关于智能调光和控温玻璃的设想.doc

完整版)关于智能调光和控温玻璃的设想
关于智能玻璃的设想
学院：化学化工学院 班级：2班 年级：大三 专业：制药工程
学号:1306070223 电话：[phone]

1、概述
智能材料是模仿生命系统、能感知环境变化并能实时改变自身的一种或多种性能参数、自身可作出所期望的能与变化后的环境相适应的自我调整的复合材料或材料的复合［1]。智能材料组成的智能结构常常把高技术传感器或敏感元件与传统结构材料和功能材料结合在一起，具备传感、驱动和控制三个基本要素，赋于材料崭新的性能，使无生命的材料变得有了“感觉”和“知觉”,并能通过自己的感知,作出判断,发出指令，并执行和完成动作，实现自检测、自诊断、自校正、自修复及自适应等多种功能[2］［3]。本文仅对智能玻璃材料及其应用前景进行详述。
2、智能玻璃材料分类
1。1智能调光玻璃
调光玻璃是将液晶膜复合进两层玻璃之间，经高温高压压合后，一体成型的夹层结构的新兴特种光电玻璃。使用者通过控制电流的通断与否控制玻璃的透明不透明状态。玻璃本身具有一切安全玻璃的特性，同时具备控制玻璃透明与否的隐私保护功能,由于液晶膜夹层的特性,调光玻璃还可以作为屏幕使用，代替普通幕布,在玻璃上呈现高清画面图像。
当调光玻璃关闭电源时，电控调光玻璃里面的液晶分子会呈现透光而不透明的外观状态；当给调光玻璃通电后里面的液晶分子呈现整齐排列，光线可以自由穿透，此时调光玻璃瞬间呈现透明状态。
1。2智能控温玻璃
这种智能玻璃能够有选择性地吸收或反射红外线，从而保持室内温度舒适宜人。这种神奇的作用就在于涂抹在它表面上的超薄层物质——二氧化钒和钨的混合物。天气寒冷的时候，二氧化钒能够吸收红外线，产生温热效应，从而提高室内温度；在炎热的天气里，超薄层混合物中，粘合在一起的两种物质的分子发生相应变化,反射红外线，从而使得室内凉爽。超薄层混合物中2%含量的钨决定了二氧化钒是吸收热量还是散发热量。
那么把以上两种结构特性综合到一起而得到的智能玻璃就能够达到自由调节亮度和室温的目的要求。
3.智能玻璃的研究和发展
3.1国外智能玻璃材料的发展
外国科学家也在智能玻璃这方面下了很大的功夫,他们把智能玻璃推广到建筑行业中去，开发出一种身兼窗帘功能的窗玻璃。它的夹层中有一层水溶性聚合纤维.在低温天气时，这种聚合成分中的油脂成分把凝结的水分子聚集在自己周围，像僵硬的绳子似的成串排列，阻挡光线；当它受热时,这种聚合物分子又像沸水里翻滚的面条,摆脱凝聚时的束缚，此时又变得清澈透明起来。这一转变过程在大部分情况下只需两三摄氏度的温差就能有所反应，并且是双向可逆式进行。
建筑物的窗户如果是装上这样的玻璃，其主人就可以轻松地适应周围的环境，减少照明、空调的电能消耗。早上太阳一出，气温升高，这些聚合物就会使窗玻璃像冬天结霜一样，从边角开始逐渐雾化变暗,挡住太阳的光和热。当室内温度达到10摄氏度时，窗玻璃会在几分钟内浑浊起来,可阻挡80％的太阳光和90％的紫外线。比如，当太阳从天空的一端转向另一端时，装有这种聚合物玻璃的天窗就能全天提供比较恒定的进光量。当然，这也不至于让人昼夜颠倒，因为房间主人还可以通过选择钮在25W—60W的照明亮度，比如春天温暖的阳光就不用遮挡，这时不开空调，房间也能保持恒温。
3.2我国智能玻璃的发展
我国科学家则另辟蹊径，发明了一种新型的智能玻璃。这种玻璃在室外温度升高时,会因为红外线透过率下降使屋内亮度保持不变，而当室外温度下降时，红外线透过率升高，使屋内温度不会变化很大。
根据其不同的原理和方法，我国科学家开发的这种智能玻璃分为三大类八种产品。其中一类就是温控智能玻璃材料 ，即随着室外温度的变化，控制可见光和红外线的透过率，从而控制室内温度和亮度.这种智能玻璃材料随温度变化而更加灵敏，而且它的成本仅为国外的1/5.由于这种智能玻璃控制了室内的温度和亮度,可以减少空调的使用频率和强度,空调运行时释放的二氧化碳和其他废气也会减少，所以它既可以降低污染，又可以节省能源.
4、智能玻璃材料的应用前景及发展趋势
4。1智能玻璃材料的应用前景
新型智能玻璃上覆盖的特殊物质是二氧化钒.二氧化钒是一种具有相变特性的热敏功能材料，当温度达到68℃左右时，其电子排列就会发生变化，使其从半导体态的锐钦矿相转变为金属态的金红石相。由于自由电子导电作用急剧增强,光学特性会发生明显变化。即自由电子对光的吸收会引起光透过率的变化，特别是红外波段的光透过率急剧降低、反射率增大，从而可以有效阻挡红外线的进入,避免温度继续上升.而当温度降到68℃以下时，它又会自动提高对红外光的透过。研究人员在二氧化钒中掺杂其他元素，如钨等,可以有效地降低二氧化钒相变的临界温度，使其尽量接近室温［4][5］.因此，将这种材料涂覆在玻璃表面，具有很好的节能效果。
智能玻璃不仅可以引领建筑科技，也可以用作屋顶、窗玻璃和墙壁，而且还可以用于汽车功能玻璃、智能玻璃温室和军事领域。
4.2智能玻璃材料今后的研究重点
由于新型智能材料主要是二氧化钒，目前对二氧化钒薄膜型智能玻璃的研究主要集中于高品质二氧化钒薄膜制备工艺与最佳掺杂元素浓度的探索,以及双分子层膜系的设计研究等方面。
5、结论
智能材料现正受到各方面的关注，从其结构的构思，到智能材料的新制法自适应材料和结构、智能超分子和膜、智能凝胶、智能药物释放体系、神经网络、为机械智能光电子材料等方面都在积极的开展研究.智能材料的研究内容是非常丰富的.如果把各种类型的陶瓷传感器和陶瓷驱动器集成在一起,则可设计出功能相当复杂的系统.在这种系统中，材料与器件的界限就逐渐消失了。
智能材料结构的重要性体现在它的研究与材料学、物理学、化学力学、电子学、人工智能、信息技术、生物技术、加工技术以及控制数、仿生学和生命科学等许多前沿科学及高技术密切相关,它具有巨大的应用前景和社会效益。研究工作在许多方面有待新的突破，但依然前景光明,并会像计算机芯片一样引起人们的重视，推动诸多技术的发展,开拓新的学科领域并引起材料与结构设计思想的重大变革.

参考文献
［1］贺昌城,顾振兴.关于智能材料的探讨［J].天津工业大学学报，2001，20(5)：42—45.
[2］师昌绪.材料大辞典［M］。北京：化学工业出版社，1999.408：1161-1162.
［3］田莳。功能材料[M].北京:北京航天大学出版社，1995：224-247.
［4］徐惠彬，仲伟虹，田莳.智能复合材料的发展现状及应用前景[J］.航空精密制造技术，1997.33（4)：11-14。
[5]徐祖耀.与马氏体相变有关的形状记忆材料[J]。世界科技研究与展，1998，20（5）：61-67。