智能玻璃應(yīng)用淺析

金娟　黃敏

摘 要 本文對智能玻璃的潛在市場應(yīng)用分析，如建筑、汽車行業(yè)，旨在順應(yīng)國家節(jié)能減排政策，提升用戶體驗(yàn)，提高顯示行業(yè)產(chǎn)品附加值及公司競爭力。通過本文，人們可以對智能玻璃的應(yīng)用有基礎(chǔ)的了解。

關(guān)鍵詞 智能玻璃 節(jié)能減排 體驗(yàn) 性能

一、智能玻璃簡介

智能玻璃是一種新型的功能玻璃。近幾年來，智能玻璃的應(yīng)用、開發(fā)、研究非常活躍。最初，智能玻璃的應(yīng)用范圍僅限于建筑施工領(lǐng)域，并且與物聯(lián)網(wǎng)、光熱傳感器等概念相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自主的智能調(diào)控。如今，除建筑施工領(lǐng)域外，智能玻璃已拓展至航空、鐵路、海運(yùn)及汽車領(lǐng)域。

在建筑施工領(lǐng)域，智能玻璃可減少辦公大樓和居民住宅等建筑物在夏季保持涼爽和冬季保持溫暖而必須耗費(fèi)的大量能源。裝上智能玻璃的建筑物減少供暖和制冷需用能量的25%、照明的60%、峰期電力需要量的30%。智能玻璃的特點(diǎn)是，當(dāng)太陽在中午，朝南方向的窗戶隨著陽光輻射量的增加會(huì)自動(dòng)變暗。與此同時(shí)，處在陰影下的其他朝向窗戶開始明亮。人們不必為遮擋驕陽配上暗色或裝上機(jī)械遮光罩了。嚴(yán)冬，這種朝北方向的智能窗戶能為建筑物提供70%的太陽輻射量，讓人們獲得漫射陽光帶來的溫暖。

在汽車領(lǐng)域，目前正在開發(fā)用在未來轎車上的智能玻璃，裝有智能玻璃的汽車會(huì)有更好的隱私和節(jié)能效果。它不僅起到美化作用，還將為現(xiàn)代汽車增添映像功能，以及利用透明顯示技術(shù)將功能集成在車載玻璃上。

二、智能玻璃的分類

智能玻璃按照技術(shù)類型主要分為聚合物分散液晶（PDLC）、電致變色（EC）、懸浮粒子（SPD）三種。

聚合物分散液晶（PDLC）是液晶以微米量級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)透明狀態(tài)。除去電場，液晶微滴又恢復(fù)最初的散光狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)光。PDLC產(chǎn)品主要用于室內(nèi)隱私墻，目前屬于較低端類型產(chǎn)品。

電致變色（EC）技術(shù)，指已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的全固態(tài)電致變色技術(shù)。這種由基礎(chǔ)玻璃和電致變色系統(tǒng)組成的裝置利用電致變色材料在電場的作用下引起的透光（或吸收）性能的可調(diào)性，可實(shí)現(xiàn)由人的意愿調(diào)節(jié)光照度的目的。同時(shí)，電致變色系統(tǒng)通過選擇性地吸收或反射外界熱輻射和阻止內(nèi)部熱擴(kuò)散。玻璃基板上鍍有若干功能層，上下導(dǎo)電層之間夾有電致變色層、離子導(dǎo)體層和離子儲(chǔ)存層。以國外市場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，只吸收少量的可見光和紅外光。在直流低壓的驅(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%以上的可見光和99%以上的紅外光，從而實(shí)現(xiàn)對可見光和紅外光的調(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)。

懸浮粒子（SPD）技術(shù)，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%以上的可見光。當(dāng)SPD膜被施加110V的交流電壓時(shí)，粒子在電場的作用下發(fā)生取向排列，進(jìn)而光線得以透過。

三、智能玻璃的性能

第一，隱私保護(hù)功能：智能玻璃的最大功用是隱私保護(hù)功能，可以隨時(shí)控制玻璃的透明或者不透明狀態(tài)。

第二，映像功能：智能玻璃還是一款非常優(yōu)秀的投影硬屏，在光線適宜的環(huán)境下，如果選用高流明投影機(jī)，投影成像效果非常清晰出眾（建議選用背投成像方式）。

第三，具備安全玻璃的優(yōu)點(diǎn)，包括破裂后防止碎片飛濺的安全性能，抗擊打強(qiáng)度高。

第四，環(huán)保特性：智能玻璃中間的調(diào)光膜及膠片可以隔熱，阻隔99%以上的紫外線及98%以上的紅外線。屏蔽部分紅外線減少熱輻射及傳遞，而屏蔽紫外線可保護(hù)室內(nèi)的陳設(shè)不因紫外輻照而出現(xiàn)褪色、老化等現(xiàn)象，保護(hù)人員不受紫外線直射，避免患上紫外線直射引起的疾病。

第五，隔音特性：智能玻璃中間的調(diào)光膜及膠片有聲音阻尼作用，可阻隔部分噪音。

四、智能玻璃的應(yīng)用

近年來，隨著能源的緊張，節(jié)能材料的研究和開發(fā)成為人們廣泛關(guān)注的一個(gè)重要問題。智能玻璃可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)太陽能的輸出輸入和可見光譜，還可作為汽車等交通工具的擋風(fēng)玻璃和大面積顯示器，在建筑、運(yùn)輸及電子等工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

（一）住宅應(yīng)用

外部設(shè)置。陽臺(tái)飄窗加增調(diào)光玻璃，可在樓宇林立人皆可窺的較差的私密性方面進(jìn)行革命性的改善。日常情況下，調(diào)節(jié)到透明狀態(tài)，保持透亮采光；隨意狀態(tài)下，為保持安全感，可調(diào)節(jié)到不透明狀態(tài)，卻依然有陽光可親近，一舉兩得。

室內(nèi)空間隔斷。利用調(diào)光玻璃分隔房間，改善空間布局，既能提高光亮調(diào)節(jié)自由度，又能保證不同區(qū)域的私密性，會(huì)得到意想不到的效果。

作為小型家庭影院幕布使用，將幕布、屏風(fēng)有效結(jié)合（原理同商務(wù)投影幕布相同）。

在選用安全電壓的前提下，將調(diào)光玻璃作為浴室、衛(wèi)生間隔斷，不僅使布局敞亮，又能很好地保護(hù)隱私。

（二）商務(wù)應(yīng)用

投影幕布作用。在透明狀態(tài)下可以顯示背景裝飾圖畫，或者作為會(huì)議室的玻璃墻；在不透明狀態(tài)下可替代成像幕布，并具備畫面清晰的特點(diǎn)。這樣一來，就打破了傳統(tǒng)水泥墻面的功能壟斷局面，并且實(shí)現(xiàn)多重作用。

辦公區(qū)域、會(huì)議室、監(jiān)控室隔斷。即使是偌大的辦公區(qū)，被數(shù)面墻體或磨砂玻璃隔斷也會(huì)顯得狹小憋悶，全部采用通透的玻璃設(shè)計(jì)又缺乏商務(wù)保密性。這時(shí)一種可以調(diào)節(jié)透明光度的玻璃就可以解決上述煩惱，監(jiān)控室、會(huì)議室、商務(wù)洽談等辦公區(qū)域可調(diào)節(jié)為全光照透明狀態(tài)，在需要時(shí)，只要輕輕按動(dòng)遙控器，則可讓整個(gè)區(qū)域從周圍人的目光中徹底模糊掉。

（三）車載應(yīng)用

未來車內(nèi)的路線導(dǎo)航、標(biāo)記和信息系統(tǒng)，駕駛員可以直接從擋風(fēng)玻璃上得到，同時(shí)還可以在霧雨天氣里看到1英里以外的景物。目前，向車企提供智能玻璃的業(yè)內(nèi)參與者數(shù)量呈現(xiàn)大幅增長的態(tài)勢。此外，中國、印度等國家的汽車市場潛力巨大，許多智能玻璃制造商正嘗試向這類新興市場拓展。智能玻璃在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用較廣，包括后視鏡、側(cè)視鏡、車頂、風(fēng)擋、背光燈、側(cè)燈。估計(jì)未來智能玻璃將在汽車領(lǐng)域擁有健康增長的潛力。有關(guān)機(jī)構(gòu)估計(jì)，在2018—2028年，車用智能玻璃市場的復(fù)合年增長率（CAGR）將相當(dāng)可觀。

（四）醫(yī)療機(jī)構(gòu)應(yīng)用

智能玻璃可取代窗簾，起到隔斷與隱私保護(hù)的作用，堅(jiān)實(shí)安全，隔音消雜，更有環(huán)保清潔不易污染的好處，為醫(yī)護(hù)工作者和患者除去顧慮和心理壓力。

（五）商品展示及商業(yè)廣告

玻璃展示窗，不透明時(shí)保護(hù)商品或投影廣告；透明時(shí)展示商品，并可設(shè)立時(shí)間互換。可應(yīng)用于商場、銀行、珠寶店及博物館、展覽館的櫥窗。

總之，調(diào)光玻璃的應(yīng)用場所非常廣泛，覆蓋行政辦公、公共服務(wù)、商業(yè)娛樂、家居生活、廣告?zhèn)髅健⒄褂[展示、影像、公共安全等諸多領(lǐng)域，也正契合國家“十三五”節(jié)能減排規(guī)劃。

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速增長，技術(shù)進(jìn)步及市場的成熟，智能玻璃也開始步入各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。相信在不久的將來，這種實(shí)用的高科技產(chǎn)品會(huì)走進(jìn)千家萬戶，讓人們追求的低碳、健康、舒適、便捷的生活方式成為現(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)人類向往的充滿智慧、更加美好、幸福的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。

（作者單位為京東方科技集團(tuán)股份有限公司）