变色玻璃

用于建筑窗户的材料在建筑中扮演着重要的角色，它非常大地影响了人们的感官和室内居住的舒适度。建筑的窗户实际上是一个综合系统，它不仅影响着能量和物质的流动，而且能根据环境的变化改变自身的通透性，达到节能美观的目的。自从2000年初次应用，相关的变色玻璃技术展示了非常大的优势，因此被广泛应用于新型节能建筑中。并且由于减少了窗户附近能引起人们的不适的反射眩光，这种变色玻璃受到越来越多人们的接受认可。通常来说，一般的窗户玻璃具有透射可见光，反射红外光的特性，这种特性就使得冬季阳光能透过玻璃窗使室内温暖，而夏季可见光透过窗户使室内温度过高，在室内必须采用电扇空调等降温措施，使能耗增加。变色玻璃受到外界环境的变化，改变玻璃的颜色透光率，从而环保节能。变色玻璃根据变色原理可以分为，电致变色玻璃，光致变色玻璃，气致变色玻璃，热致变色玻璃等，可以不同程度的改变玻璃的透光性，实现对太阳光的调节。

变色玻璃的分类

电致变色玻璃电致变色材料由于受到外部电流发生反应，发生氧化还原反应，不同的状态具有不同的颜色，能够自主的可逆的改变材料的颜色，因此这些显色材料可以根据使用者的需要，改变材料的对太阳光的光学特性和吸附特性。电致变色器件一般由电致变色材料层，电解液，离子储存层和透明的导电电较组成，当加上电压时透明变色材料变色，当加上反向电压时材料又变回透明。无机变色材料在市场中应用十分广泛，表1中列举了常见的无机变色材料以及对应的还原态和氧化态颜色，以WO3为电致变色材料的器件已经实现了产业化。

表1各种电致无机变色材料

光致变色玻璃

光致变色玻璃是指在一束太阳光的照射下自动吸收太阳光而发生变色，在另一束光或热照射后又恢复为原来状态的一种玻璃，它的基本原理是化合物A在吸收光子后转变为化合物B，两种物质的吸收光谱或者折射率发生明显变化，银卤化物光致变色玻璃的基本组成是卤化银，沙，氧化硼，物质材料和少量的铜。铜主要作为增敏剂，增加暗敏感程度，通过标准加工工艺获得玻璃。

气致变色玻璃

在所有新兴的动态玻璃技术中，除了电致变色玻璃技术外，在某些产品中气致变色玻璃也已经较为成熟。相比电致变色玻璃器件，气致变色玻璃具有制作工艺简单，转变速度快，制作成本低廉等优点。气致变色玻璃是通过将一个气体敏感层暴露在稀释的氢或氧气中而达到的，气色层是由薄而多孔的WO3薄膜覆盖于铂或钯上(薄膜厚度小于1um)增强H2的解离，暴露于多孔WO3薄膜中的氢会经过化学还原而使玻璃暗化，当氧气被引入的时候氢会被转化为水，再次变为透明。正常情况下，WO3是透明态的，但是暴露在H2中导致其变为HWOx，显示的颜色为深蓝色，氢气的浓度越高颜色越深，具有更强的红外过滤效果，更高转变速率。

热致变色玻璃热致变色玻璃主要的一部分是热致变色材料，热致变色材料会随着温度的变化改变颜色。如下图1所示，热致变色材料能够通过改变玻璃的透过和反射性能，减少不必要的太阳能的得进而减少建筑的能源消耗。

图1热致变色玻璃的连续变色现象

相比较而言，几乎所有的无机材料都具有随温度变化改变颜色的能力，这些材料在不同温度下的电子性能造成了这种热致变色效果。

表2热致变色材料

变色玻璃有多种多样的用途，在航空航天，汽车，显示器，建筑窗户等多个方面应用，变色玻璃的包含范围广泛，研究人员在不断的探索新的变色玻璃体系，创变新产工艺。就目前而言，电致变色玻璃，光致变色玻璃，气致变色玻璃，热致变色玻璃他们各自仍然存在自身的局限。对于电致变色玻璃而言，电致变色玻璃大多是“三明治”结构的器件，制作起来工艺较为复杂，原材料较为昂贵，造成电致玻璃器件生产成本较高。此外，电致变色材料做建筑物玻璃的话，环境使用温度约为10~40℃，而目前的电致变色器件在高温或低温下的循环寿命都欠佳。光致变色玻璃的明暗度和褪色速度是光致变色玻璃使用过程中非常重要的两个性质，除了与玻璃的制作工艺相关外，还与工作环境密切相关，如同样的光照辐射下，光致变色玻璃冬天低温时比夏天高温时变暗时显得更深，同时褪色速度相比夏天慢一些，在温度过高时甚至不变色，温度过低时不褪色，降低光致变色玻璃对温度的依赖性也是一个重要的研究方向。气致变色玻璃的变色器件结构相对简单，但时生产成本较高，想要将其大规模的应用首先需要从制备简单，成本低廉两者入手，如何才能制备出高性能，廉价的气致变色器件才能够具有广泛的应用前景。热致变色玻璃材料通常都有一个变色温度，在变色温度的上下显示出不同的光学性质，应用与智能窗中，变色温度需要在室温附近，因此选择合适的热致变色材料，研发低温变色玻璃，具有深远意义。