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　　1.概述

　　近年來，既美觀新穎，又能透光、擋風(fēng)和阻擋灰塵的玻璃幕墻、玻璃屋頂、玻璃結(jié)構(gòu)已成為現(xiàn)代主義高層建筑時代的顯著特征。但普通建筑玻璃不能自動調(diào)整自身性能以適應(yīng)風(fēng)、雨、光等環(huán)境變化，給我們帶來了諸多不便。當(dāng)今世界能源危機(jī)、環(huán)境污染、全球變暖等問題日益嚴(yán)峻，人們在選擇建筑玻璃時，除了考慮其美學(xué)特性和外觀特征外，更注重其熱量控制、制冷成本和內(nèi)部陽光投射的舒適平衡等問題。在新型建筑朝著智能化方向發(fā)展的趨勢下，能動態(tài)調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度和室內(nèi)溫度的“智能玻璃“智能窗”迅速成為各國研究的熱點(diǎn)。

　　2.智能玻璃的定義及分類

　　智能玻璃是由玻璃材料或透明塑料等基材和感應(yīng)材料所組成的、能感知外部環(huán)境變化并能實(shí)時地改變自身性能的玻璃器件。在一定物理?xiàng)l件下，這種器件可以根據(jù)人們的意愿，穩(wěn)定、可逆地改變自身的光學(xué)屬性(顏色、反射率、透過率（詞條“透過率”由行業(yè)大百科提供）、吸收率等)，從而具有光吸收透過的可調(diào)節(jié)性，可選擇性地吸收或反射外界的熱輻射和內(nèi)部的熱擴(kuò)散。

　　到目前為止，智能玻璃的制備方法可大致分為兩種:一是將感應(yīng)材料制成膜狀復(fù)合到無機(jī)玻璃表面或是夾雜在兩層普通玻璃中間;二是利用感應(yīng)材料對玻璃本體進(jìn)行改性。相對而言，玻璃本體改性獲得的智能玻璃工藝復(fù)雜、成本高，文獻(xiàn)報(bào)道較少，公開報(bào)道的制備方法以第一種居多。智能玻璃的技術(shù)核心是感應(yīng)材料的制備與選擇，現(xiàn)在研究較多的感應(yīng)材料主要分為三大類:光致變色型、電致變色型和熱致調(diào)光型。

　　一般而言，光致變色材料按材料類型可以分為有機(jī)(主要包括二芳基乙烯、偶氮類以及相關(guān)的雜環(huán)化合物)和無機(jī)(主要為鹵化銀體系)兩大類。雖然人類發(fā)現(xiàn)光致變色現(xiàn)象己有一百多年的歷史，但由于無機(jī)光致變色玻璃（詞條“光致變色玻璃”由行業(yè)大百科提供）成本較高、加工技術(shù)復(fù)雜，有機(jī)光致變色玻璃不耐高溫、容易疲勞、戶外耐候性差，而且這兩大類材料大多數(shù)對環(huán)境不友好，限制了其在建筑領(lǐng)域的商業(yè)應(yīng)用。

　　電致變色材料也可分為無機(jī)材料和有機(jī)材料兩大類。無機(jī)電致變色材料主要為過渡金屬氧化物，如W03, Nb205, Ta2O5及V205等;有機(jī)電致變色材料主要包括有機(jī)雜環(huán)化合物、導(dǎo)電聚合物類、金屬（詞條“金屬”由行業(yè)大百科提供）有機(jī)聚合物類和金屬酞花蓄類，如紫羅精、毗哇琳及聚苯胺等。

　　這兩大類材料各有優(yōu)缺點(diǎn)，很多文章都進(jìn)行了介紹，此處不再贅述。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，具有獨(dú)特分子結(jié)構(gòu)和表觀協(xié)同效應(yīng)的聚合物/過渡金屬氧化物等納米復(fù)合材料（詞條“復(fù)合材料”由行業(yè)大百科提供）也開始成為電致變色材料領(lǐng)域研究的一個熱點(diǎn)。熱致調(diào)光材料按材料的性質(zhì)也可分為無機(jī)類(如釩的氧化物)和有機(jī)類(如水凝膠、液晶材料、聚合物共混物、高分子想變材料等)，根據(jù)其光學(xué)性能隨溫度的變化又可分為熱致散射、熱致色變以及雙功能三種類型。不過，要使其在建筑節(jié)能中獲得大范圍應(yīng)用，熱致變色玻璃材料的相變溫度要在室溫附近(30℃左右)，而且在相變過程中無體積改變，因而可供選擇的材料并不多，目前研究的熱點(diǎn)主要集中在相分離型熱致散射聚合物和摻雜態(tài)V02薄膜。

　　3.智能玻璃應(yīng)用研究新進(jìn)展

　　智能玻璃應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，可最大限度地利用自然資源實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能，降低運(yùn)營成本，同時也起到改善辦公環(huán)境、防窺的目的。

　　電致變色智能玻璃實(shí)際_相當(dāng)于帶有可調(diào)節(jié)窗簾的玻璃，可用于需要保密或隱私防護(hù)的建筑場所。愛莎尼亞塔爾圖大學(xué)的科研人員將納米凝膠涂層噴射到通透明玻璃上形成一個5~ 10um厚的涂層，在電場的作用下，涂層的光學(xué)屬性會發(fā)生變化，這種智能玻璃經(jīng)電源開關(guān)控制就可以在“瞬間”完成“透明玻璃”與“毛玻璃”的變換，由其制成的智能窗相當(dāng)于有電控裝置的窗簾一樣方便自如。

　　目前，世界各國都十分重視建筑節(jié)能，根據(jù)環(huán)境變化自動對室內(nèi)溫度進(jìn)行智能化調(diào)節(jié)的熱致調(diào)光薄膜已成為材料科學(xué)中活躍的研究領(lǐng)域之一，受到研究者的高度重視。

　　太陽輻射能量的大多數(shù)都集中在紅外波段，而VO2在68℃附近發(fā)生低溫態(tài)半導(dǎo)體單斜晶相與高溫態(tài)金屬四方晶相轉(zhuǎn)變時正好對紅外波段的光透過率和反射率存在突變，而且變化可逆。近些年來，英國IvanP.Parkin教授等人在V02薄膜中摻雜少量的鎢元素使其發(fā)生相變的臨界溫度降低到室溫附近，將這種自適應(yīng)溫控智能材料涂覆于門窗幕墻玻璃表面，形成可以自動調(diào)節(jié)溫度的智能玻璃，具有良好的節(jié)能效果。

　　德國科研人員通過在兩層普通玻璃中夾雜一層具有結(jié)構(gòu)相變特征的聚合物微膠囊樹脂膜，進(jìn)而研制出了具有自我調(diào)控能力的智能防曬玻璃。當(dāng)溫度達(dá)到一定值時，這種三明治結(jié)構(gòu)的玻璃即從透明變?yōu)槟：�，�?0一50%的太陽熱量隔離在外，而且射入的散射狀光線仍足夠使房間保持明亮;當(dāng)溫度下降后，熱值層便恢復(fù)至原狀，窗戶玻璃又變得清撤透明。

　　隨著科技的發(fā)展，巧妙結(jié)合光伏太陽能（詞條“太陽能”由行業(yè)大百科提供）技術(shù)和電致變色技術(shù)或熱致調(diào)光技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的自供能變色智能窗、智能發(fā)電窗也開始被研究開發(fā)。徐春葉課題組利用染料敏化太陽能電池和電致變色窗技術(shù)有機(jī)結(jié)合開發(fā)了一種新的自供能變色玻璃，這種玻璃可以吸收照射到其他表面的太陽光并轉(zhuǎn)化成電能，在利用這部分電能是其自己變色，從而達(dá)到調(diào)節(jié)光線強(qiáng)弱以及美化環(huán)境的目的。高彥峰等人通過對V02材料進(jìn)行改性制備出了臨界相變溫度處于低溫區(qū)的大尺寸V02薄膜，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了能根據(jù)環(huán)境溫度不同而自行調(diào)節(jié)熱傳遞的透明智能窗戶，再通過在其上安裝太陽能電池升級為智能發(fā)電窗，這種智能發(fā)電窗相變特性穩(wěn)定性良好，將有助建筑物降低采暖、照明和降溫等所需的能源成本。

　　與此同時，兼有空調(diào)和窗簾雙重作用的新型玻璃也開始被開發(fā)應(yīng)用。美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室Anna等人利用氧化錮錮錫納米晶體和嵌入在玻璃基質(zhì)中的氧化妮制得了一種易對可見光和產(chǎn)生熱量的近紅外光進(jìn)行獨(dú)立控制的新型“智能窗”，通過調(diào)控電壓改變納米品體的結(jié)構(gòu)來阻擋特定的波長，這種智能玻璃的光學(xué)屬性可在3種狀態(tài)間進(jìn)行切換:完全透明模式、有選擇性的封鎖近紅外光(熱)模式和同時阻止可見光和熱進(jìn)入建筑物的黑暗模式，通過動態(tài)控制通過玻璃窗戶的可見光和熱量，做到明暗可控、冷熱可調(diào)，即可提升建筑的居住舒適度，也可節(jié)約對能源的消耗。市面上現(xiàn)有的智能窗戶產(chǎn)品往往價格昂貴、響應(yīng)時間較慢、制備工藝復(fù)雜而且質(zhì)量較差，需要研究新型智能窗戶系統(tǒng)來克服這些問題。最近，韓國研究人員發(fā)現(xiàn)聚合物、離子膜以及甲醇溶劑結(jié)合起來可以生產(chǎn)出便宜、穩(wěn)定且功能強(qiáng)大的智能玻璃。當(dāng)光照強(qiáng)烈、天氣炎熱時，玻璃會自動變暗，完全不透明;而當(dāng)陽光不足、天氣較冷時，玻璃又可以在幾秒內(nèi)切換到完全透光的狀態(tài)，從而使更多的陽光照射到屋內(nèi)，利用太陽能給房屋供暖。通過管理照射到房屋內(nèi)部陽光的多少，這種新型的光控制系統(tǒng)提供了一個節(jié)省取暖、制冷和照明費(fèi)用的新選擇。

　　4.產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

　　為適應(yīng)日益發(fā)展的建筑節(jié)能的需求，近年來美國、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國家投入大量人力和財(cái)力，積極開發(fā)智能玻璃技術(shù)，在許多領(lǐng)域陸續(xù)有產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了商品化，在全固態(tài)大面積電致變色玻璃領(lǐng)域更是己基本實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。我國在智能玻璃方面的研究則相對薄弱，近年來雖然一些大學(xué)和研究所在智能玻璃材料及器件制作方面做了很多研究工作，但鮮有產(chǎn)業(yè)化的報(bào)道，還須踏踏實(shí)實(shí)做好穩(wěn)定性研究、商品化課題、新體系新品種的變色材料的深入開發(fā)等方面的工作。

　　由于智能玻璃的研制涉及物理、材料、化學(xué)、薄膜科學(xué)等多科學(xué)知識，理論研究和實(shí)踐尚不是很成熟，其推廣應(yīng)用還需要進(jìn)一步的理論和實(shí)驗(yàn)研究。

　　目前，智能玻璃的發(fā)展趨勢沿著全固態(tài)、大面積、智能化、多功能、低成本、節(jié)能環(huán)保幾個方向進(jìn)行。

　　1))現(xiàn)在所用的薄膜材料多為重金屬或有毒有機(jī)物，種類偏少，不僅昂貴而且環(huán)境危害很大，隨著世界各國對環(huán)境保護(hù)的重視以及人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，發(fā)展長壽命、低成本、良好的環(huán)境親和性的新型高性能智能材料己是大勢所趨。

　　2)通過摻雜法、插層復(fù)合法、溶膠一凝膠法和LB膜法等各種方法制備性能優(yōu)異色彩多樣的新型智能玻璃，充分發(fā)揮有機(jī)高分子聚合物和金屬氧化物的不同優(yōu)勢。

　　3)將太陽能電池技術(shù)與智能玻璃技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)具有采光、調(diào)光、光催化、聚光、蓄光、光電（詞條“光電”由行業(yè)大百科提供）轉(zhuǎn)換、熱電轉(zhuǎn)換等各種功能特性的新型智能窗，提高其控溫過程的智能化水平，在調(diào)節(jié)光線的同時也在調(diào)節(jié)著室內(nèi)溫度，節(jié)約電能并減少設(shè)備使用。

　　4)采用先進(jìn)的生產(chǎn)組裝工藝，以適應(yīng)大面積、低成本工業(yè)生產(chǎn)的需要。

　　可以預(yù)見，隨著人們對戶外建筑的實(shí)用性和觀賞可以預(yù)見，隨著人們對戶外建筑的實(shí)用性和觀賞性的要求越來越高，智能玻璃所具有的諸多功能特性將使其在太陽能的有效利用、減少溫室效應(yīng)，節(jié)約能源、改善人居環(huán)境等方面起到舉足輕重的作用，在建筑門窗幕墻應(yīng)用方面前景廣闊。