EC電致變色玻璃材料.doc

EC電致變色玻璃目錄第一章總論1一、項(xiàng)目概況1二、項(xiàng)目提出的過程與理由2三、報(bào)告編制依據(jù)3第二章項(xiàng)目建設(shè)背景及必要性5一、福建省實(shí)施新材料產(chǎn)業(yè)振興計(jì)劃5二、ITO透明導(dǎo)電膜玻璃概況8三、項(xiàng)目提出的外部環(huán)境簡述12四、項(xiàng)目建設(shè)必要性14第三章市場分析及建設(shè)內(nèi)容18一、市場環(huán)境分析18二、建設(shè)內(nèi)容與規(guī)模21第四章生產(chǎn)技術(shù)及產(chǎn)品方案22一、產(chǎn)品方案22二、生產(chǎn)技術(shù)方案22三、生產(chǎn)設(shè)備及原材料24四、目標(biāo)市場及營銷策略27第五章選址與建設(shè)條件29一、項(xiàng)目選址29二、建設(shè)條件分析29三、建設(shè)場址適宜性評價(jià)32第六章建設(shè)方案34一、總平面布置34二、建筑結(jié)構(gòu)方案34三、給排水方案35四、供電方案36五、消防方案38六、綠化方案38第七章節(jié)能措施39一、節(jié)能設(shè)計(jì)依據(jù)39二、節(jié)能措施39三、節(jié)能效果評價(jià)41第八章環(huán)境保護(hù)與綜合利用42一、環(huán)境資源利用和保護(hù)原則42二、主要污染源及治理措施42三、環(huán)境影響評價(jià)44第九章組織機(jī)構(gòu)與人力資源配置45一、組織機(jī)構(gòu)45二、勞動(dòng)定員46三、生產(chǎn)管理制度46第十章項(xiàng)目進(jìn)度安排48一、項(xiàng)目建設(shè)周期48二、項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度安排48第十一章投資估算及資金籌措49一、估算依據(jù)49二、投資估算49三、資金籌措51第十二章效益分析及評價(jià)52一、經(jīng)濟(jì)評價(jià)52二、社會(huì)評價(jià)53三、風(fēng)險(xiǎn)分析54第十三章結(jié)論及建議57附圖：30第一章總論一、EC電致變色玻璃概述EC電致變色玻璃(Electrochromism, EC)是一種新型的功能玻璃,具有玻璃行業(yè)發(fā)展終極目標(biāo)“環(huán)保、節(jié)能、高效”特性，目前正處于成長期向高速成長期發(fā)展階段。電致變色是指材料的光學(xué)屬性（反射率、透過率、吸收率等）在外加電場的作用下發(fā)生穩(wěn)定、可逆的顏色變化的現(xiàn)象，在外觀上表現(xiàn)為顏色和透明度的可逆變化。具有電致變色性能的材料稱為電致變色材料，在節(jié)能、軍用偽裝設(shè)備、電致變色顯示器、傳感器和分析領(lǐng)域、光閘或光調(diào)制器等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。電致變色材料作為一種智能化材料，是我國的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，智能材料是繼天然材料、合成高分子材料、人工設(shè)計(jì)材料之后的第四代材料，是現(xiàn)代高技術(shù)新材料發(fā)展的重要方向之一，將支撐未來高技術(shù)的發(fā)展，使傳統(tǒng)意義下的功能材料和結(jié)構(gòu)材料之間的界線逐漸消失，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能化、功能多樣化?？茖W(xué)家預(yù)言，智能材料的研制和大規(guī)模應(yīng)用將導(dǎo)致材料科學(xué)發(fā)展的重大革命。國內(nèi)企業(yè)將來在電致變色材料領(lǐng)域?qū)⒋笥锌蔀?。一方面，可以更好的了解國?nèi)市場及消費(fèi)者的需求，從而開發(fā)市場需求巨大的電致變色產(chǎn)品。另一方面，以此為契機(jī)開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電致變色材料，在與國外同行競爭中也立于不敗之地。中國的電致變色行業(yè)如果能充分運(yùn)用現(xiàn)有的各種資源和條件，定位于世界領(lǐng)先技術(shù)和產(chǎn)品研究與生產(chǎn)，將有望成為世界范圍內(nèi)電致變色材料領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)軍者。因此，國內(nèi)電致變色材料的發(fā)展，我司意向與各高校及研究單位進(jìn)行合作，來帶動(dòng)巨大的電致玻璃消費(fèi)市場。二、EC電致變色玻璃市場調(diào)研電致變色器件具有雙穩(wěn)態(tài)、無視盲角、對比度高、制造成本低、工作溫度范圍寬、驅(qū)動(dòng)電壓低、色彩豐富等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于軍用偽裝設(shè)備、電致變色智能窗、汽車自動(dòng)防眩目后視鏡、電致變色眼鏡、護(hù)目鏡、智能卡、智能標(biāo)簽、儀表顯示、戶外廣告等領(lǐng)域。1、電致變色玻璃在智能建筑應(yīng)用：據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前我國建筑物的能耗約占社會(huì)總能耗的28%，在已有440億平方米的建筑物中，超過85%以上使用的是保溫、隔熱性能差，能耗很高的普通玻璃，平均傳熱系數(shù)為3.5 W/（m2K），使得我國的平均建筑能耗是發(fā)達(dá)國家的3倍以上。在能源危機(jī)下, 能夠根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)地控制穿透窗戶的能量的智能玻璃是新一代的節(jié)能窗口材料。目前用于生產(chǎn)上述玻璃的技術(shù)主要包括光致變色玻璃技術(shù)、熱致變色玻璃技術(shù)、電致變色玻璃技術(shù)等。其中前兩種技術(shù)主要利用材料對光和熱的敏感度而變色來實(shí)現(xiàn)對光線的動(dòng)態(tài)控制，由于受外界環(huán)境影響，仍屬被動(dòng)控制技術(shù)，不能完全按人類需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)節(jié)光線，目前均處在正處于試驗(yàn)階段，還沒有投入商業(yè)應(yīng)用。而電致變色玻璃技術(shù)利用外加電場使材料變色，從而達(dá)到對光線和太陽輻射熱量的主動(dòng)動(dòng)態(tài)控制，電致變色玻璃在電場作用下具有光吸收透過的可調(diào)節(jié)性，可以有效的控制外界的熱輻射和內(nèi)部的熱擴(kuò)散，減少建筑為保持室內(nèi)溫度必須消耗的大量能源，是一種節(jié)能的建筑功能材料，已用于窗戶的開發(fā)和工程示范，是目前最有前途的致變窗戶技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景與市場潛力。智能建筑是集現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)之大成的產(chǎn)物，其技術(shù)基礎(chǔ)主要由現(xiàn)代建筑技術(shù)、現(xiàn)代電腦技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)所組成，從而為用戶提供一個(gè)高效、舒適、便利的人性化建筑環(huán)境。電致變色玻璃可以通過電流的大小調(diào)節(jié)光線、溫度，使室內(nèi)光線柔和，舒適怡人，又不失透光的作用；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，同時(shí)起到改善自然光照程度、防窺的目的，解決現(xiàn)代不斷惡化的城市光污染問題。有以下幾方面應(yīng)用：1）投影幕布作用。即透明狀態(tài)下可以顯示背景裝飾圖畫，或者作為會(huì)議室的玻璃墻。不透明狀態(tài)下可替代成像幕布，并更具畫面清晰的特點(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，如圖5（a）。2）室內(nèi)空間隔斷。利用電致變色玻璃分隔房間，改替空間布局，增加光亮調(diào)節(jié)自由度，會(huì)得到意想不到的效果，如圖5（b）。3）商場銀行防盜應(yīng)用。將電致變色玻璃應(yīng)用于銀行珠寶及博物館、展覽業(yè)的柜臺(tái)防彈玻璃及展柜玻璃中，正常營業(yè)應(yīng)用時(shí)保持透明狀態(tài)一旦遇到突發(fā)情況，則可利用遠(yuǎn)程遙控，瞬間達(dá)到模糊狀態(tài)，使犯罪分子失去目標(biāo)，可以最大程度保證人身及財(cái)產(chǎn)安全。(a) (b) 圖5 電致變色玻璃應(yīng)用于智能建筑4）建筑智能窗應(yīng)用現(xiàn)代建筑物為了采光和美觀的需要，往往采用大面積的玻璃幕墻。但由此導(dǎo)致夏季室內(nèi)的熱積聚和冬天室內(nèi)的熱散失又給空調(diào)造成很大負(fù)荷，造成能耗嚴(yán)重的問題。以電致變色材料為核心的智能窗（SW）是新一代節(jié)能材料，不僅可以動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)太陽能的輸出或輸入和可見光譜，還可以自動(dòng)調(diào)控顏色、調(diào)光和調(diào)溫，具有高效、低能耗、綠色環(huán)保、智能化的特點(diǎn)，大大減少了建筑物的能量負(fù)荷，符合當(dāng)前節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求。目前，美國等已經(jīng)對電致變色器件的節(jié)能效果展開評價(jià)，結(jié)果顯示利用這種裝置可以節(jié)約44%59%能源。隨著人民生活水平的不斷提高，人們對辦公環(huán)境和其他公共環(huán)境的要求也越來越高，建筑物的窗戶一般都配上各種各樣的窗簾。而電致變色玻璃實(shí)際上相當(dāng)于帶有可調(diào)窗簾的玻璃，由于具有可調(diào)性，電致變色玻璃還用于需要保密或隱私防護(hù)的建筑場所，由其制成的窗玻璃相當(dāng)于有電控裝置的窗簾一樣方便自如。圖3為某大廈內(nèi)部的電致變色智能窗，圖4(a)為著色態(tài)，圖4(b)為褪色態(tài)。當(dāng)外界太陽光較強(qiáng)烈、輻射較大時(shí)，則讓窗戶處于著色狀態(tài)，而當(dāng)外界太陽光比較弱或是陰天時(shí)，則讓窗戶處于褪色狀態(tài)，從而減少室內(nèi)溫控系統(tǒng)所消耗的能量，可以說智能窗是一個(gè)無源的超級太陽能空調(diào)。(b) 褪色態(tài)(a) 著色態(tài) 圖4 電致變色玻璃應(yīng)用于建筑外墻電致變色玻璃在建筑中的應(yīng)用有著非常廣闊的前景，具有節(jié)能、主動(dòng)可控、無污染、智能化等特點(diǎn)，符合當(dāng)前節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求。經(jīng)過幾十年的技術(shù)積累，歐美主要先進(jìn)國家已基本實(shí)現(xiàn)了大面積電致變色玻璃技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，我國實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程方面還比較落后。2、電致變色玻璃在智能窗應(yīng)用：未來窗概念多功能的“圍護(hù)設(shè)備”。n 致變窗戶和遮陽系統(tǒng)，例如電動(dòng)遮陽系統(tǒng)、電致變色或氣致變色窗戶以及雙層窗-墻體系統(tǒng)，這些系統(tǒng)中窗戶的光學(xué)和熱工性能可隨氣候特征、使用者的偏好和建筑系統(tǒng)要求不同而變化。n 調(diào)控照明和空調(diào)制冷，智能窗戶可以降低電力負(fù)荷峰值達(dá)20%30%，增加采光并提高居住舒適度以及居住者的工作效率。n 致變窗戶被動(dòng)式和主動(dòng)式n 被動(dòng)式致變窗戶能夠?qū)我画h(huán)境變量發(fā)生響應(yīng)，例如光照水平和溫度n 主動(dòng)式致變窗戶可以響應(yīng)任何控制變量， 例如居住者的喜好或采暖和制冷系統(tǒng)的要求。n 被動(dòng)式致變主要有光致變色和熱致變色；主動(dòng)式致變元件包括液晶元件、懸浮顆粒和電致變色。n Stadt Sparkasse儲(chǔ)蓄銀行為德國德累斯頓的一座新建筑物。這座大樓擁有歐洲第一面用電致變色玻璃制成的可控制外墻。n 倫敦新地標(biāo)：瑞士再保險(xiǎn)大樓n 法拉利Superamerica 575M跑車的擋風(fēng)玻璃和頂棚玻璃首先采用了電致變色技術(shù)。PPG Aerospace公司展示了波音787飛機(jī)上使用的該公司的電致變色窗技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)能夠使乘客通過觸動(dòng)按鈕變暗或弄亮他們跟前的窗口，從而獲得舒服的旅行體驗(yàn)。電致變色玻璃窗可以讓乘客調(diào)整由暗到亮五個(gè)不同級別的光度。 PPG Aerospace公司副總裁David Morris說：“乘客將能夠控制進(jìn)入機(jī)艙的太陽能熱量，為了更舒服乘客可以減少機(jī)艙內(nèi)太陽光以及熱發(fā)散量，同時(shí)還可以減輕加熱以及空調(diào)系統(tǒng)的壓力。由于不再有窗影產(chǎn)生，飛機(jī)內(nèi)部空間也將更加吸引人?！彪娭伦兩翱赏ㄟ^減少室內(nèi)得熱量節(jié)約19%26%的峰值負(fù)荷/年，節(jié)約4867%的白天照明能耗。3、電致變色在汽車后視鏡應(yīng)用：電致變色汽車后視鏡是在反射模式下運(yùn)行的，可通過感應(yīng)光線變化獲得指令使車用后視鏡鏡片瞬間實(shí)現(xiàn)反射率下降，從而達(dá)到防眩光的目的；最暢銷的電致變色鏡是金泰克斯 （Gentex）公司夜視系統(tǒng)，占電致變色后視鏡總市場的90%95%。德國肖特（Schott）公司采用WO3和NiO作為電致變色材料的全固態(tài)鏡可用于貨車和卡車?，F(xiàn)在大多數(shù)豪華車都采用了電致變色鏡，如奧迪、賓利、寶馬、大宇、戴姆勒-克萊斯勒、菲亞特、福特、現(xiàn)代、英菲尼迪、 起亞汽車、雷克薩斯、三菱、歐寶、保時(shí)捷、勞斯萊斯和豐田等。Gesheva公司等開發(fā)了一種可以反射X射線的電致變色鏡，采用沉積在二氧化硅（SiO2)表面的WO3、三氧化鉬(MoO3)或混合的鎢-鉬氧化物薄膜，通過電致變色來調(diào)節(jié)SiO2對X射線的反射率。 4. 電致變色在太陽鏡和護(hù)目鏡應(yīng)用：電致變色太陽鏡在透射態(tài)工作，但是其產(chǎn)品看起來是黑色的。一般的太陽鏡片對紫外線敏感，遇到強(qiáng)光時(shí)，鏡片顏色會(huì)自動(dòng)變暗。但鏡片顏色根據(jù)光線強(qiáng)度自行調(diào)節(jié)的速度太慢，需要3060s，恢復(fù)透明約需20min。而電致變色鏡片顏色變暗只需9s，恢復(fù)透明只需4s。使用者只須按下裝在眼鏡框兩邊的微型按鈕，就能使鏡片按需要調(diào)節(jié)光的強(qiáng)度：右邊按鈕能使鏡片顏色變暗，左邊按鈕能使鏡片恢復(fù)透明。電致變色太陽鏡鏡片可以分別呈現(xiàn)紅色、綠色、藍(lán)色或者透明等多種顏色，濾光效果達(dá)55%95%，佩戴者根據(jù)實(shí)際需要或者個(gè)人喜好瞬間即可轉(zhuǎn)換鏡片的色彩。5.電致變色在光調(diào)制器和光閘應(yīng)用：除了顯示器和窗戶，電致變色系統(tǒng)也可作為光閘或光調(diào)制器。它是安裝在激光發(fā)射器前端，可以起到一個(gè)永久過濾器的作用，電致變色體系在褪色態(tài)和著色態(tài)間迅速切換，便可以過濾或補(bǔ)增一切特定波長的激光。6. 電致變色在電致變色紙應(yīng)用：最初的電致變色紙是將電致變色材料嵌入到特定紙張內(nèi)，在著色態(tài)和透過態(tài)間切換從而可以使紙張重復(fù)使用。1989年，Rosseinsky和Monk7用伏安法研究浸漬有染料（普魯士藍(lán)和紫精）和足夠濃度的離子電解質(zhì)的紙張，電致變色過程在紙張內(nèi)部產(chǎn)生。NTera已經(jīng)開發(fā)出一種稱為“電致變色紙張”的產(chǎn)品，這是一款基于紫精化合物的顯示器件。2011年，理光（Rioch）集團(tuán)發(fā)布了實(shí)現(xiàn)64灰階全彩顯示的電致變色顯示器，元件構(gòu)造為黃色、藍(lán)綠色、深紅色3原色電致變色層縱向?qū)盈B成3層，背板采用的是低溫多晶硅（LPTS）TFT，面板尺寸為對角3.5in.，像素為240320，寫入也比較順暢，幾秒左右擦寫一次畫面，在目前發(fā)布的彩色電子紙中實(shí)現(xiàn)了非常自然的顏色。2013年Rioch公司展示了基于電致變色技術(shù)的3.5英寸全彩電子紙（見圖5）。圖5 Ricoh公司電致變色紙7.電致變色在傳感器和分析領(lǐng)域應(yīng)用：利用電致變色材料的特性可以分析特定的物質(zhì)，基于四氧化三鈷（Co3O4）制成了傳感器，傳感器有電極層、電致變色層和磷酸根離子，其中Co3O4薄層的透射率變化范圍在550800nm之間。8、電致變色在其它領(lǐng)域應(yīng)用：電致變色還可用于現(xiàn)金點(diǎn)鈔機(jī)、信用卡、優(yōu)惠券、門票等。四、國內(nèi)外市場情況及存在問題現(xiàn)在，有哪些家企業(yè)可以制造電致變色玻璃？電致變色技術(shù)壁壘較高，尤其是全固態(tài)電致變色玻璃，在全固態(tài)電致變色玻璃領(lǐng)域，能夠真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的只有美國的Sage Glass和View二家企業(yè)。Sage Glass成立于1989年，經(jīng)過14年的研發(fā)，2003年才實(shí)現(xiàn)第一個(gè)電致變色智能窗產(chǎn)品，開始在建筑物上的實(shí)際應(yīng)用，2012年被法國圣戈班收入麾下，是目前全球電致變色玻璃產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展最快的企業(yè)。View成立于2006年，直到2010年才開始有小批量產(chǎn)出，2012 年底開始小批量生產(chǎn)大面積電致變色玻璃并進(jìn)行了商業(yè)化應(yīng)用。法國圣戈班（Saint-Gobain）集團(tuán)是國外主要的電致變色器件生產(chǎn)商之一；美國的鏡泰Gentex公司是世界最大的電致變色后視鏡生廠商；Gentex公司的自動(dòng)調(diào)光后視鏡已安裝在了世界各地超過220多款車型中，汽車后視鏡產(chǎn)品銷售占到了本公司收入約96%；創(chuàng)建于1989年的美國薩格（Sage）公司，一直致力于研發(fā)和生產(chǎn)持久、穩(wěn)定、高性能的節(jié)能型建筑物電致變色玻璃。珠海凱為光電科技有限公司主要從事電致變色材料、電致變色器件、電致變色產(chǎn)品及相關(guān)配件的技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究等；常州雅譜智能變色光學(xué)器件有限公司致力于智能變色材料、智能變色技術(shù)研發(fā)，已經(jīng)建成了世界上第一條新型智能材料和器件的生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)“擋光不擋路，白天防烈日，晚上防大燈”的汽車用全天候多功能前視防眩光鏡、后視防眩光鏡及變色眼鏡。在中國，很多高校、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)都有涉足電致變色智能玻璃領(lǐng)域的研究與產(chǎn)業(yè)化探索。目前，國內(nèi)尚無一家大規(guī)模生產(chǎn)制造全固態(tài)電致變色智能玻璃的企業(yè)，在技術(shù)、材料、工藝和裝備方面，位于浙江的上方電子裝備則做到了國內(nèi)領(lǐng)先，在2014年底研制成功中國第一塊全固態(tài)電致變色智能玻璃樣品，又在2015年率先在G5代生產(chǎn)線上完成了中試技術(shù)集成和小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)。相對于國外的同類企業(yè)，國內(nèi)電致變色企業(yè)存在著電致變色材料相對單一、缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)、產(chǎn)品種類相對單一等問題，限制了企業(yè)的發(fā)展和國際市場的開發(fā)。國內(nèi)電致變色材料及器件的研究單位多為高校及研究所，包括中國科技大學(xué)、中科院化學(xué)所、北京大學(xué)、華東師范大學(xué)、廈門大學(xué)、浙江大學(xué)、武漢大學(xué)、中國海洋大學(xué)、華東理工大學(xué)等，很多課題組在電致變色材料及器件研究方面取得了豐碩的成果。高校及研究單位與企業(yè)開展了長期深入的交流合作，一方面企業(yè)研發(fā)的新產(chǎn)品既有自主知識產(chǎn)權(quán)，同時(shí)可以方便地進(jìn)行更新?lián)Q代和推出新產(chǎn)品；另一方面，高校及研究單位也能夠了解電致變色材料及器件的市場需求，從而可以有針對性地開發(fā)具有商業(yè)價(jià)值的電致變色材料及器件。電致變色材料作為一類新興的智能材料，在柔性顯示及建筑節(jié)能方面有巨大的市場，國內(nèi)企業(yè)將來在電致變色材料領(lǐng)域?qū)⒋笥锌蔀?。一方面，可以更好的了解國?nèi)市場及消費(fèi)者的需求，從而開發(fā)市場需求巨大的電致變色產(chǎn)品。另一方面，以此為契機(jī)開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電致變色材料，在與國外同行競爭中也立于不敗之地。因此，電致變色材料的發(fā)展，需要研究單位與企業(yè)進(jìn)行合作，也需要巨大的市場來消費(fèi)這些電致變色產(chǎn)品。中國的電致變色行業(yè)如果能充分運(yùn)用現(xiàn)有的各種資源和條件，定位于世界領(lǐng)先技術(shù)和產(chǎn)品研究與生產(chǎn)，將有望成為世界范圍內(nèi)電致變色材料領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)軍者。根據(jù)NanoMarkets行業(yè)分析公司，EC玻璃具有相當(dāng)大的機(jī)會(huì)前進(jìn)在智能窗戶市場。 雖然市場對EC智能窗很小的禮物 - 剛剛超過1500萬美元的2015年，認(rèn)為EC智能窗收入，到2020年更達(dá)到7億美元。預(yù)計(jì)到2020年，電致變色玻璃的總市場價(jià)值將達(dá)到22億美元，到2022年將超過30億美元。 在未來十年里，對于電致變色玻璃而言，受益最大的領(lǐng)域?qū)⑹侵悄艽埃约耙恍┬碌膽?yīng)用，如智能手機(jī)的攝像頭，電致變色顯示器。一、電致變色玻璃基本原理及結(jié)構(gòu):電致變色是指材料的光學(xué)屬性（反射率、透過率、吸收率等）在外加電場的作用下發(fā)生穩(wěn)定、可逆的顏色變化的現(xiàn)象，在外觀上表現(xiàn)為顏色和透明度的可逆變化。結(jié)構(gòu)從上到下分別為透明導(dǎo)電層（TC:transparentconductor）、電致變色層（EC:electrochromiclayer）、離子導(dǎo)體層（IC:ironconductor）、離子存儲(chǔ)層(CE)及另一透明導(dǎo)電層。器件工作時(shí)，在兩個(gè)透明導(dǎo)電層之間加上一定的低直流電壓，電致變色層材料在電壓作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，顏色發(fā)生變化。離子傳導(dǎo)層（或稱電解質(zhì)層）則由特殊的導(dǎo)電材料組成，如包含有鋰、納等離子的溶液或固體電解質(zhì)材料。離子存儲(chǔ)層在電致變色材料發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)起到儲(chǔ)存相應(yīng)的反離子，保持整個(gè)體系電荷平衡的作用。離子存儲(chǔ)層也可以是一種與前面一層電致變色材料變色性能相反的電致變色材料，這樣可以起到顏色疊加或互補(bǔ)的作用。如：電致變色層材料采用的是陰極還原變色材料，則離子存儲(chǔ)層可采用陽極氧化變色材料。電致變色玻璃的基本結(jié)構(gòu)是由兩片玻璃基材和夾在其中的五層薄膜材料構(gòu)成，如圖2所示，分別為透明導(dǎo)電層（TC:transparentconductor）、電致變色層（EC:electrochromiclayer）、離子導(dǎo)體層（IC:ironconductor）、離子存儲(chǔ)層(CE)及另一透明導(dǎo)電層。其中TC能與基體玻璃構(gòu)成導(dǎo)電玻璃，其導(dǎo)電特性的好壞直接影響著電致變色玻璃“著色到漂白”的可逆轉(zhuǎn)換速度。目前，通常采用的透明導(dǎo)電膜為氧化銦錫（ITO）、偶氮化合物（AZO）膜等。EC層材料是一種電子和離子的混合導(dǎo)體，在外加電場的作用下，該層中離子的注入或抽出，使得整個(gè)組成發(fā)生無色和著色的可逆變化，電致變色層是電致變色玻璃的核心部分。IC又稱為電解質(zhì)層，只允許離子通過，用于傳導(dǎo)變色過程中的離子。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，室溫下的電解質(zhì)層不僅要有高的離子電導(dǎo)率，還要有高的電子電阻率；在所要求的光譜區(qū)域內(nèi)，具有高的透射率或反射率；具有好的化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性，同時(shí)還必須對EC層和CE層沒有腐蝕作用。CE又稱為對電極層，它起到使離子達(dá)到平衡的作用，用于提供和儲(chǔ)存變色所需的離子，在電致變色器件中起著平衡電荷傳輸?shù)淖饔?，要求具有離子插入的可逆性、較好的透明性和較快的反應(yīng)速度，是電子和離子的混合導(dǎo)體子被抽出，通過離子導(dǎo)體層，進(jìn)入電致變色層，實(shí)現(xiàn)電致變色層顏色的改變，使系統(tǒng)由原來的初始透明狀態(tài)變?yōu)橹珷顟B(tài)；反之，當(dāng)玻璃的導(dǎo)電層被加上反相直流電壓時(shí)，電致變色層的離子被抽出，通過離子導(dǎo)體層，又回到離子儲(chǔ)存層內(nèi)，使系統(tǒng)由著色狀態(tài)又恢復(fù)到原來的初始透明狀態(tài)。為此，電致變色層、離子導(dǎo)體層和離子儲(chǔ)存層是電致變色玻璃結(jié)構(gòu)的主體。電致變色（ECD）器件結(jié)構(gòu)： 1）透明導(dǎo)電層（Transparentconductor）透明導(dǎo)電層材料需要具有較高的光透過率（85%以上）及良好的導(dǎo)電性，常用材料有ITO、FTO、AZO等。納米銀線、碳納米管及石墨烯等新透明導(dǎo)電材料的相關(guān)研究越來越多。2）離子導(dǎo)體層（Ionconductor）又稱電解質(zhì)層，離子導(dǎo)體層具有高的離子傳導(dǎo)率（10-7s/cm）和高的電子電阻率（1012cm），以保證能在電致變色層和離子存儲(chǔ)層之間快速的傳導(dǎo)離子，同時(shí)阻斷電子的傳輸。現(xiàn)多用固態(tài)電解質(zhì)取代電解液，主要包括全固態(tài)無機(jī)電解質(zhì)（如LiPON）、凝膠聚合物電解質(zhì)（如PMMA、PEO、PAN）及有機(jī)-無機(jī)復(fù)合型聚合物電解質(zhì)（如PEO-LiClO4）三大類。3）離子儲(chǔ)存層（Counterelectrode）一類是與電致變色層互補(bǔ)致色的光活性電致變色離子存儲(chǔ)層，如NiOX、IrO2、CoO2、MnO2、FeO2、Cr2O3和RhO2等；另一類是離子電荷注入/脫出時(shí)都保持透明的光惰性離子存儲(chǔ)層，如TiO2、CeO2、SnO2、ZrO2等。2 致變色玻璃的結(jié)構(gòu)及變色原理12電致變色玻璃的基本結(jié)構(gòu)是由兩片玻璃基材和夾在其中的五層薄膜材料構(gòu)成，如圖2所示，分別為透明導(dǎo)電層（TC: transparent conductor）、電致變色層（EC: electrochromic layer）、離子導(dǎo)體層（IC: iron conductor）、離子存儲(chǔ)層(CE)及另一透明導(dǎo)電層。其中TC能與基體玻璃構(gòu)成導(dǎo)電玻璃，其導(dǎo)電特性的好壞直接影響著電致變色玻璃“著色到漂白”的可逆轉(zhuǎn)換速度。目前，通常采用的透明導(dǎo)電膜為氧化銦錫（ITO）、偶氮化合物（AZO）膜等。EC層材料是一種電子和離子的混合導(dǎo)體，在外加電場的作用下，該層中離子的注入或抽出，使得整個(gè)組成發(fā)生無色和著色的可逆變化，電致變色層是電致變色玻璃的核心部分。IC又稱為電解質(zhì)層，只允許離子通過，用于傳導(dǎo)變色過程中的離子。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，室溫下的電解質(zhì)層不僅要有高的離子電導(dǎo)率，還要有高的電子電阻率；在所要求的光譜區(qū)域內(nèi)，具有高的透射率或反射率；具有好的化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性，同時(shí)還必須對EC層和CE層沒有腐蝕作用。CE又稱為對電極層，它起到使離子達(dá)到平衡的作用，用于提供和儲(chǔ)存變色所需的離子，在電致變色器件中起著平衡電荷傳輸?shù)淖饔?，要求具有離子插入的可逆性、較好的透明性和較快的反應(yīng)速度，是電子和離子的混合導(dǎo)體。Iron storage film(electrochromic film)Electrochromic layerTransparent conductorIron conductorTransparent conductorIrons(Glass)(Glass)圖2電致變色玻璃的一般結(jié)構(gòu)Fig 2 Basic structure of electrochromic(EC) glass1.2 電致變色玻璃的特點(diǎn)：電致變色玻璃在著色及褪色狀態(tài)下，可以調(diào)節(jié)可見光（350850 nm）及近紅外光（8502500 nm）的透過率，調(diào)節(jié)范圍可達(dá)50%以上。圖3是德國Gesimat公司一個(gè)電致變色玻璃樣品的透光率測試結(jié)果:電致變色玻璃的主要特點(diǎn)有：(1)節(jié)能：在著色態(tài)下，可見光及近紅外光透過率低，可以降低夏季空調(diào)的負(fù)荷。在褪色態(tài)下，可見光及近紅外光透過率高，可減少冬季采暖的能耗；(2)省電：器件具有長時(shí)間記憶效應(yīng)，只在要改變透光率時(shí)需要加電壓，耗電量一般不超0.5 W/m；(3)主動(dòng)可控：采用直流低電壓（不超過5 V）驅(qū)動(dòng)，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行主動(dòng)動(dòng)態(tài)控制，并且可以利用太陽能電池供電，可進(jìn)一步節(jié)省能源；(4)連續(xù)可調(diào)、美觀舒適：對光線的透過率連續(xù)可調(diào)，對可見光的反射率很低，無二次光害，可以明顯減低眩光，美觀舒適，可大大提高使用者的工作效率；(5)隱私性：可提供一定的隱私性，最低透光率在2%7%之間（但不能提供100%的隱私）。圖 3德國Gesimat公司1個(gè)電致變色玻璃的透光率材料：有哪些材料可以應(yīng)用到玻璃表面以實(shí)現(xiàn)電致變色？電致變色材料主要有無機(jī)電致變色材料和有機(jī)電致變色材料2大類。無機(jī)電致變色材料包括三氧化鎢(WO3)1、五氧化二釩(V2O5)、氧化鎳(NiO)、二氧化鈦(TiO2)等，部分無機(jī)電致變色材料已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。有機(jī)電致變色材料包括有機(jī)小分子電致變色材料和高分子電致變色材料2大類。其中有機(jī)小分子電致變色材料主要包括紫精類化合物、三苯胺及其衍生物等2，這類化合物在電極表面及溶液中會(huì)改變顏色。導(dǎo)電高分子也是一類重要的電致變色材料，其種類繁多且顏色變化多樣，代表性的為聚吡咯衍生物、聚噻吩衍生物及聚苯胺衍生物等。有機(jī)電致變色材料具有變色速度快、記憶效應(yīng)強(qiáng)、能量損耗低、顏色多樣、不同狀態(tài)下透過率差值高等優(yōu)點(diǎn)。電致變色材料自發(fā)現(xiàn)至今，全球?qū)﹄娭伦兩牧匣A(chǔ)研究的論文數(shù)量已超過2 000篇，并且逐年增多（采用web of Science數(shù)據(jù)庫，檢索“主題”為“電致變色（Electrochromism）”，見圖1）。其中，具有柔性的聚合物電致變色材料由于其廣泛的應(yīng)用前景成為近年來的研究熱點(diǎn)。電致變色器件及性能指標(biāo) 電致變色器件按照結(jié)構(gòu)可以分為3類。一類是溶液型電致變色器件，電致變色材料在器件工作過程中始終溶解在電解液中，通常電致變色材料是有機(jī)小分子；第 二類為半溶液型電致變色器件，器件工作過程電致變色材料溶解于電解液時(shí)為透明態(tài)，電致變色材料在電極表面富集時(shí)為著色態(tài)，通常其電致變色材料為芳香類紫精 化合物、含有甲氧基的芴類化合物等；第三類為固態(tài)電致變色器件，器件工作過程電致變色材料始終處于固體狀態(tài)，通常其電致變色材料為金屬氧化物、普魯士藍(lán)、 含有有機(jī)酸基團(tuán)的紫精以及導(dǎo)電高分子等。目前，對于電致變色器件性能評價(jià)主要包括以下5個(gè)指標(biāo)：電致變色反差：為在特定波長處電致變色前后光密度或透過率變化的百分?jǐn)?shù)。光密度變化量（OD）被定義為：OD=lgTb/Tc，其中Tb為褪色狀態(tài)的透過率，Tc為著色狀態(tài)下的透過率。電致變色效率：指的是變色效率，定義為單位面積消耗的電量所引起的吸光度變化的程度，=OD/q=1/q lgTb/Tc。開關(guān)速度：開關(guān)速度是一種對電致變色材料的著色/褪色過程的時(shí)間要求，這對應(yīng)用于動(dòng)態(tài)顯示和開關(guān)器件而言特別重要。 穩(wěn)定性：電致變色材料的穩(wěn)定性也稱為氧化還原循環(huán)過程的抗疲勞性，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，電致變色反差逐步變小。從應(yīng)用的角度，對抗疲勞性的要求是非常嚴(yán)格的，經(jīng)過106次的循環(huán)，電致變色反差不應(yīng)該有明顯的損失。光學(xué)記憶：電致變色材料的光學(xué)記憶特性是當(dāng)電場去掉后電致變色材料的光譜態(tài)保留的時(shí)間。具有電致變色性能的材料，可分為無機(jī)、有機(jī)兩大類：1、無機(jī)變色材料，根據(jù)其發(fā)生氧化、還原的原理不同，又可以細(xì)分為陰極變色材料和陽極變色材料兩大類。陰極變色材料，主要是第VIB族的過渡金屬氧化物，典型代表是氧化鎢，這些材料在高價(jià)氧化態(tài)下是褪色狀態(tài)，還原態(tài)時(shí)為著色態(tài)。陽極變色材料，主要是族及Pt族金屬氧化物或水合物，典型代表是氧化鎳，這些材料的氧化、還原態(tài)著色、退色狀態(tài)剛好與陰極變色材料相反。2、有機(jī)電致變色材料，主要有聚噻吩類及其衍生物、紫羅精類、四硫富瓦烯、金屬酞菁類化合物等，可分為有機(jī)小分子電致變色材料和導(dǎo)電聚合物電致變色材料兩大類。有機(jī)小分子變色材料的典型代表是紫羅精類化合物，該類物質(zhì)在氧化還原過程中會(huì)出現(xiàn)顏色變換，所以也屬于氧化還原型化合物。有機(jī)電致變色材料的優(yōu)點(diǎn)很多，比如成本低、色彩豐富等，但與無機(jī)電致變色材料相比，其抗輻射能力差，化學(xué)穩(wěn)定性弱，與基板結(jié)合不牢固等缺陷一定程度上限制了其發(fā)展，因此在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用中無機(jī)變色材料應(yīng)用較多。NiOx是典型的陽極著色材料，具有相當(dāng)優(yōu)異的電致變色性能，與WO3配合可以達(dá)到很高的光調(diào)節(jié)率。在堿性環(huán)境下NiOx發(fā)生電致變色現(xiàn)象，薄膜顏色由透明變?yōu)楹谧厣?，具有較快的消色速度和很長的循環(huán)壽命。n 無機(jī)電致變色材料 無機(jī)電致變色材料的典型代表是三氧化鎢，目前，以WO3為功能材料的電致變色器件已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化。 n 有機(jī)電致變色材料 有機(jī)電致變色材料主要有聚噻吩類及其衍生物、紫羅精類、四硫富瓦烯、金屬酞菁類化合物等。以紫羅精類為功能材料的電致變色材料已經(jīng)得到實(shí)際應(yīng)用。 有機(jī)電致變色材料 優(yōu)點(diǎn)：n 成本低、循環(huán)可逆性好n 光學(xué)性能好，顏色轉(zhuǎn)換快n 具有多變色特性，即隨著氧化還原反應(yīng)進(jìn)行，由一種顏色轉(zhuǎn)變?yōu)閹追N顏色n 易于通過分子設(shè)計(jì)來優(yōu)化性能 缺點(diǎn)：n 抗輻射能力弱、化學(xué)穩(wěn)定性差、與基板材料黏接不牢。 無機(jī)電致變色材料 優(yōu)點(diǎn)：n 具有很高的著色率和電容量，且變色效率高、響應(yīng)速度快、電化學(xué)可逆性好、成本低 缺點(diǎn)：n 顏色單一、光學(xué)性能差、轉(zhuǎn)化速度慢、循環(huán)可逆性差。目前對電致變色材料性能的研究主要集中在四點(diǎn)：1.顏色和對比度的提高，包括變色對比度的提高和變色光譜的展寬，例如將鈮氧化物和ITO納米晶復(fù)合，使材料同時(shí)具備對可見光和近紅外光電致變色的效應(yīng)。2.變色效率，電致變色薄膜的吸光度的變化值與所注入的電荷直接相關(guān)，變色效率即電致變色薄膜的吸光度的變化值與單位面積所注入的電荷的比值。變色效率越高，即能用更低的電量實(shí)現(xiàn)更高效的變色控制。3.響應(yīng)時(shí)間，指的是電致變色材料或器件從著色態(tài)(或褪色態(tài))轉(zhuǎn)換到褪色態(tài)(或著色態(tài))所需的時(shí)間。對于大多數(shù)材料和器件來說，響應(yīng)時(shí)間一般在數(shù)秒到數(shù)十秒的范圍。提高響應(yīng)時(shí)間可以使電致變色材料應(yīng)用于快速顯示領(lǐng)域。4.循環(huán)壽命，電致變色材料在著色態(tài)和褪色態(tài)之間循環(huán)交替時(shí)，會(huì)由于性能的衰減而逐漸失效。一般來說，商用器件的循環(huán)壽命至少要達(dá)到10萬次，但是目前研究的很多電致變色材料，循環(huán)性能尚是其一大短板。產(chǎn)品規(guī)格： 1）370mm470mm尺寸電致變色玻璃已實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)2）620mm840mm尺寸電致變色玻璃已完成中試驗(yàn)證電致變色智能窗技術(shù)路線電致變色智能窗構(gòu)造由最初的液態(tài)注入式演化為現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的多層結(jié)構(gòu)。主要技術(shù)路線有以下兩種：(1)使用無機(jī)過渡金屬氧化物為電致變色材料，以含鋰的無機(jī)化合物為固態(tài)電解質(zhì)。這一技術(shù)通常采用適于大規(guī)模生產(chǎn)的磁控濺射法在玻璃上鍍上所有的膜層，并充入惰性氣體,最后制成中空玻璃。這種玻璃同時(shí)具有非常好的隔熱性能和對陽光輻射量的動(dòng)態(tài)控制。由于磁控濺射法鍍膜層均勻性好、與基底的附著性高、可重復(fù)性和可靠性高，是最有希望實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)的技術(shù)。采用這一技術(shù)的公司主要有美國的Sage Glass、Soladigm。(2)使用無機(jī)過渡金屬氧化物或普魯士藍(lán)為電致變色材料，以有機(jī)聚合物為固態(tài)電解質(zhì)，制成夾膠玻璃。采用這一技術(shù)的公司主要有德國的Gesimat、E-control-Glas和瑞典的Chromogenics。德國的Gesimat是利用電化學(xué)的方法沉積電致變色層，由于不需要真空裝置，生產(chǎn)過程大為簡化,生產(chǎn)效率較高，從而可以降低生產(chǎn)成本。而其它的幾家公司則用磁控濺射法制作電致變色層。而瑞典的Chromogenics則是第一家采用RolltoRoll的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，在柔性的塑料基材上用磁控濺射鍍電致變色層薄膜的公司，因而他們的產(chǎn)品可以制成不同的曲面，大大擴(kuò)大了產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。 電致變色材料的制備技術(shù)真空蒸鍍沉積:真空蒸發(fā)是把待鍍膜的基片置于高真空室內(nèi)，通過加熱蒸發(fā)容器，使容器中的蒸發(fā)材料汽化（或升華），形成蒸氣流，沉積到基片表面形成薄膜的一種材料制備工藝。早期的氧化鎢電致變色薄膜多是通過真空蒸發(fā)沉積制備的。東南大學(xué)的陳國平等人利用電子束電子束蒸發(fā)制備氧化鎢薄膜，蒸發(fā)材料用高純WO3粉末壓制成柱狀，基片采用ITO玻璃，蒸發(fā)前蒸發(fā)室內(nèi)壓強(qiáng)低于3.310-3Pa，基片溫度50，電子束流 11mA，膜的沉積速率為4.5nm/min，膜厚300nm。剛沉積的膜呈藍(lán)色，將它在340下熱處理35min，薄膜由藍(lán)色變?yōu)榈S色。測得薄膜在漂白態(tài)的平均透射率為79.6%，著色態(tài)時(shí)為17.5%，但循環(huán)壽命不超過500次。浙江大學(xué)的饒峰等人通過電子束蒸發(fā)沉積了氧化鎢和氧化鎳薄膜。蒸發(fā)材料分別為含量為99.99%的氧化鎢粉末燒結(jié)的圓柱體和含量為99.99%的氧化鎳顆粒，基板為ITO玻璃。在真空度為210-3Pa下，基板溫度為80，分別獲得了無定型的氧化鎢和氧化鎳薄膜，進(jìn)一步熱處理可以得到結(jié)晶的電致變色薄膜。濺射沉積濺射沉積是目前使用的最多的沉積法制備電致變色薄膜的方法。重慶大學(xué)的施萍萍等人以純鎢和純鉬靶為靶材，采用反應(yīng)磁控濺射工藝在ITO玻璃上沉積了WOx和WOx:Mo薄膜。工作氣體為純度99.95%的Ar氣；反應(yīng)氣體為純度99.50%的O2氣,濺射溫度為室溫，總氣壓保持在1Pa。調(diào)節(jié)氧分量，發(fā)現(xiàn)氧分量對薄膜著色能力的影響顯著。浙江大學(xué)的袁想洋等人選用純度為99.99%的鎢靶，也采用直流反應(yīng)磁控濺射法制備得到了WO3薄膜，同樣發(fā)現(xiàn)氧氣分壓對氧化鎢薄膜的顏色有重要影響，同時(shí)發(fā)現(xiàn)改變靶基距離對于三氧化鎢薄膜表面結(jié)構(gòu)及電致變色性能的影響，是十分顯著的，靶基距離較近時(shí)，由于沉積原子能量越大，所制備的薄膜表面更加致密，不利于離子進(jìn)出，影響了電致變色性能。蘭州大學(xué)的馮博學(xué)等人采用純度為99.9%的三氧化鎢粉末粘成靶材，在Ar+O2的混合氣氛中,在ITO透明導(dǎo)電玻璃襯底上,射頻濺射制備了非晶WO3膜，基底溫度為110左右，濺射氣氛為Ar+O2的混合氣氛，發(fā)現(xiàn)氧分壓在1:10的情況下沉積得到的薄膜呈非晶態(tài)，薄膜有較多的孔隙，有利于Li+的抽取。WalterEstrada等人采用直流磁控濺射制備了鎳氧基電致變色薄膜，預(yù)先抽真空到310-6Torr，充入高純氧到真空度為6-20 mTorr，采用純度為99.5%的鎳靶材，基底為ITO導(dǎo)電玻璃，濺射功率為10-50 W，得到的氧化鎳在350nm到2500nm都有良好的電致變色性能。Michihiko Kitao7等人也用射頻濺射在 Ar/O2/H2氣氛下制備了NiOx。預(yù)先抽真空到310-4Pa，濺射過程中保持真空度為2-14Pa，射頻功率為50-300W，基底為ITO玻璃，得到的薄膜厚度為100-600nm，通過XPS分析發(fā)現(xiàn)，剛制備的樣品含Ni(OH)2組分，電致變色的原因是Ni(OH)2和NiOOH之間的轉(zhuǎn)換，變色效率最高能達(dá)36 cm2/C?；瘜W(xué)氣相沉積C.E.Tracy和D.K.Benson用PECVD法制備了WO3和MoO3電致變色材料，分別使用了WF6/W(CO)6和Mo(CO)6做前驅(qū)體，其中W(CO)6和Mo(CO)6在常溫下是固體，需要通過加熱使之揮發(fā)出來，基底溫度控制在50-63，非常接近常溫，功率為300W，得到的薄膜厚度在150nm到500nm之間，對波長為300nm到1800nm有很好的調(diào)控作用。Toshiro Maruyama和Susumu Arai使用APCVD法制備了NiO電致變色薄膜，前驅(qū)體選用乙酰丙酮鎳，基底溫度為250C，該方法得到的NiO基電致變色效率為44 cm2/C。Vargas Garcia等人研究了化學(xué)氣相沉積條件氧化鎳的結(jié)構(gòu)特性和電致變色性質(zhì)的影響，前驅(qū)體選用乙酰丙酮鎳基底為FTO玻璃，發(fā)現(xiàn)只有在沉積溫度大于450時(shí)才能在一個(gè)很大范圍的氣壓下得到NiO薄膜，NiO薄膜超過30