智能玻璃 19期

只需一个开关，房间所有的玻璃都可以在明与暗之间自由切换，甚至你可以随意变换玻璃的色彩。

8月15日，美国劳伦斯伯克利国家实验室借助纳米结晶技术，在玻璃中嵌入了一层超薄纳米涂层，制成一种新型智能玻璃。这种玻璃可以按需调整进入玻璃的光线，能做到明暗可控、冷热可调。玻璃的颜色根据不同的波长进行调整，像变色龙一样从不透明变得透明，使屋主免去升降窗帘这样的家庭杂事。当然，这种智能玻璃最大的功能还是隔温和散热，大幅降低建筑的空调和照明开支。

“在绿色、环保、节能的市场需求的驱动下，该项技术如果得以普及和推广，市场化潜力将会十分巨大。”秦皇岛玻璃工业研究设计院项目经营部副部长李建伟对这项技术非常支持。

这种智能玻璃的技术核心是一种经过重新设计的电致变色材料，由氧化铟锡纳米晶体和嵌入在玻璃基质中的氧化铌组成。除了能分别控制可见光和近红外光，采用这一技术的窗户还能按需切换到遮光模式或全明模式，前者可以同时屏蔽近红外光和可见光，而后者则可以让所有光线毫无阻挡地进入室内。

自5000年前埃及人无意中烧制出第一块玻璃以来，人类的发展史就与玻璃结下了不解之缘，随着社会的发展，人们在选择建筑物门窗玻璃时，除了考虑其美学和外观特征外，开始注重其热量控制、制冷成本以及内部阳光投射平衡问题。

玻璃正在渐渐被人们披上智能化的外衣。

坎坷的产业之路

事实上，电致变色玻璃在今天已经不是特别新鲜的名词，早在上世纪60年代，国外学者PLATT就提出了电致变色的概念；20年后，电致变色成为材料科学界迅速兴起的热点，国内外有远见的企业开始大量投入，积极寻求商品化的途径。

简单来说，电致变色玻璃是由基础玻璃和电致变色系统组成的玻璃装置，利用电致变色材料在电场作用下而引起透光（或吸收光）性能的可调性，从而实现依照人的意愿调节光照度的目的。装上这种用电致变色玻璃制作的智能窗户后，夏天人们不必为遮挡骄阳配上暗色窗帘或装上机械遮光罩。

严冬，这种朝北方向的智能窗户能为建筑物提供70%的太阳辐射量，使屋内更多地获得阳光所给予的温暖。这样一来，通过电致变色系统选择性地吸收或反射外界热辐射和阻止内部热扩散，装上变色玻璃的建筑物可减少办公大楼和居民住宅等建筑物在夏季保持凉爽和冬季保持温暖而必须耗费的大量能源。据统计，这种玻璃可减少供暖和致冷需用能量的25%、照明的60%、峰期电力需要量的30%。

尽管电致变色玻璃有着较高的市场需求，但由于一些技术问题的限制，市场上并没有大规模出现这种绿色环保的智能玻璃。

目前的电致变色材料大多使用的是钨，以目前的技术来看，真正能够实现变色，而不仅仅是从透明变不透明的电致变色玻璃的技术还十分不成熟。中国建材检验认证集团股份有限公司玻璃事业部苗向阳博士介绍，这种玻璃在变色的时候，往往不一定能变成人们想要的那种色彩，甚至有时还会出现颜色不均匀的情况。

技术的不成熟阻碍了这种智能玻璃产业化的进程。而新研究出来的这种智能玻璃使用了氧化铌，氧化铌替代钨会使该技术实现一个质的飞跃，已经完全规避掉了变色时遇到的各种问题。

事实上，虽然还存在一定的缺陷，但这种电致变色玻璃已经被运用到多个领域，比如高档汽车、飞机、会议室、屏风等，人们多用来实现玻璃从不透明到透明的转变，通过电压的刺激，使用者可以依照个人喜好将玻璃在透明和乳白色不透明之间自由切换。

这种技术在国外已经基本得到普及和广泛应用，但在国内还无法形成产业化运作。中国建材检验认证集团股份有限公司玻璃事业部副总经理肖鹏军表示，成本居高不下是国内无法进行量产的一个重要原因。电致变色玻璃最初进入市场的价格是每平方米上万元，如今虽然价格有所降低，也在每平方米几千元的水平。

国内的一些大型玻璃厂商也积极申报了863相关项目，希望通过技术的攻关推动调光玻璃的量产。这多少还是令人期待的。肖鹏军说，产品研发有几个阶段，实验室阶段、小批量应用阶段和大规模生产阶段，有的玻璃厂商已经走完小批量生产阶段，正在像大批量市场化运作努力。

另一个不可否认的事实还在于，国内外技术水平的差距较大。一方面，国内并不具备核心的技术，通常的做法是购买国外设备、引进国外的电致变色层材料，然后将该材料与普通玻璃加工到一起。另一方面，国外玻璃的深加工率要远远高于我国。在国外，刚刚从生产线下来的普通玻璃往往会被深加工成钢化玻璃、LOW-E玻璃、LOW-E中空玻璃等。

这种结果的背后有其复杂认知原因。在欧美一些国家，政府会进行强制立法，超过13米以上的楼房必须要安装LOW-E中空玻璃来降低能耗。在这种政策引导下，美国、德国等发达国家的深加工率基本能够到达80%，而国内目前只有30%左右，大部分还是使用普通玻璃。

无法避开的难题

任何新研发的智能玻璃都无法回避两个核心的质疑——安全和环保问题。

电致变色玻璃在转换色彩时需要进行通电，对于大片的玻璃，尤其是整面玻璃墙，人们难免会担心一旦电路发生故障会对人体造成影响。但事实上，人体能承受的最高电压是36V，电致变色玻璃的电压相对来说非常微小，大部分在5～10V之间，与手电筒的电压大小相近，而因此安全方面似乎并不存在太大的隐患。

相对而言，智能玻璃在环保方面的隐患却开始被人诟病。

这项由美国劳伦斯伯克利国家实验室推出的智能玻璃技术中含有氧化铟锡纳米晶体，肖鹏军对其成分铟表示了担忧。他谈到几年前曾经送一个光伏组件上的材料铜铟镓硒的组件到美国，而回国时却不允许该产品出口， 正是因为铟这个元素的问题。

据了解，铟具有轻微的毒性，被人体吸入后会造成肺炎甚至肺癌。目前来看，液晶是大量使用铟的一个领域，生产线的工作人员由于吸入这种重金属，甚至有可能 “铟中毒”，染病者平均寿命是7个月，并且目前无法有效根治。美国和英国已公布了铟的职业接触限值均为0.1 mg/m3。而这两个国家铅的标准为0.15 mg/m3。这说明铟的毒性不可轻视。

事实上，目前的智能玻璃领域中，并不是只有电致变色玻璃才有环保方面的隐患。

近年来在建筑界红得发紫的LOW-E玻璃（也称低辐射镀膜玻璃，是英文Low emmissivity的缩写），通过在表面镀上多层金属或其他化合物组成的膜，能够实现隔热保温、隔音、防紫外线的效果。这种冬暖夏凉的智能玻璃由于绿色、节能等特性，已经在国内外实现了生产和运用，正成为当代建筑玻璃的首选，业界甚至还流传着“21世纪是LOW-E玻璃的世界”的说法。然而，LOW-E玻璃生产的尾气排放却存在一定污染。

虽然有尾气排放回收系统，但国内的技术并不成熟。李建伟认为，原因是设备的投资比较大，运行成本较高，因此国内实力较弱或者规模不大的玻璃厂商不敢上LOW-E玻璃，对这种智能玻璃的产业化产生了一定的消极影响。而国外更注重环保这一块，环保技术较强，因此国内有这种实力进行LOW-E玻璃生产的，大多是一些合资企业。

其他智能玻璃

虽然智能玻璃还有如此多的问题亟待改进，但追求绿色、环保的大环境却将是智能玻璃成长的沃土，核心技术一旦突破并普及，大批量生产和运用将改变人们的生活。而在目前的智能玻璃领域中，电致变色玻璃只是冰山一角。

在可以变色、变温的智能玻璃家族中，还有一种不需要通电以及人工的手动操作，仅仅通过光线的照射，玻璃便可自行感知光线强弱来自我调节明暗的智能玻璃。这种十分先进的技术早在20年前就已出现。

肖鹏军对《中国经济和信息化》记者回忆道，当时日本曾经来中国建材检验认证集团股份有限公司做过讲座，他们的玻璃可以通过光线强弱的调节自动变色，如果把这样的玻璃安装在屋顶上，那么在夏天光线强的情况下会自动变成非透明状态，挡住部分光线，而到冬天，光线比较弱，又会慢慢地变得透明。其中变色的临界点是根据光线的一定强度，大于这个强度则变，小于则不变。

可惜的是，这种自动变色的智能玻璃并没有像电致变色玻璃一样出现较多的应用和生产，仍处于实验室阶段。

不仅如此，安装在未来轿车中的智能玻璃越来越引起了科学家们的兴趣，这些玻璃不仅会起美化作用，还将为现代汽车增添新的功能。在未来的汽车中，车内的挡风玻璃会由一种被称作映像玻璃的材料制成，司机可以在行驶过程中直接从挡风玻璃上得到路线导航、标记和信息系统，甚至可以在雾雨天气里看到1英里以外的景物。

英国科学家们还研制出了一种可以实现防雨和防光的智能玻璃，这种玻璃表面采用新技术处理，使它容易防水，并降低玻璃反射光的数量。这种玻璃除用在车窗玻璃以外，主要用在车内各种仪表面罩以防从挡风玻璃映进来的光反射进司机视线。

更有意思的是，还有一种被称作嵌入无线电的玻璃，也就是说，可将蜂窝电话或电视机等各种设备的天线嵌入到玻璃里面，这样使轿车更为美观，不会因天线而破坏轿车整体形象。

这些智能玻璃目前来说大多还处在实验室阶段，难以实现量产。李建伟说道，在国内技术较为成熟，并能够形成产业的智能玻璃，基本上只有可以实现冬暖夏凉的LOW-E玻璃和可实现自我清洁的智洁玻璃两种。