公元七世紀(jì)，西方發(fā)明吹氣法制造平板玻璃，玻璃開(kāi)始運(yùn)用在教堂門(mén)窗上。1000年后的清朝，平板玻璃窗傳入中國(guó)，雍正年間價(jià)格高達(dá)15兩紋銀/平方米，可在北京買(mǎi)半間房屋。玻璃給黑暗的房間帶來(lái)了陽(yáng)光，這種曾經(jīng)昂貴的物品，現(xiàn)在已經(jīng)走近尋常人家，成為家裝居所的必備選擇。如今平板玻璃已經(jīng)形成一個(gè)巨大產(chǎn)業(yè)。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局2015年數(shù)據(jù)顯示，全國(guó)住宅玻璃窗用量和玻璃幕墻用量均為2億平方米。

 

玻璃具有優(yōu)異的透光性，可以提供廣闊的視野，但是同時(shí)也讓太陽(yáng)熱量進(jìn)入室內(nèi)，造成巨大的能量浪費(fèi)。為了減少陽(yáng)光直射，人們普遍采用的傳統(tǒng)的內(nèi)/外遮陽(yáng)的方式。內(nèi)遮陽(yáng)，比如各種材質(zhì)的窗簾，僅遮擋了已經(jīng)透過(guò)窗戶(hù)進(jìn)入室內(nèi)的陽(yáng)光，由于能量已經(jīng)進(jìn)入室內(nèi)，所以節(jié)能效果有限。外遮陽(yáng)裝置，尤其是電動(dòng)外遮陽(yáng)，節(jié)能效果優(yōu)于內(nèi)遮陽(yáng)，但是大部分外遮陽(yáng)產(chǎn)品很難避免可靠性差、壽命短以及清洗困難的弊端。而且，這種方式影響了建筑本身應(yīng)該具有的簡(jiǎn)潔美，而且也限制了使用者的視野。

 

 

除了傳統(tǒng)的機(jī)械式遮陽(yáng)，一種新興的電子遮陽(yáng)玻璃產(chǎn)品正在走進(jìn)市場(chǎng)。其結(jié)合了玻璃材料和電子電控領(lǐng)域的新技術(shù)，可以在玻璃上實(shí)現(xiàn)遮陽(yáng)、隱私、節(jié)能的智能化。這種黑科技代表了玻璃未來(lái)的發(fā)展方向，可以應(yīng)用于智能建筑和智能汽車(chē)領(lǐng)域，達(dá)到智能遮陽(yáng)、智能隱私的效果。在建筑領(lǐng)域，智能玻璃可以取代外遮陽(yáng)，同時(shí)提供寬廣的視野、節(jié)能效果以及科技美學(xué)。裝有智能玻璃的汽車(chē)會(huì)有更好的隱私和節(jié)能效果，配合微電路，還能實(shí)現(xiàn)及時(shí)報(bào)警等安全性能。目前，奔馳的部分高端車(chē)型已經(jīng)配置了智能玻璃。

 

根據(jù)功能實(shí)現(xiàn)的方式，可以將智能玻璃分為被動(dòng)式和主動(dòng)式兩種。被動(dòng)式智能玻璃主要包括熱致變色和光致變色。其中的典型代表是五氧化二釩材料，在特定溫度下其晶體結(jié)構(gòu)由單斜轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石四方晶結(jié)構(gòu)，并隨之發(fā)生光學(xué)性能的變化。被動(dòng)式智能玻璃的優(yōu)點(diǎn)是，無(wú)需外界電源驅(qū)動(dòng)、安裝簡(jiǎn)單方便，缺點(diǎn)是在變色前后的透過(guò)率差值較小，且變色所需的溫度范圍較寬，所以容易發(fā)生夏季正常變色但是冬季變色不明顯的問(wèn)題。

 

相比于被動(dòng)式智能玻璃，主動(dòng)式的智能玻璃因?yàn)榻Y(jié)合了電子電控技術(shù)，可以隨心所欲的實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制，并且與物聯(lián)網(wǎng)、光熱傳感器等概念進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自主的智能調(diào)控。雖然難以避免略顯繁瑣的電路安裝，但是主動(dòng)式的智能玻璃具有更加的智能、節(jié)能和變化效果。

 

主動(dòng)式智能玻璃主要包括三種技術(shù)：聚合物分散液晶(PDLC)、懸浮粒子(SPD)以及電致變色(EC)。PDLC是液晶以微米量級(jí)的小微滴分散在有機(jī)固態(tài)聚合物基體內(nèi)，由于由液晶分子構(gòu)成的小微滴的光軸自由取向，其折射率與基體的折射率不匹配，當(dāng)光通過(guò)基體時(shí)被微滴強(qiáng)烈散射而呈現(xiàn)不透明的乳白狀態(tài)或半透明狀態(tài)。施加交流電場(chǎng)可調(diào)節(jié)液晶微滴的光軸取向，當(dāng)基體和微滴折射率相匹配時(shí)，呈現(xiàn)透明態(tài)。除去電場(chǎng)，液晶微滴又恢復(fù)初的散光狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)光。PDLC產(chǎn)品主要用于室內(nèi)隱私墻，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有20家左右的PDLC膜生產(chǎn)及銷(xiāo)售企業(yè)。

 

SPD技術(shù)的工作原理如下，將具有取向光吸收特性的粒子分散在懸浮液中，斷電時(shí)由于布朗運(yùn)動(dòng)粒子隨機(jī)排布，可以吸收99%以上的可見(jiàn)光。當(dāng)SPD膜被施加110V的交流電壓時(shí)，粒子在電場(chǎng)的作用下發(fā)生取向排列，進(jìn)而光線得以透過(guò)。

 

 

電致變色(EC)技術(shù)，這里指已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的全固態(tài)電致變色技術(shù)。玻璃基板上鍍有若干三明治結(jié)構(gòu)的功能層，上下導(dǎo)電層之間夾有電致變色層、離子導(dǎo)體(IC)層和離子儲(chǔ)存層。以國(guó)外市場(chǎng)上常用的電致變色材料三氧化鎢為例，在透明狀態(tài)下，三氧化鎢變色層為空心立方結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)下，只吸收少量的可見(jiàn)和紅外光。在+3V直流低壓的驅(qū)動(dòng)下，鋰離子進(jìn)入三氧化鎢的晶格，形成實(shí)心立方結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)下，EC玻璃可以吸收98%以上的可見(jiàn)光和99%以上的紅外光，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)可見(jiàn)和紅外光的調(diào)節(jié)。改變施加電壓的方向，鋰離子可以可逆地?fù)诫s或者去摻雜，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)EC膜著色褪色的循環(huán)。

 

對(duì)于這三種技術(shù)，我們用智能玻璃重要的三個(gè)性能來(lái)進(jìn)行比較：調(diào)光、隔熱和隱私。PDLC只有透明和散射兩種狀態(tài)，沒(méi)有中間態(tài)，而SPD和EC在透明和著色態(tài)之間連續(xù)可調(diào)。PDLC依靠微滴和基底的折射率差異將光線散射開(kāi)，因此可以完全阻擋視線，具有良好的隱私保護(hù)效果，但是不能有效阻擋散射開(kāi)的紅外線和可見(jiàn)光透過(guò)玻璃進(jìn)入室內(nèi)，所以其隔熱效果非常有限。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上SPD的產(chǎn)品很少，我們通過(guò)查閱科技文獻(xiàn)了解其光學(xué)參數(shù)，在著色狀態(tài)下，其可見(jiàn)光和紅外光透過(guò)率分別是0.7%和27.4%，在透明狀態(tài)下分別為65%和77.6%。EC在著色狀態(tài)下可以阻擋絕大部分的可見(jiàn)和紅外光，因此在該狀態(tài)下具有極強(qiáng)的遮陽(yáng)性能;在透明態(tài)時(shí)，60~70%的可見(jiàn)光以及30~40%的紅外光可以透過(guò)EC玻璃進(jìn)入室內(nèi)，適用于冬季采光和日曬取暖。SPD和EC技術(shù)具有良好的隔熱效果，雖然阻擋了絕大部分的可見(jiàn)光，但是由于人眼的高度敏感，百分之零點(diǎn)幾的可見(jiàn)光仍然不能完全阻擋視線。因此在某些場(chǎng)合下，比如夜晚從室外透過(guò)SPD或者EC窗往室內(nèi)看，仍然可以看到室內(nèi)的模糊影像，所以其隱私功能是有限的。