、LiTaO3、NiOx、ITO薄膜,研究其性能,找出合適的厚度,確定復(fù)合膜層的各層厚度及工藝。
表1各薄層工藝
由于全固態(tài)電解質(zhì)電致變色薄膜與傳統(tǒng)的液態(tài)及凝膠態(tài)電致變色薄膜的主要區(qū)別在于電解質(zhì)材料,本文要點(diǎn)研究用磁控濺射法制備的LiTaO3薄膜的性能。LiTaO3薄膜SEM分析:從圖2中可以看出,雖然為常溫濺射,LiTaO3薄膜表面的顆粒度較小,結(jié)構(gòu)致密。
圖2 LiTaO3薄膜SEM圖
LiTaO3薄膜光學(xué)性能測(cè)試:圖3為UV3600測(cè)得850 nm厚的LiTaO3薄膜的可見(jiàn)光光譜,從圖中可以看出,LiTaO3薄膜具有較高的可見(jiàn)光透過(guò)率,可達(dá)到95%以上。
圖3 LiTaO3薄膜可見(jiàn)光光譜
(5)LiTaO3薄膜厚度對(duì)復(fù)合膜層組裝器件的影響:在保證ITO、WO3、NiOx厚度不變的情況下,改變LiTaO3的厚度,研究其與上述薄膜復(fù)合后對(duì)整個(gè)器件在可見(jiàn)光范圍內(nèi)透過(guò)率的變化見(jiàn)圖4、圖5。
(a)
(b)
圖4 不同LiTaO3膜厚組裝器件的SEM圖
圖4(a)中LiTaO3薄膜厚度為850 nm,圖4(b)中LiTaO3薄膜厚度為500 nm。
(a)
(b)
圖5 不同LiTaO3膜厚組裝器件的可見(jiàn)光光譜
圖5中(a)(b)分別對(duì)應(yīng)圖4(a)(b)的可見(jiàn)光光譜。從圖5可發(fā)現(xiàn),在LiTaO3薄膜850 nm時(shí),漂白-著色可見(jiàn)光透過(guò)率可調(diào)制范圍可達(dá)到55%,而LiTaO3薄膜500 nm時(shí),漂白-著色可見(jiàn)光透過(guò)率可調(diào)制范圍減少到40%。因此,LiTaO3薄膜的厚度對(duì)組件的可見(jiàn)光調(diào)制范圍有著關(guān)鍵影響。這是由于離子導(dǎo)電層越厚,將有越多的離子參與反應(yīng),調(diào)制范圍就越寬。
通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)得出:全固態(tài)電解質(zhì)電致變色薄膜,可連續(xù)調(diào)整可見(jiàn)光透過(guò)率,可調(diào)整范圍達(dá)到55%,具有廣泛的應(yīng)用前景。該電致變色玻璃可廣泛應(yīng)用于汽車自變暗后視鏡、與低輻射鍍膜玻璃復(fù)合更進(jìn)一步降低中空玻璃的U值及遮陽(yáng)系數(shù)達(dá)到節(jié)能效果,更重要的是可主動(dòng)地使幕墻玻璃的透過(guò)率在2%~60%之間調(diào)整,使建筑幕墻玻璃也實(shí)現(xiàn)智能化。
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