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1 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（EC）玻璃已经成为国内外研究的前沿和热点。 2 电致变玻璃变原理
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、可逆颜变化的现象称为电致变。电致变现象在外观上表现为 电致变材料颜和透明度的可逆变化。通过电场驱动，电致变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。电致变玻璃光透过率改变的过程称为电致变玻璃的漂白或着过程。目前，关于电致变玻璃变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，变现象的发生是由于电致变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，进入电层，实现玻璃的无功耗记忆。当电致变玻璃加上反电压后，电层中离子被抽出，进入储存层，玻璃恢复透明。
漱口杯3 电致变玻璃结构及各层发展
现状
电致变玻璃经典结构分为五层，由透明导电层(TC)、电致变层(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、电致变材料和电解质组成。电致变玻璃经典结构如图1所示。
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：本文介绍了电致变玻璃技术的变原理、玻璃结构、各层技术发展现状及趋势、产业化进展等。并分析了电致变玻璃技术未来发展的趋势及国内产业化遇到的困难和发展前景。燃气吹灰器
关键词：电致变；发展现状；发展趋势；产业化
The Development Status and Trend of Electrochromic Glass Technology Zeng Hongjie Wei Xiaojun Wang Chuanshen Qi Shuai Zhou Wencai Yu Hao
China Triumph International Engineering Co., Ltd. Shanghai 200063
Abstract: This article introduces the electrochromic glass technology in the aspects of discoloration principle, glass structure, development status and trend of various technologies, as well as industrialization progress.The future development trend of electrochromic glass technology, difficulties in the course of domestic industrialization and development prospects are also analyzed.
Key words: Electrochromic; Development status; Development trend; Industrialization
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图1 电致变玻璃经典结构
3.1 透明导电层
透明导电层(Transparent Conductor)实际上就是具有导电膜的玻璃，其主要作用是作为集流体，附着于衬底内侧，起导电作用。一般来说，电致变玻璃透明导电层需具有较高的电导率和透光性。目前，电致变玻璃透明导电层常用的材料有氟掺杂氧化锡薄膜(fluorine doped tin oxide，FTO)、锡掺杂氧化铟薄膜(tin-doped indium oxide，ITO)和一些ITO 替代电极(如PEDOT:PSS、Ag 纳米线以及金属网格)等。电致变玻璃透明导电层的研究主要集中在，一透明导电层制备方法；二价格低廉、表面电阻低且能提供均匀电场物质。
3.2 电致变层
电致变玻璃电致变层需电子电导率和离子电导率高，光调制范围大，着效率(CE)和循环稳定性好。在电致变玻璃中，电致变层均匀平铺在透明导电层上，快速均匀的完成电致变玻璃的着褪过程。电致变材料是影响电致变层变性能的关键因素，主要可分为无机材料和有机材料两大类。
3.2.1 无机电致变材料
snis-110无机电致变材料主要为过渡金属氧化物，包括WO 3、MoO 3、TiO 2、NiO、Nb 2O 5和IrO 等。根据材料变特性，无机电致变材料可分为阴极着材料和阳极着材料。阴极着材料还原态时着，氧化态时无，主要有WO 3、MoO 3、TiO 2、Nb 2O 5等。阳极着材料氧化态时着，低价
态时无，主要有NiO x 、IrO x 、Co 2O 3、Rh 2O 3和MnO 2等。目前研究较多的无机电致变材料有以下几种：WO 3、MoO 3、
Nb 2O 5、V 2O 5、NiO x 和TiO 2。
3.2.2 有机电致变材料
有机电致变材料电化学氧化还原过程可逆，摩尔吸收系数大，由一定长度的共轭键或环结构与给电子的杂原子组成。有机电致变材料主要由以
下三类化合物组成，氧化还原型化合物、金属有机螯合物和导电聚合物。紫罗精(viologens)是最具代表性的氧化还原型有机电致变材料。金属螯合物呈现互补，稀土酞花菁金属螯合物已经发展成为一个系列。共轭聚合物被小分子掺杂后呈现高导电性和颜变化，具有明显的电致变行为，聚苯胺是其典型代表。
3.3 电解质层
电解质层又称离子导体膜，是组成电致变器件的关键材料。在室温下，电解质层具有较高的离子电导率和较低的电子电导率。常用的电解质层主要分为液态电解质层、凝胶状电解质层和固态电解质层。由于体积不固定、变不均匀且容易泄漏，液态电解质层基本被淘汰。目前研究和应用最多的是
凝胶态电解质，通过降低聚合物体系结晶度，提高聚合物体系载流离子浓度，能够得到具有较高离子电导率的凝胶聚合物体系。凝胶聚合物电解质产业化刚刚起步，发展前景十分乐观。
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非聚合物固态电解质主要为固态锂盐，包括LiNbO 3、LiAlO 2和LiTaO 3等。固态锂盐通过真空溅射成膜，其中，导电性、溅射速率和靶材耐高温性能是固态锂盐膜制备的难点。欧美发达国家已将全固态智能电致变玻璃技术作为新一代建筑节能玻璃的主要发展方向并投入大量资源进行研究。目前，已经有企业实现了全固态电致变玻璃技术的产业化。
3.4 离子存储层
离子储存层(ＥＣ)也称对电极层，在电致变反应发生时起存储反应离子和平衡电荷的作用。离子存储层离子插入的可逆性好，透明度高，反应速度快。互补型对电极是离子存储层的理想材料。即阴极为电致变材料着，而阳极为对电极材料着
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，在外加电压的作用下，阴、阳两极将会同时着或漂白，从而使着态颜更深，而漂白态透光率更高。
3.5 电致变薄膜制备方法
电致变薄膜发生氧化还原反应所需电压低，在特定波长范围内颜可逆。
研究者们在积极探索，试图通过各种方法制备出高性能的电致变薄膜。目前，电致变薄膜制备方法主要有高温还原方法、电沉积方法、阳极生长法、过滤旋涂法、层层沉积方法、水热法和滴涂法等。但是，以上方法仍有诸多不足之处，包括制备过程复杂、能源消耗大以及难以大面积制备等。目前，一些主要的电致变材料制备方法如表1所示。
表1 主要电致变材料及其制备方法
分类
电致变材料制备方法
无机
材
料
WO 3
磁控溅射、真空蒸镀、溶胶-凝胶MoO 3磁控溅射、真空蒸镀Nb 2O 5阳极氧化
TiO 2化学液相沉积NiO x 磁控溅射、真空蒸镀
IrO 2阳极氧化Rh 2O 3阳极氧化CoO 2液相合成普鲁士蓝电化学沉积有机材料吡唑啉溶胶-凝胶
聚苯胺电镀
四硫富瓦烯旋转涂布4 国内外建筑用电致变玻璃发展
态势
目前，建筑用电致变玻璃主要是以无机过渡金属间化合物为电致变材料，以无机含锂化合物或有机聚合物作为电解质层制作全固态电致变玻璃。液态电致变器件性能不稳定，容易发生渗漏，影响电致变产品的使用寿命和可靠性。全固态智能电致变玻璃技术作为新一代建筑节能玻璃的主要发展方向，已有部分企业实现了该技术的产业化。
电致变玻璃价格昂贵，目前仅有美国、日本、德国和法国等发达国家能够规模化生产。在大面积电致变玻璃产业化方面，Sage Glass 和View 公司成果最为显著。
在建筑用电致变玻璃领域，国内研发和生产实
力较强的企业主要有浙江上方电子装备、合肥威迪和旗滨等。相比于国外同类企业，国内电致变企业存在电致变材料相对单一，缺乏自主知识产权，产品种类匮乏等问题。
5 结束语
我国建筑物能耗约占全国总能耗的27%～29%，其中50%左右的能耗是通过建筑窗玻璃损耗的，其能耗水平约是同等气候发达国家的3倍。以2008年为例，通过建筑物窗玻璃损失的能耗折合约33.9亿吨标煤，相当于排放10亿吨CO 2。因此，建筑节能的关键之一在于发展高性能建筑门窗玻璃及相关技术。
我国对建筑节能的要求越来越高，对门窗的节能和智能化也越来越高。近年来国家出台了一系列政策扶持推广智能玻璃产品，《中国制造2025》中，“智能玻璃与高安全功能玻璃关键技术开发”已被列入“十三五”国家重点研发计划专项项目。电致变技术已成为国内外研究的前沿和热点。
综上所述，在电致变玻璃技术发展趋势方面，全固态电致变玻璃技术以其优异的稳定性和耐候性是电致变技术研发的主要方向。WO 3、NiO x 无机电致变材料化学稳定性好、制备工艺简单、与基板结合强度高、容易实现全固态，目前仍是电致变材料的首选，通过往里掺杂不同物质来改善W
O 3、NiO x 电致变性能是人们研究的热点。非聚合物固态电解质锂盐导电率高、化学稳定性好，是目前电致变技术电解质层所需材料的最佳选择。高电导率和良好透光性是透明导电层选择的主要标准，氟掺杂氧化锡薄膜和锡掺杂氧化铟薄膜是目前最常用的透明导电层材料。全固态、智能化、大尺寸是电致变玻璃技术发展的主要方向。
我国在电致变玻璃技术方面距离世界先进国家还有一段距离。电致变技术先进国家经过几十年的发展已逐步掌握核心技术，在产品、市场和技术应用方面拥有巨大优势。国内企业和科研院所在产品研发方面困难重重，必须加大人员和资金投入，真正突破和掌握核心关键技术和设备，赶超世界先进水平。
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