公告/发布日期:2004/10/27

米乐m6官方网站 开发出新一代多功能窗玻璃,可根据环境温度自动调节光线

-独特结构实现世界领先最高性能,实际应用寄予厚望-

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  • 开发出可在夏季阻挡太阳辐射和冬季引入太阳辐射之间自动切换的窗玻璃,边界约为30℃
  • 可集成自动调光/高隔热/防紫外线/光触媒自清洁功能等多种功能

摘要

独立行政机构国立产业技术综合研究所[会长吉川博之](以下简称“AIST”)可持续材料研究部[部门负责人 Motohiro Toriyama] 成功开发出新一代多功能窗玻璃,可根据环境温度的变化自动调节太阳热量,通过将可见光透过率(传统材料的最大问题)从 40% 提高到 60%,实现世界一流的性能。

热反射玻璃和其他产品已经商业化,可以阻挡夏季过多的太阳辐射,但它们的光学性能是恒定的,不能随季节变化而改变。另一方面,光学特性随温度而变化热致变色材料也有人进行了研究,但由于其可见光透过率低、隔热性差、因温度变化对太阳辐射的调节范围窄等原因,一直难以投入实际应用。

产业技术研究院受新能源产业技术综合开发机构(社长牧野勉)(以下简称“NEDO技术开发机构”)委托,作为“有效利用能源的基础技术的领先研究开发”的一环,进行了“环境响应型热镜的研究开发”。因此,我们利用多层薄膜系统中的光学干涉效应,成功实现了世界上第一个高性能多层薄膜结构,包括热致变色光控薄膜。通过专有的材料设计和结构优化,可见光透过率40~60%、太阳能光控率这是传统玻璃的两倍以上,并且通过多功能化和建立制造方法,成功地向实际应用迈出了一大步。通过整合这些技术,将有可能创造出集自动光控制、高隔热、紫外线阻挡、光触媒自清洁等多种功能于一体的新型节能舒适窗玻璃,有望对工业界产生连锁反应。               

 该图显示了玻璃功能的概要。在夏季,它可以阻挡约 60% 至 70% 的太阳辐射,但在冬季,它具有高度隔热性,可以吸收太阳辐射的红外线部分。根据30℃左右的环境温度自动切换。通过选择结构,可以增加高隔热、自清洁功能等功能。
玻璃工作原理示意图
图1玻璃工作原理示意图


研究背景

 建筑物的窗户在与外界的光热交换中占有很大的比例。例如,在房屋中,大约70%的热量在夏天进入,大约50%的热量在冬天通过窗户流出。为防止全球变暖,家庭和办公室的节能措施不断加强,节能窗玻璃的需求逐年增加。双层玻璃等节能玻璃已经商业化并开始流行。

 热反射玻璃允许可见光透过但阻挡过多的太阳辐射,具有更高的节能效果,并且低排放(低辐射) 眼镜也已被开发出来,但它们具有固定的光学特性,无法根据季节变化或居住者的需求而改变。传统的由单层氧化钒薄膜制成的热致变色玻璃也进行了研究,其光学性能随温度变化,但由于存在可见光透过率低、隔热性弱、太阳光调节范围很窄等缺点,难以投入实际应用。

研究历史

 因此,产业技术研究所一直在进行研究,旨在开发高度节能且更先进的下一代节能舒适的窗玻璃。特别是近年来,作为NEDO技术开发机构委托研究“有效利用能源的基础技术的先进研究和开发”的一部分,我们进行了“环境响应型热镜的研究和开发”。物质的相变与以往一样用作控光薄膜,我们在世界上首次设计出可实现高性能和多功能的多层薄膜结构,显着提高了可见光透过率和太阳光控制率,成功开发出具有世界一流性能的热致变色控光玻璃。此外,通过增加功能和建立制造方法,我们能够实现实用化的重大突破。如果这种自动控光玻璃得以实现,将创造出一种透明、不需要窗帘、能根据季节变化感应环境温度自动控制阳光的新型窗玻璃。除了自动调光功能外,它还可以集成高隔热、防紫外线、光触媒自清洁功能等多种功能,有望成为具有创新功能的节能舒适的窗玻璃。

研究内容

 光控制层由一种称为氧化钒的热致变色材料制成。根据需要,可以通过添加元件等将调光温度精确地设置在室温附近。 (以上为常规研究)

 我们首先对结构最简单的光控窗玻璃进行了光学设计,即由单层氧化钒薄膜制成的玻璃。通过光学计算确定了最佳膜厚,在不显着降低可见光透过率的情况下,以单层薄膜实现了高阳光控制能力。 (成功提高了简单单层结构的性能)

此外,为了一次性解决传统单层热致变色控光玻璃的缺点,我们设计了全球首个多层薄膜系统,将氧化钒控光层夹在多个功能薄膜之间,以提高可见光透过率和太阳光控制率,并引入多种功能。通过精确的光学设计,几乎实现了最大的调光能力。在夏季,它可以阻挡大约60-70%的太阳辐射,但在冬季,由于具有高隔热性,太阳辐射中的大部分红外部分(给人温暖的感觉)被带入室内。另外,根据30℃左右的环境温度自动进行切换。此外,通过在功能层中使用光催化材料,可以实现自清洁等多功能性。溅射法等方法创建多层薄膜结构的方法,我们为实际应用铺平了道路。 (通过多层结构成功实现了更高性能和多功能性,并通过建立制造方法实现了实用化之路)

未来计划

 这项研究有望开发出超越市售热反射玻璃的新一代高性能节能玻璃,并通过建立制造方法,有望在商业化方面取得进展。人们对其作为办公楼、家庭和汽车的高性能、节能窗户的应用寄予厚望。


术语解释

◆热致变色材料
光学特性(透射、反射、吸收等)可根据温度发生可逆变化的物质。氧化钒就是一个典型的例子。[返回来源]
◆可见光透过率
阳光光谱可见部分(波长 380 至 760 纳米)中透射光的百分比。[返回来源]
◆太阳能光控率
冬季阳光透过率相对夏季阳光透过率的增加率:调光率=(冬季透过率-夏季透过率)/夏季透过率[返回参考源]
◆物质的相变
由于温度或成分变化等外部刺激,物质结构转变为不同状态(相)的现象。[返回来源]
◆溅射法
通常称为溅射,该过程涉及用离子轰击固体表面以释放表面原子,然后这些原子被吸附并沉积在另一个固体表面上。[返回来源]


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