可开关控制的调光汽车玻璃

一线天

在过去的20年里，小汽车上玻璃的面积以每年4%的速度递增。这样，能在炎热天气里减少进入汽车中的太阳能“光能控制”玻璃应运而生，其中包括红外线反射镀膜玻璃和可用浮去法生产的红外线吸收（吸热）着色玻璃。它们的庶热效率在43—47%之间，因此降低了暴露在直射阳光下的汽车内表面温度。例如，吸热的蓝色和绿色玻璃与标准无色和普通绿色玻璃相比，玻璃内表面比外表面分别低20℃和12℃，面对相同条件下的热反射玻璃分别低25℃和15—17℃。然面，热反射和吸热玻璃使车内温度分别降低5℃和2℃。虽然这样的温度降是很显著的，但仍未达到使乘员感到温度适宜的程度。由此，人们又把目光投向了其他新型玻璃上。光电池车篷玻璃可以将太阳能转化为电能带动一个换气扇，但这种玻璃除成本过高外，要达到工业化生产水平还有许多技术难关须攻克。
　　可开关控制的调光玻璃变被动为主动，根据外部条件的变化用手动或自动方式使其透明度发生变化，有效地降低了能量透射率至5%。这样，安装一较小功率的空调即可满足要求，空调费用的降低同时弥补了玻璃成本的提高，这是小城镇汽车也可接受的，从而拓宽了该玻璃的应用前景。在得到可开关控制玻璃的诸多方法中，目前看来，仅有两种技术——电致变色技术（EC）和液晶显示技术（LC）可工业化生产出多层或双层璃窗。这两种技术的况争不仅表现在成本上，还表现在生产工艺和应用技术上，以人机控制为基础的电子学也在考虑之列。现分述如下：
　　1、  电致变技术
　　电致变色的本质在于有机溶液（液态核）的氧化还原反应，或带有固态、胶态或聚合物电解质层的全固体阳极/阴极核的氧化还原反应。电致变色层通常是氧化钨，着色离子可以是H或Li。两个电极一般是透过率Ｔ≥８５％的透明ITO镀膜玻璃板。着色电压为1.5伏，脱色反向电压约1.3伏。开关时间主要决定于窗的大小和电极的电阻。对10Ω/口的ITO电极，一块4×㎝2的要120秒才降到30%。一经变色将长久保持，直到外加反向阳花电压为止，其记忆力也依赖于着色程度，如变暗至T=5%的玻璃在开路6小时后透过率仍小于15%。在同样的电压作用下，变色响应时间会在户外多次周期循环使用风化而变长，其中部分原因是发生在氧化钨层的光致变色效应。
　　电致变色技术己用于工业化生产电致变色、防眩目的汽车后视镜，它主要是液态形式。最近，对大尺寸产品彩用了全固态溅射层。在车讯窗方面以往的浓度仅限于车顶篷和飞机风档样品上，居高不下的成本和难以在弯型玻璃的面积和提高耐外部侵蚀的化学稳定性也影响该技术在汽车及建筑领域的应用。到目前为止，电致变色技术是太阳能控制的最佳方法。能够吸收（最好是反射）所有红外线，太阳能透过率可降法5%，而脱色状态光透过率大于70%。相对较长的开关时间，例如对大面积玻璃要几分种，并不能限制通控玻璃的应用。快速开关是开发防眩目反射镜遇到的难题，因为其反射性能必须随外部环境的光线而几科同步地变化，这种外部光线变化包括夜间驾驶时驶近的汽车的灯泡强度变化。以上述及的种种限制，使研究人员将精力集中于液晶技术的开发上，玻璃制造者不得不从液晶技术中吸取经验来改善电致变技术。
　　2．  液晶技术
　　用于夹层玻璃的液晶材料种类很多。在过去的10年里，在抗眩目后视镜方面应用了弯曲向列和“主宾”分子液晶。但这两种材料不适于大面积玻璃，为此开发出了另外两种向列液晶柔性膜，液晶膜夹在两片夹层中间膜（PVB或PU）间，然后再制成夹层玻璃。其中一种是Taliq的专利（US4765719）产品，名为NCAP（向列曲线均衡聚合物），它由包胶液晶颗粒组成，该种颗粒在含有胶体聚合物微粒的混合物中经乳化后外部形成胶壳。在一片导电基片上施面乳化剂，干燥后再与另一片导电基片合在一起就制成了柔性膜。这两片均无双折射，一般为金属化聚合物PET膜。表面电阻约100Ω/口，透光率大于80%。另一种液晶柔性膜是国立Kent大学的专利产品，名为  PDLC（聚合物分散液晶）。液晶作为乳化液混合在热固性聚合物、热塑性熔体或溶液中，在聚合物养护、冷却或溶剂蒸发过程中形成液晶颗粒。交液晶聚合物乳液、熔体或蒸发的液体施于一片导电膜合片制成柔性膜。导电膜的表面电阴为80Ω/口，透光率大于85%。
　　柔性液晶膜及其夹层玻璃的操作性能依赖于液晶种类、聚合物和中工工艺。 NCAP或PDLC板均为50-100伏的交变电压（正弦波或矩形波）所驱动。柔性液晶膜总厚度为0.5-0.7mm，液晶聚合物分散层约10-20µm。响应时间与温度有关，室温下为1-100m/s。耗电量与聚合物基质有关，用热塑性材料，如聚甲基丙烯酸甲酯仅为数个µm/cm2。用环氧树脂则有数个mW/cm2的耗电量。
　　用液晶板制作通用型汽车窗仍存在一些缺陷。因为液晶颗粒与聚合物基质间的折射率区配是依观察角度面变化的，因而玻璃窗的透明度也是依角度而变的；使用温度最高限是70℃；在前风档上缺乏美感；若发生供电故障，不透明玻璃就不会复明。
　　可用开关控制的太阳能控制玻璃为减少进入汽车内的太阳能开辟了新路，意大利菲亚特汽车公司的有关部门（Centro Ricerche Fiat）通过近5年的研究，用PDLC柔性膜制成的液晶玻璃已应用于风挡、后窗和车蓬上。可用开关控制的太阳能控制玻璃会大规模应用汽车领域。