米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）纳米材料研究部[研究部主任佐佐木刚]纳米粒子功能设计组[研究组组长河本彻]田岛和树主要研究人员为东芝材料公司[代表董事兼总裁青木胜明]（以下简称“东芝材料”）、东丽工程公司[代表董事兼总裁岩出隆]（以下简称“东丽工程公司”）、Hayashi Telempu Co, Ltd [代表董事兼总裁 Hayashi Hayashi] 与 Takao Hayashi（以下简称“Teremp Hayashi”）合作，开发了一种生产大面积光控制器件的方法，该器件具有从可见光到近红外光的遮光性能。
在该光控装置中，施加电压时会发生电化学离子传导，电致变色的原理来切换光学特性。 AIST 等调光材料普鲁士蓝来制备墨水。类型复合纳米粒子和氧化钨纳米粒子，它们在水中参与屏蔽可见光和近红外光。这是一种用于应用这些油墨的工业涂布设备。狭缝涂布机进行优化，我们使得创建大面积光控制设备成为可能。如果将所开发的光控制装置用作光控制窗，则可以利用根据场景而定的光学特性，有效地减少空调和照明负载，并创建安全的空间。
该技术的详细信息将于 2020 年 1 月 29 日至 31 日在东京有明国际展览中心（东京江东区）举行的 nano tech 2020（第 19 届国际纳米技术展览和技术会议）上公布。
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| 这次创建的G2尺寸调光装置透明时（左）和遮挡时（右） |
汽车等各种移动车辆中，车窗是用来从车内看到外面的，但同时也会因过多的光线和大量的热量流入而产生眩光，损害驾驶员和乘客的舒适性和安全性。例如，在汽车中，冬天热量通过窗户逸出，夏天阳光和热量通过窗户流入，因此启动加热和冷却系统。特别是夏季烈日下停放汽车时，车内温度可达70度以上，车内存在中暑的危险。此外，从隐私保护的角度来看，需要一种不让外部看到内部的技术。因此，对能够根据情况改变光学特性来控制光和热的流入和流出的光控制窗的需求不断增加。
调光窗市场规模预计2027年为80亿美元，表明社会潜在需求很大。另一方面，有人指出，为了实现这一市场规模，需要新的基于解决方案的材料以及制造工艺效率的显着提高和成本降低。
调光窗户的主要工业流程磁控溅射法已被使用，但它需要大型真空设备，并且在生产率和良率方面价格昂贵，这是其广泛使用的障碍。
AIST专注于作为光控制材料之一的普鲁士蓝型复合纳米粒子，开发了一种将其分散在溶剂中并制成墨水的技术，并一直致力于从材料开发、制造工艺和设备开发等方面的研究和开发，例如使用该技术创建涂层光控制设备。（2007 年 8 月 8 日、2010 年 3 月 26 日、2011 年 2 月 15 日、2012 年 11 月 20 日AIST 新闻稿）。迄今为止，已经使用了多种涂层方法，但均匀涂层的极限约为100毫米×100毫米。易于在实验室使用旋涂法中，基材的中心较厚。另一个问题是所使用的油墨大部分是分散的，导致油墨材料的使用效率较低。近年来，我们通过公司之间的垂直合作，加速了向实际应用的研究和开发，这次我们致力于使用工业镀膜设备制造出实用窗户大小的大型设备，这在实验室水平是不可能的。
普鲁士蓝型复合纳米粒子有多种类型，可引起各种颜色变化。然而，当应用于光控窗时，仅由普鲁士蓝型复合纳米粒子制成的光控装置是不可行的。对比是不够的。此外，还无法控制近红外光，它参与太阳光中所含热量的传递。因此，拥有先进制造技术的东芝材料公司添加了使用氧化钨纳米颗粒的第二光控制层，除了可见光之外，还可以阻挡近红外光。
为了将墨水涂布到大型玻璃基板上，我们合成了由每种纳米粒子制成的墨水，使其可以与东丽工程拥有技术的狭缝涂布机一起使用，并调整其浓度、粘度、成分等，并针对狭缝涂布机进行了优化。这使得可以涂覆 G2 尺寸（370 毫米 x 470 毫米）。
所开发的光控制装置的结构为透明基材/透明电极/光控制层1/电解质/光控制层2/透明电极/透明基材。图1所示为所开发的大面积光控器件的制造过程。涂有由普鲁士蓝型复合纳米颗粒制成的墨水的玻璃和涂有由氧化钨纳米颗粒制成的墨水的玻璃通过电解质结合在一起。生产效率高，因为每次应用都可以在室温和压力下进行。另外，在使用狭缝涂布机的情况下，每个G2尺寸基板的成膜速度为5～20秒，例如在以1μm的膜厚进行成膜的情况下，整个面的膜厚偏差小于3％。此外，材料利用率达到99%以上，适合批量生产。
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| 图1调光装置的制造方法示例 |
当在两个透明电极之间施加+12V的电压时，颜色从无色透明变为深蓝色。相反，当施加-08V的电压时，颜色从深蓝色恢复到无色透明。此外，在汽车电气技术方面具有优势的Telempu Hayashi开发了该器件的密封结构、电解质和组装工艺，使得制造大面积光控器件成为可能。此外，通过开发专用电源来快速且良好控制地驱动该器件，可以使用与干电池相当的15V电压切换G2尺寸调光器件的光学特性。图的左侧。图2示出了光控制装置的透射光谱的变化的示例。另外，用于光谱测定的装置是将G2尺寸的成膜基板切出而制作的，其尺寸为100mm×100mm。如图2右图所示，施加电压后约5秒，可见光透过率从 77% 到 55%太阳能透射率将为57%至26%。还示出了通过使用控光装置作为滤光片的相机镜头拍摄的照片，可以选择性地阻挡近红外光（热射线），同时保持太阳光中包含的可见光的一定程度的透射率。此外，在约60秒内，可见光透过率变为18%，日光透过率变为16%，表明其具有有效的遮光性能。这样，可以通过改变电压和施加电压的时间来控制调光装置的光学特性。
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图2 所开发的调光装置的太阳能控制能力
透射光谱的变化（左）、可见光透射率和太阳光透射率的变化（右） |
这次，通过使用工业镀膜工艺的一种狭缝镀膜机，使用功能性纳米颗粒分散墨水创建镀膜型光控制装置，成功镀膜了相当于实际窗户的G2尺寸玻璃。该技术也可应用于柔性树脂薄膜。迄今为止，磁控溅射法的生产成本一直是个问题，但新开发的技术可以降低生产成本。此外，通过改变材料的成分和结构，可以选择色调、遮光性和隔热性，因此有望在满足用户便利性、舒适性和安全性等QOL（生活质量）的光控制装置中创造新的社会趋势。
未来，我们希望证明我们开发的技术可以应用于各种形状。此外，我们希望评估调光装置的耐用性和耐候性，并开发出一种满足社会需求并表现出稳定性能的结构，从而实现早期商业化。