噴塗透明塗層：製造更便宜的智能窗戶

2020-08-07 環球創新智慧

導讀

據澳大利亞皇家墨爾本理工大學官網近日報導，該校研究人員開發出一個製造阻熱且導電的透明塗層的簡單方法，可以大幅消減節能的智能窗戶和隔熱玻璃的成本。

背景

如今，透明電極已廣泛應用於信息顯示、固體照明、太陽能電池、電子皮膚等一系列領域。

噴塗透明塗層：製造更便宜的智能窗戶

含有透明電極的柔性超薄光電子皮膚（圖片來源：東京大學）

透明電極可在單個元件中將玻璃與金屬的最佳特性結合到一起，成為一種允許可見光通過的高度導電的透明塗層。這些塗層是智能窗戶、觸控螢幕顯示器、LED照明以及太陽能面板等一系列技術的關鍵元件。

噴塗透明塗層：製造更便宜的智能窗戶

智能窗戶（圖片來源：勞倫斯伯克利國家實驗室）

然而，目前製造透明電極的標準方案是基於稀有且昂貴的元素銦，以及笨重、緩慢、昂貴的真空沉積法。這使得透明電極成為光電器件生產過程中的一項重要開支。

創新

近日，在《先進材料接口（Advanced Materials Interfaces）》雜誌上發表的一項新研究中，澳大利亞皇家墨爾本理工大學理科學院的研究人員採用便宜許多的材料二氧化錫來製造透明電極，並摻雜了一種特殊的化學物質組合來提升導電性和透明度。

這種超薄透明塗層，比人類頭髮絲細100倍以上，只允許可見光通過，同時阻擋有害的紫外線以及紅外線輻射形式的熱量。不僅超薄，這種噴塗塗層還可以節省成本，性能比得上符合目前工業標準的透明電極。

噴塗透明塗層：製造更便宜的智能窗戶

（圖片來源：皇家墨爾本理工大學）

技術

科學家們採用了一項稱為「超聲噴霧熱解」的工藝來製造光學和電氣品質高、光滑、均勻的塗層。

前體溶液的霧化是採用已商用的技術來實現的，這種技術會創造出一種細膩噴霧，進而形成超小且尺寸均勻的液滴。該溶液噴塗在加熱的支撐層例如玻璃上。

當溶液碰到熱層時，會觸發一個化學反應，將前體分解成一種固體殘渣，以超薄塗層的形式沉積下來。這個反應的所有副產品都以蒸汽的形式消失，留下具有所需成分的純淨塗層。

價值這種新型噴塗方法是快速、可擴展的，並基於較廉價的現成材料。該方法簡化了智能窗戶以及低輻射玻璃的製造。智能窗戶不僅節能而且可調節光線，而低輻射玻璃則是通過為傳統玻璃面板塗上一層特殊塗料來儘量減少紫外線和紅外線。

首席研究員恩裡科·德拉·加斯佩拉（Enrico Della Gaspera）博士表示，這個開拓性的方案可用於大幅消減節能窗戶的成本，並有望使它們成為新建和改建建築的一個標準部分。

皇家墨爾本理工大學高級講師、澳大利亞研究理事會DECRA董事德拉·加斯佩拉表示：「智能窗戶和低輻射玻璃能夠幫助調節建築物內的溫度，帶來重大的環境效益並節約財務成本，但它們仍然很昂貴，並且難以製造。我們渴望展開行業合作，以進一步開發這種創新型塗層。最終的目標是打造使用更廣泛、能源開銷更少，並且降低新建和改建建築碳足跡的智能窗戶。」

這種新方法也可以經過精確優化，來製造為滿足透明電極的許多種不同應用的透明和導電需求而定製的塗層。

市場

智能玻璃和智能窗戶的全球市場規模有望在2022年達到69億美元，同時全球的低輻射玻璃市場估計在2024年將達到394億美元。

紐約帝國大廈表示，在安裝智能玻璃窗之後，節省的能量達240萬美元，減少碳排放達4000公噸。

墨爾本尤裡卡大廈在其「邊緣地帶（Edge）」旅遊景點中使用了智能玻璃。一個玻璃立方體可向建築物外延伸出3米，使遊客停留在城市上空300米處。當立方體從建築物邊緣向外移動時，玻璃是不透明的，而一旦它完全移出建築物，玻璃就變得透明了。

未來

皇家墨爾本理工大學應用化學系博士研究員、論文第一作者金載沅（Jaewon Kim） 表示，這項研究的下一步是開發可在更低溫度下分解的前體，使得塗層可沉積到塑料上並在柔性電子產品中使用，以及通過擴大沉積來生產更大的原型。

他說：「我們使用的這種噴塗機可以被自動控制和編程，所以製造更大的概念驗證型面板將會相對簡單。」

關鍵詞

智能窗戶、透明電極、噴塗

參考資料

【1】Jaewon Kim, Billy J. Murdoch, James G. Partridge, Kaijian Xing, Dong‐Chen Qi, Josh Lipton‐Duffin, Christopher F. McConville, Joel Embden, Enrico Della Gaspera. Ultrasonic Spray Pyrolysis of Antimony‐Doped Tin Oxide Transparent Conductive Coatings. Advanced Materials Interfaces, 2020; 2000655 DOI: 10.1002/admi.202000655

【2】https://www.rmit.edu.au/news/all-news/2020/aug/smart-windows

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