智能玻璃
  • 时间:2020-03-10 23:40:00
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  • 作者:Dirmlab

智能玻璃,能通过电控的方式实现对可见光和红外光的调控,引起了学术界和工业界的广泛关注。其在建筑美学、居住舒适度以及能源效率方面表现出了巨大的潜力。尤其是聚合物/液晶体系的智能玻璃具有响应速度快,易于调节,制备成本低等优势。

在我们实验室中,我们着重研究了基于液晶体系的智能玻璃,并用于实现光调控及建筑节能。针对可见光的调控,我们开发了基于聚合物稳定液晶(polymer stabilized liquid crystals, PSLC)体系和不含聚合物的电流体动力学不稳定性(electrohydrodynamic effect, EHDI)体系。针对红外光的调控,我们开发了基于聚合物稳定胆甾相液晶的红外反射器件(polymer stabilized cholesteric liquid crystals, PSCLC)。

 

PSLC智能玻璃

基于PSLC体系的智能玻璃,主要是通过在两个电极之间施加电压来驱动PSLC薄膜进行工作。通过施加交流电压可以实现透明态和模糊态的切换。图1(a)和(b)为PSLC薄膜的工作原理图。采用聚酰亚胺垂直取向层制备的PSLC薄膜,其在初始状态时呈现透明态,适合应用于建筑和汽车等场景。

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图1 PSLC智能玻璃在(a) 透明态和(b) 散射态的工作原理示意图

目前,我们研究的课题主要包括彩色PSLC智能玻璃、金属纳米粒子掺杂PSLC智能玻璃和柔性PSLC智能玻璃。此外,我们建立了2.5代智能玻璃中试产线。

 

EHDI智能玻璃

EHDI是一类不含有聚合物网络的智能玻璃。EHDI智能玻璃的实现通常需要具备两个因素,定向排列的液晶分子重新取向和离子杂质在电场中的运动。在一定的电场强度下,离子杂质在两个电极之间振荡产生的湍流可以引起动态散射,呈现出光散射的状态。与PSLC智能玻璃类似,EHDI智能玻璃也可以通过电压的改变实现透明态和散射态之间的快速切换。

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图2 EHDI智能玻璃在(a) 透明态和(b) 散射态的工作原理示意图

EHDI智能玻璃的研究内容主要是解决长期使用过程中在ITO电极上出现的离子聚集问题。

 

基于PSCLC的红外反射器件

我们制备了基于PSCLC体系的红外反射器件。在不改变液晶分子的有效双折射的条件下,通过加电改变液晶盒中的螺距分布来实现红外反射。如图3所示,在不施加电场的情况下,液晶盒中的螺距分布是均匀的。在直流电场的作用下,PSCLC中的聚合物网络通过静电力捕获离子而产生位移,并在液晶盒中形成螺距梯度,从而实现反射带的增宽。

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图3 PSCLC反射带增宽原理示意图。(a) 未施加电压时,液晶盒中的螺距均匀分布,(b) 施加直流电压时,液晶盒中的聚合物网络发生位移并产生螺距梯度

我们目前正在研究的有关电控红外反射器件的课题有:(1)基于电解质掺杂的PSCLC;(2)基于共聚体系的PSCLC。

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