第116期:玻璃也智能——變色玻璃中的黑科技

2020-12-16 騰訊網

導語

這年頭，啥東西都講究一個智能，智慧型手機、智能電視、智能手錶、智能音箱等等已經走入千家萬戶，就連玻璃都開始走向智能了。本期專欄，我們就來聊一聊可以變色的智能玻璃。

變色玻璃是指在一定的條件下（比如光照、溫度、電場、表面施加壓力等）會改變顏色的玻璃，而且當這些施加的條件消失後又能恢復到初始狀態，也就是變色是可逆的。根據變色原理的不同，可以分為光致變色玻璃、熱致變色玻璃、電致變色玻璃和力致變色玻璃等，其中最常見的就是光致變色玻璃和電致變色玻璃了。

光致變色玻璃

光致變色玻璃是在玻璃原料中加入特殊的感光材料製作而成，最常見的是使用滷化銀。滷化銀本身是無色的，但是在遇到陽光照射時不穩定，容易分解成為銀原子和滷素原子，銀原子聚集在一起形成膠體，這種膠體銀對光有很強的吸收能力，玻璃顏色因此會變暗。當去除陽光照射後，銀原子和滷素原子又會重新反應結合成無色的滷化銀，玻璃又會恢復透明。

光致變色玻璃最成功的應用就是眼鏡片了，在室內的時候就是正常的眼鏡，而到了室外又可以變為墨鏡使用。這種玻璃大家應該不是很陌生，相信大家身邊多多少少都有戴變色眼鏡的小夥伴，室外照大合影的時候那絕對是人群中最靚的仔。

電致變色玻璃

坐過波音787的朋友（尤其是跟學姐一樣喜歡坐窗戶邊的朋友）可能會注意到，它的窗戶十分特殊，沒有遮光板，取而代之的是一個可以調節窗戶顏色和明暗的按鈕,共有5種不同的狀態。乘客可以根據需要調亮或調暗玻璃，當然特殊情況下，機長也可以統一控制窗戶的顏色。

▲波音787沒有遮光板的窗戶和調光按鈕

▲不同顏色的窗戶

這是怎麼做到的呢？顯然上述的光致變色玻璃已經不能滿足需求了，畢竟外界光照條件是人為控制不了的，光致變色玻璃的明暗也就自然無法隨心所欲。波音787所用的玻璃是一種可以通過用電來控制玻璃顏色明暗的玻璃，叫做電致變色玻璃。

電致變色玻璃是在兩層玻璃基層中間加上導電介質，通過外加電場或電流來改變中間介質的顏色和透明度，從而改變玻璃的顏色狀態。電致變色玻璃通常由如下圖所示的幾層結構組成。

透明導電層——是一層導電薄膜，具有很高的光通過率和電導率。普通玻璃本身是不能導電，加上兩層透明導電層之後，便可以形成導電玻璃，透明導電層的好壞直接影響著電致變色玻璃的性能。

電致變色層——是電子和離子的混合導體，是電致變色玻璃的核心部分，在電場作用下可以發生顏色改變。需要有較大的色光調節範圍、較好的循環穩定性和較短的響應時間。

電解質層——用於傳導變色反應過程中所需的離子。需要有高的離子透過率、低的電子透過率，目的是儘可能的只讓離子通過，而阻攔電子通過。

離子存儲層——也是電子和離子的混合導體，用於提供和儲存變色所需要的離子，一般使用可逆的氧化還原物質。

了解了它的結構，那麼具體原理是怎樣的呢？玻璃的導電層加上電壓之後，離子存儲層內的離子通過電解質層，進入電致變色層，與電致變色層的物質結合發生化學反應，使玻璃呈現特定的顏色。電壓的大小會影響進入電致變色層離子的多少，通過控制電壓的大小就可以實現對顏色深淺的調節。斷電後，離子從電致變色層通過電解質層又回到離子存儲層，玻璃又恢復到初始的狀態。

是不是很神奇？有了電致變色玻璃，即便是在白天，把窗戶調至最暗的顏色，便可營造夜晚的氛圍，仿佛深邃的夜空就在身旁，讓你即刻入眠。喜歡看風景的朋友，把窗戶調至不同的顏色，也會有驚喜哦。有了這款變色玻璃，遮光、看風景兩不誤！

▲自然光和偏暗光下的窗外

▲自然光和偏暗光下的風景

▲自然光和偏暗光下的日落

想像一下，未來將電致變色玻璃用在汽車上，就再也不用去貼膜了；用在家裡的窗戶上，好像也就沒有窗簾什麼事兒了，窗簾也將面臨被取代的風險。要說這種玻璃的缺點，那大概就是貴了！

電控霧化玻璃

提到電致變色玻璃，就不得不提另一種也是通過電來改變狀態的玻璃：通過一個開關按鈕即可控制玻璃變成霧化或者透明兩種狀態，我們把它叫做電控霧化玻璃。

這又是什麼原理呢？

電控霧化玻璃是在兩層玻璃中間有一層調光膜，調光膜中有液晶物質。在自然狀態下，液晶分子無規則排列，光線被液晶分子散射到各個方向，使玻璃呈現霧化狀態；通電時，液晶分子變為有規則定向排列，使光線能夠可以正常通過，從而呈現透明狀態。

無論是在酒店還是家裡的淋浴間，這種玻璃都十分實用，霧化狀態在使用時可以保護個人隱私，透明狀態又可以使空間更敞亮。有朋友可能要擔心了，電控霧化玻璃用在浴室或衛生間，萬一停電了怎麼辦？玻璃變透明了豈不是很尷尬？有這種擔憂的朋友，學姐不得不批評你，沒有認真看文章。這種玻璃在通電時才透明，斷電時是霧化狀態，所以完全不用擔心。只要別把控制開關的按鈕放在外面，你就是安全的。

當然，電控霧化玻璃也可以用在家裡的各種窗戶上，這樣窗簾又可以下崗了。不禁感慨，真是科技改變生活啊!

（本文部分圖片來自網絡，如有版權問題，請與我們聯繫）

參考文獻：

[1].電致變色玻璃的結構及組成[J].江蘇建材,2019(04):81.

[2]宋宇,童帥.電致變色玻璃研究及應用[J].玻璃,2014,41(12):40-43.

[3]徐美君. 光致變色玻璃原理及應用[N]. 中國建材報,2013-09-02(003).

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