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电致变色|玻璃，竟然还可以这么智能！！！( 二 )


悬浮粒子的原理和聚合物分散液晶很像：两片玻璃（或塑料）之间是液体夹层 ， 有棒状纳米颗粒悬浮于夹层的液体中 。 当不施加电压时 ， 悬浮粒子会随机分布 ， 阻挡和吸收光线；施加电压后 ， 悬浮粒子会定向排列让光线通过 。 调节电压可以调节悬浮粒子的排列方向 ， 从而调节玻璃的透光量 。
电致变色|玻璃，竟然还可以这么智能！！！
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悬浮粒子智能玻璃的原理 | 来源：HowStuffWorks.com
至于微型百叶窗 ， 则是在透明导电玻璃上沉积一层微米级的卷曲电极 。 因为微型百叶窗是微米级的 ， 所以肉眼几乎看不见它 。 电压可以控制卷曲电极是卷曲还是展开 ， 从而控制透光量 。
电致变色|玻璃，竟然还可以这么智能！！！
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电子显微镜下的微型百叶窗 | 来源：[3]
电致变色|玻璃，竟然还可以这么智能！！！
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微型百叶窗可玩性挺高的 | 来源：DMDisplay
上面提到了三种智能玻璃 ， 它们的原理本质上都是宏观状态下物体的集体运动 ， 是物理变化 。 还有的智能玻璃是通过微观状态下粒子的运动来实现的 ， 是化学反应 ， 比如下面即将介绍的电致变色玻璃 。
电致变色玻璃 ， 顾名思义就是可以通过施加电压来改变玻璃的颜色 。
电致变色|玻璃，竟然还可以这么智能！！！
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左图：电致变色玻璃未通电 ， 看起来和普通玻璃没什么区别；右图：电致变色玻璃通电后变成了深蓝色 | 来源：NREL
电致变色玻璃大致可以分成7层 ， 如下图所示 ， 从左往右分别是透明玻璃（或塑料）、透明导电层、离子存储层、电解质层、电致变色层、透明导电层、透明玻璃 。 其中最重要的就是电致变色层 。
电致变色|玻璃，竟然还可以这么智能！！！
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电致变色玻璃的结构 | 来源：HowStuffWorks
电致变色层中含有变色材料 。 有的变色材料在高价态显色 ， 低价态褪色 ， 这种叫阳极变色材料 ， 比如NiO [4] 。 NiO在高价态下显灰色 ， 当它发生下面这个反应时 ， 电致变色玻璃就可以从透明切换到灰色 。
而有的变色材料则是在高价态透明 ， 低价态时显色 ， 这种就叫做阴极变色材料 ， 比如说WO3[4] 。 WO3与H+和Li+结合后 ， 就会由透明转变为深蓝色 ， 从而达到变色的效果 。 WO3是目前应用最多 ， 性能最好的阴极着色材料 ， 电致变色玻璃中很多用的都是它 。
知道了变色材料变色的原理 ， 现在就能更好地理解电致变色玻璃的工作原理啦 。 当给电致变色玻璃的透明导电层施加电压的时候 ， 离子存储层中存储的离子会在电场作用下穿过电解质层 ， 与电致变色层中的变色材料结合 ， 从而让变色材料变色 。
电致变色|玻璃，竟然还可以这么智能！！！
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电致变色玻璃工作原理 | 来源：HowStuffWorks
下面这幅动图可能更好理解一点 ， 以WO3为例 ， 向离子存储层和电致变色层之间施加电压 ， 锂离子（图中的蓝色圆圈）从离子存储层移动到电致变色层（图中从左到右）让WO3变为蓝色 。 这样玻璃反射、吸收的光线更多 ， 而透射的光线更少 ， 从而使其显得不透明（更暗） 。
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电致变色玻璃工作原理 | 来源：explainthatstuff.com
电致变色玻璃变色的程度可以通过电压的大小来调控 。 如果用光敏传感器代替手动调节按钮 ， 让光敏传感器根据光强做出反应进而调节电压 ， 那就是真·智能玻璃 。
电致变色玻璃相比于电控雾化玻璃的一个优点是 ， 改变了玻璃的颜色之后是不需要再通电来维持的 ， 这点比较像电纸书的墨水屏 。
不过 ， 相比于电控雾化玻璃能实现从透明到不透明的瞬时切换 ， 电致变色玻璃切换则比较慢 ， 视玻璃的尺寸而定 ， 从几秒钟到几分钟不等 。 这个好理解 ， 毕竟离子迁移还是需要时间的 。 电致变色玻璃色彩变化的一致性也不太好 ， 它变色的时候 ， 边缘会先变暗 ， 然后向内扩展 ， 形成比较大的色彩变化 。
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波音787客机的电致变色玻璃 ， 明显可以看出中间变色要比边缘慢一拍 | 来源：makeagif.com


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