独立行政机构国立产业技术综合研究所[会长野间口裕]（以下简称“AIST”）可持续材料研究部[研究部主任Mamoru Nakamura]环境响应型功能薄膜研究组Kazuki Yoshimura研究组组长使用了新的开关方法调光镜开发了一张表。
调光镜可以在透明状态和镜面状态之间切换，用于窗玻璃时，可以形成节能玻璃，有效阻挡阳光，大大降低冷负荷。新开发的调光镜片与传统的完全不同气致变色法执行切换常规电致变色法的调光玻璃快大约20倍，并且可以控制可见光到近红外区域的光反射。通过这一发展，大部分一直被认为是气致变色光致变色镜实用化问题的问题都可以得到解决。此外，由于控制光的薄膜的厚度约为以前薄膜的十分之一，因此我们可以预期制造成本将显着降低。
该技术的详细内容将于2013年1月30日至2月1日在东京江东区东京国际展示场举办的“nano tech 2013第12届国际纳米技术展览会暨技术大会”上进行展示和公布。
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新调光镜片的切换
(37厘米×26厘米) |
供暖和制冷约占家庭和工作场所能源消耗的30%，而窗户是对能源消耗影响较大的部件。普通窗户玻璃除了可见光外还允许热量透过，降低了建筑物的隔热性能。因此，单纯增加窗户的隔热性能就可以起到显着的节能效果，例如隔热性能高的双层玻璃，低辐射玻璃（生态玻璃）正在变得流行。除了提供隔热作用外，控光玻璃是一种窗玻璃，可以控制光和热的进出，以阻挡阳光并增加节能。
在控光玻璃中，典型的是可电动操作的电致变色玻璃。使用薄氧化钨薄膜作为光控制层的建筑用电致变色玻璃最近在美国已商业化，但为了变得更广泛，需要更低成本的光控制玻璃。
另外，由于所有传统的电致变色控光玻璃都是吸收光来控光，因此薄膜的温度升高，并以热量的形式重新辐射到室内。如果可以通过反射来控制光，就可以更有效地阻挡太阳辐射。人们对能够在透明状态和镜面状态之间切换的光控镜寄予厚望。
产业技术研究所自2001年起开始研究开发用于光致变色镜的薄膜材料。我们在实际建筑物中安装了实际尺寸的窗户玻璃，并证明与普通透明双层窗户玻璃相比，其具有减少30%以上冷负荷的效果。
电致变色型控光玻璃结构复杂，价格昂贵。另一方面，气致变色法结构简单，仅由两层薄膜组成，因此预计成本较低。另一个优点是切换速度不受尺寸影响，气致变色方法被认为适用于大型光控玻璃，但它在耐用性方面存在问题。
AIST 开发了一种使用镁钇合金薄膜可切换超过 10,000 次循环的光控镜 (2012 年 9 月 20 日新能源与产业技术综合开发机构/AIST 新闻稿）。然而，由于使用氢气进行切换，存在安全性方面的顾虑，因此产业技术研究所致力于开发安全的气色调光镜。
传统的气致变色控光玻璃是使用垫片将两片玻璃粘贴在一起，并通过将气体引入到它们之间的空间来进行切换（图1）。当引入电解水产生的氢气时，光控镜薄膜由于氢化而从镜面状态转变为透明状态，而当引入氧气时，由于脱氢而从透明状态恢复为镜面状态。
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| 图1 传统气色控光玻璃 |
这次，我们发现，即使在不使用间隔物的情况下使玻璃和透明片紧密接触，也会形成平均厚度约为01mm的间隙，并且通过将气体引入到该间隙中，可以进行气色切换。然而，由于该间隙非常小，因此即使如传统方法中引入含有氢气或氧气的气体，也不能成功地进行切换。因此，我们详细研究了气色切换机制，并开发了一种即使在如此小的空间内也能很好地进行切换的新方法（图2）。这种新的切换方法可以实现与传统气致变色光控玻璃相同的切换，尽管事实上板材和玻璃之间到处都存在局部接触。
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| 图2新型气色控光玻璃 |
以前的气致变色型光控玻璃总是需要双层玻璃，并且不能用于汽车和其他使用单层玻璃的应用。新开发的气致变色法只需在玻璃周围粘贴控光片即可用作控光玻璃，该控光片是在透明片上沉积控光镜薄膜而制成的，因此也可用于汽车。
另外，对于1m×1m的玻璃，如果玻璃之间的间隙为5mm，则体积为5L，切换时需要大量的气体置换。相比之下，采用新方法，切换相同面积的玻璃所需的气体体积约为100cc，是其1/50，并且可以使用少量的氢气进行切换。此外，由于引入的少量氢气立即被调光薄膜吸收，间隙中几乎没有氢气，消除了氢气泄漏的风险。
在传统的电致变色光控玻璃中，切换速度由流过透明导电膜的电流决定，因此随着尺寸的增大，切换速度变得更慢。目前常用的为透明导电薄膜ITO时，最快需要10分钟左右才能切换整个一米大小的玻璃。相比之下，新开发的气致变色光控片可以在约30秒内使整个米大小的片材变得透明，比切换速度快约20倍。
另外，由于可以用微量的氢进行切换，所以可以使用空气中的水(水蒸气)作为氢产生源。例如，当温度为30℃、湿度为50%时，空气中的水蒸气浓度约为2%，但可以利用该水蒸气电解产生的少量氢气来进行切换。以前，需要从水箱供应电解水，但新方法不再需要这一点，现在只需向用于电解的聚合物膜施加约3V的电压，即可通过水蒸气产生氢气来进行切换。由于只产生极稀的氢气，因此不存在爆炸危险。
图 3 显示了利用空气中的水分进行切换的光控镜片的照片。虽然这种片材是气致变色方法，但它不需要气体或水，只需将3V电池连接到终端即可进行切换，使其像电致变色控光玻璃一样易于操作。
调光玻璃和薄膜是磁控溅射法沉积薄膜采用这种方法制造时，决定产品成本的主要因素之一是薄膜部分的成膜速度，速度越快，制造成本越低。目前市售的电致变色控光玻璃通常由五层薄膜组成，总厚度约为1微米。相比之下，新开发的光致变色镜片有两层薄膜，总厚度不到100纳米，约为厚度的十分之一。此外，由于新开发的光致变色镜片仅由可快速沉积的金属薄膜制成，因此与传统的电致变色光致变色玻璃相比，预计光致变色镜片将显着减少沉积时间和成本。
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图3 可调光镜板，只需连接电池即可驱动
由于是片材，所以具有柔韧性，可以进行一定程度的弯曲 |
未来，我们计划评估重复切换时的耐用性。此外，随着这一发展，气色控光玻璃现在可以应用于以前认为无法应用的领域，特别是汽车、火车和飞机等小型窗玻璃。我们的目标是将可见光透过率提高到70%以上，应用于汽车挡风玻璃，具有最大的隔热效果。该公司还将与企业合作进行大片材成膜的研究，旨在早期应用于建筑物大窗玻璃。