溫控智慧近紅外光調光窗

刊登日期:2012/12/4
  • 字級

目前市面上有多種智慧調光窗的產品,主要功能是可以改變戶外光線能量進入室內之量,而最主要是智慧調光窗,一般而言,含有智慧材料可以對光線產生吸收或散射現象,達到調控進入室內之光通量效果。這些材料大多是利用光、熱及電等方式達到其調光機制。目前應用在建築上之調光材料有電致變色(Electrochromics; EC)材料、光致變色材料、氣致變色(Gaschromics; GC)、PDLC (Polymer Disperse Liquid Crystal)及熱向性(Thermotropics)材料。上述材料皆利用其性質調控可見光的光通量,然而此種調控可見光的性能會影響視覺觀賞的功能,因此開發出可近紅外光調光玻璃就有其必要性,其中最有可能被用來做為建築玻璃近紅外光調光的材料是以VO2 為主。


圖一、VO2 在相轉換溫度前後的晶體結構圖

國際研究現況
1996 年日本科學家J. Ping與 T. Sakae也使用了Mo 來取代V ,與先前W的實驗作對照, 同樣是利用Dual-Target Magnetron Sputtering 的方法製備薄膜V 1-x MoxO2 ,當x ≦ 0.020 時,轉換溫度對Mo 的數量呈線性發展,轉換溫度大約在40°C 左右,但是當x = 0.041 時便脫離了線性的關係,轉換溫度降低的幅度明顯變小,效果不如W6+ 。2011年Carlos Batista、Ricardo M Ribeiro 及Vasco Teixeira也將Nb、Mo、W 等金屬離子植入VO2 薄膜中,比較其相轉變溫度降低的效率如圖六所示,可明顯看出Nb 及Mo 等金屬離子的效果不如W離子有效率。

從各種的實驗數據中發現,不同離子的大小及價數,對於改變VO2 的Tc ,有非常大的差異。當加入高氧化價數的金屬離子,如W6+ 或Nb5+ 時,會使得VO2 的Tc 下降。而當加入低氧化價數金屬離子,如Al3+ 或Cr3+ 時,反而使VO2 的Tc 上升。


圖六、利用雙靶濺鍍技術研究不同金屬離子植入VO2 薄膜之相轉變溫度變化研究,其中W 相對於Mo及Nb離子而言具有較高效率的相轉變溫度降低效果

工研院技術發展現況
目前工研院材化所也對VO2 材料投入相當大的研究人力與物力,目前已成功開發出多種不同相轉變溫度之VO2 材料,其中主要的調控溫度技術是在VO2 材料中植入六價鎢離子,藉由材化所自行開發的平台技術,可有效植入各種不同含量的W離子,進而調控其變溫範圍,實驗結果如圖九及圖十所示:其結構並未因為鎢離子的植入而產生變化,仍然保有單斜晶系的結構。另外,由圖十可看出該材料在室溫的範圍有明顯的吸放熱現象,表示材化所開發的材料可在室溫進行熱變色之現象,該現象有助於提升VO2 材料做為智慧窗應用的潛力。除此之外,本技術相較於目前國際上生產製作VO2 材料的技術,相對的簡單與成本低廉……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文

作者:張仕欣 /工研院材化所
★ 本文節錄自「工業材料雜誌312期」,更多資料請見:http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=10754


分享
為此篇文章評分

相關廠商