CN202110359U - 纳米智能玻璃 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种纳米智能玻璃，包括纳米玻璃、直流电源和控制单元，其中，所述纳米玻璃包括玻璃和电致变色薄膜元器件；所述直流电源的正极与所述电致变色薄膜元器件的所述至少一层导电阳极层连接，所述直流电源的负极与所述电致变色薄膜元器件的所述至少一层导电阴极层连接，所述直流电源用于向所述电致变色薄膜元器件提供电压值在1V-20V之间的直流电压；所述电致变色薄膜元器件通过所述至少一层导电阴极层或所述至少一层导电阳极层附着于所述玻璃的内侧面；所述控制单元，与所述直流电源连接，用于控制所述直流电源提供给所述电致变色薄膜元器件的电压值。本实用新型可以实时智能地调节玻璃的变色程度。

Description

纳米智能玻璃
技术领域
本实用新型涉及一种玻璃，尤其涉及一种纳米智能玻璃。
背景技术
目前世界上能实现产业化生产的所谓“智能玻璃”的一些技术主要有：液晶变色玻璃(PDLC)和悬挂颗粒型变色玻璃(SPD)。液晶变色玻璃是在玻璃上附着一层类似于液晶电视所采用的液晶薄膜，而悬挂颗粒型变色玻璃则是在玻璃上涂上一层含有胶体颗粒物质的聚合物膜。在断电状态下，由于液晶或胶体颗粒成随机分布，对光线造成散射，呈不透明状态；而通电状态下，薄膜中的颗粒呈有序排列，使得光线得以闯过，玻璃呈透明状态。
液晶变色玻璃和悬挂颗粒型变色玻璃存在的不足如下：
1、在断电状态下，玻璃呈不透明状态，如果要保持玻璃透明，必须持续通电，消耗能量；
另外，在建筑楼宇应用中，如遇突然事故导致停电，为地震、火灾等事故的抢救也造成额外的难度；
2、需要很高的交流电压(24V-100V)才可以控制。
发明内容
本实用新型的主要目的在于提供一种纳米智能玻璃，可以实时智能地调节玻璃的变色程度。
为了达到上述目的，本实用新型提供了一种纳米智能玻璃，包括纳米玻璃、直流电源和控制单元，其中，
所述纳米玻璃包括玻璃和电致变色薄膜元器件；
所述电致变色薄膜元器件，包括依次排列的至少一层导电阴极层、至少一层电致变色层、至少一层离子导电层、至少一层离子存储层和至少一层导电阳极层；
所述电致变色薄膜元器件的总厚度介于300-5000纳米之间；
所述导电阳极层、所述离子存储层、所述离子导电层、所述电致变色层和所述导电阴极层为纳米量级的薄膜，该薄膜的材料主要为金属氧化物或高分子聚合物；
所述直流电源的正极与所述电致变色薄膜元器件的所述至少一层导电阳极层连接，所述直流电源的负极与所述电致变色薄膜元器件的所述至少一层导电阴极层连接，所述直流电源用于向所述电致变色薄膜元器件提供电压值在1V-20V之间的直流电压；
所述电致变色薄膜元器件通过所述至少一层导电阴极层或所述至少一层导电阳极层附着于所述玻璃的内侧面；
所述控制单元，与所述直流电源连接，用于控制所述直流电源提供给所述电致变色薄膜元器件的电压值。
实施时，本实用新型所述的纳米智能玻璃，还包括安装于所述纳米玻璃外侧的传感器件，其与所述控制单元连接。
实施时，所述控制单元包括智能玻璃控制器和中心控制器，所述传感器件与所述中心控制器连接；
所述中心控制器，分别与所述传感器件和所述智能玻璃控制器连接，接收所述传感器件实时测量的数据，并根据该数据和优化的能源管理模型，向所述智能玻璃控制器发出指令，所述智能玻璃控制器通过该指令来调整所述直流电源提供给所述电致变色薄膜元器件的电压值。
实施时，所述传感器件为有线传感器件，其与所述控制单元电连接。
实施时，所述传感器件为无线传感器件，其与所述控制单元通过无线网络通信连接。
实施时，当所述传感器件设于室外时，所述传感器件包括温度传感器和/或光敏传感器，能实时准确地测量室外的温度和/或光照的强度，并将测量到的室外的温度和/或光照的强度传送至所述控制单元，所述控制单元根据该测量得到的室外的温度和/或光照的强度来调整所述直流电源提供给所述电致变色薄膜元器件的电压值。
实施时，当所述传感器件安装于室内时，所述传感器件包括温度传感器和/或红外传感器，能实时测量室内的温度和/或室内的人员活动情况，并将测得的数据传送回所述控制单元，所述控制单元根据该数据来调整所述直流电源提供给所述电致变色薄膜元器件的电压值。
实施时，本实用新型所述的纳米智能玻璃，还包括手动控制开关；
所述手动控制开关，与所述控制单元电连接，用于通过手动控制所述控制单元调整所述直流电源提供给所述电致变色薄膜元器件的电压值。
实施时，本实用新型所述的纳米智能玻璃，还包括遥控控制开关；
所述遥控控制开关，与所述控制单元通信连接，用于通过遥控控制所述控制单元调整所述直流电源提供给所述电致变色薄膜元器件的电压值。
与现有技术相比，本实用新型所述的纳米智能玻璃具有以下优点：
(1)只需很小的直流电压(1V-5V)就可以实现控制，功耗低，节约能源；
(2)在断电状态下，玻璃呈透明状态；在通电状态下，玻璃呈不透明状态；
(3)核心器件由多层纳米薄膜材料组成，原材料容易获得，并且固态薄膜材料本身对光热辐射就具有吸收作用，还可以实现low-E玻璃的功能；
(4)纳米薄膜材料生成工艺容易控制，薄膜的组分、均匀度、一致性控制良好，器件性能稳定，可靠性好。
附图说明
图1是本实用新型所述的纳米智能玻璃包括的纳米玻璃附着于玻璃衬底上的示意图；
图2是本实用新型所述的纳米智能玻璃的一种具体结构框图。
具体实施方式
本实用新型提供了一种纳米智能玻璃，包括纳米玻璃、直流电源和控制单元，其中，
所述纳米玻璃包括玻璃和电致变色薄膜元器件。
如图1所示，所述电致变色薄膜元器件，包括依次排列的至少一层导电阴极层11、至少一层电致变色层12、至少一层离子导电层13、至少一层离子存储层14和至少一层导电阳极层15；
所述电致变色薄膜元器件的总厚度介于300-5000纳米之间；
所述导电阴极层11、所述电致变色层12、所述离子导电层13、所述离子存储层14和所述导电阳极层15为纳米量级的薄膜，该薄膜的材料主要为金属氧化物、高分子聚合物或其他化合物，该薄膜在不通电的情况下都基本呈透明无色状态。
所述导电阴极层11、所述电致变色层12、所述离子导电层13、所述离子存储层14和所述导电阳极层15组合形成一个独立完整的电子元器件。
如图1所示，直流电源2的正极与所述电致变色薄膜元器件的所述至少一层导电阳极层15连接，所述直流电源2的负极与所述电致变色薄膜元器件的所述至少一层导电阴极层11连接，所述直流电源2用于向所述电致变色薄膜元器件提供电压值在1V-20V之间的直流电压；
所述电致变色薄膜元器件通过所述至少一层导电阴极层11或所述至少一层导电阳极层15附着于所述玻璃的内侧面；
所述玻璃可以是双层中空玻璃、单层玻璃或层压玻璃；
当所述玻璃是双层中空玻璃时，所述电致变色薄膜元器件通过所述至少一层导电阴极层11附着于所述双层中空玻璃的一内侧面，不与外界产生直接接触。
当所述玻璃是层压玻璃时，所述电致变色薄膜元器件镀于所述层压玻璃的两层玻璃中间(附着于任一侧面)；
如果所述玻璃是单层玻璃，所述电致变色薄膜元器件镀于所述单层玻璃的内侧面，不与室外接触，同时，在优选情况下所述电致变色薄膜元器件的顶部覆盖有一层保护膜，可以是镀上的膜，也可以是塑料膜等其他透明材料，其主要目的是保护所述电致变色薄膜元器件，不被接触和划伤。
如图1所示，所述电致变色薄膜元器件通过所述至少一层导电阴极层11附着于所述双层中空玻璃的内侧面的玻璃衬底10上。
当所述电致变色薄膜元器件处于断电状态时，所述纳米玻璃呈现全透明状态。而当所述电致变色薄膜元器件外加一个电压值在1V-20V之间的直流电压时，随着电压值的升高，由于所述电致变色薄膜元器件内部可移动的离子在电场驱动下注入所述电致变色层，使之变色，并将室外的光线以及辐射的能量逐渐阻挡于室外，反之，随着电压值降低或改变电压方向，所述纳米玻璃也可以逐渐变回透明状态。
因此，通过外部电源的控制，利用该电致变色薄膜元器件，可以连续地调节所述纳米玻璃的颜色深浅，以及光线及热量的透过率，从而可以根据人们的需要及外部气候的特点，调节光线及热量进入室内的程度，实现室内保温或隔热，大量降低空调、暖风及照明的需要，实现节能减排。
所述控制单元，与所述直流电源连接，用于控制所述直流电源提供给所述电致变色薄膜元器件的电压值，从而控制所述纳米玻璃的颜色深浅，以及光线及热量的透过率。
如图2所示，根据一种具体实施方式，本实用新型所述的纳米智能玻璃包括纳米玻璃1、直流电源(图中未示)、控制单元和传感器件21，所述传感器件21与所述控制单元连接。
所述传感器件21可以是无线传感器件或有线传感器件；
当所述传感器件21是无线传感器件时，其与所述控制单元通过无线网络通信连接；
当所述传感器件21是有线传感器件时，其与所述控制单元电连接。
所述传感器件21可以设于所述纳米玻璃1外侧，此时所述传感器件21包括温度传感器和/或光敏传感器，能实时准确地测量室外的温度和/或光照的强度，并将测量到的室外的温度和/或光照的强度传送至所述控制单元，以便所述控制单元根据该测量得到的室外的温度和/或光照的强度来调整所述直流电源提供给所述电致变色薄膜元器件的电压值。
并当所述传感器件21安装于室内时，所述传感器件包括温度传感器和/或红外传感器，实时测量室内的温度和/或人员活动情况，并将测得的数据通过电缆线或者无线网络实时传送回所述控制单元，所述控制单元根据该数据来调整所述直流电源提供给所述电致变色薄膜元器件的电压值。
本实用新型将纳米玻璃与温度传感器、光敏传感器、红外传感器相配合，通过智能控制***，根据实际应用的需要，实时化、智能化、人性化地调节玻璃的变色程度，从而可以大大降低建筑物对空调、暖风、照明的需要，实现节能减排，还可以增加人们在室内工作的舒适程度。
如图2所示，根据一种具体实施方式，本实用新型所述的纳米智能玻璃还包括手动控制开关22；
所述手动控制开关22，与所述控制单元电连接，用于通过手动控制所述控制单元调整所述直流电源提供给所述电致变色薄膜元器件的电压值。
如图2所示，根据一种具体实施方式，本实用新型所述的纳米智能玻璃还包括遥控控制开关23；
所述遥控控制开关23，与所述控制单元通信连接，用于通过遥控控制所述控制单元调整所述直流电源提供给所述电致变色薄膜元器件的电压值。
如图2所示，根据一种具体实施方式，所述控制单元包括智能玻璃控制器24和中心控制器25，所述传感器件21与所述中心控制器25通过有线网络连接或无线网络连接，接收所述传感器件21实时测量的数据，并根据该数据和优化的能源管理模型，向所述智能玻璃控制器24发出相应指令，所述智能玻璃控制器24通过该指令来调整所述直流电源提供给所述电致变色薄膜元器件的电压值，以调节光线和热量进入室内的程度，并把信息及时传递给建筑物的中央能源控制***，从而可以及时通过空调控制***或供暖控制***来调节空调或暖风的供给，并及时通过照明控制***以调节照明亮度的供给，最大限度地节约能耗，减少二氧化碳的排放。
本实用新型所述的纳米智能玻璃还可以根据人们在室内不同位置的不同采光需要，通过手动或自动来个性化的调节局部玻璃的变色程度，保证人们工作的舒适度。
本实用新型的主要生产制造工艺是所述电致变色薄膜元器件在玻璃上的生产制造过程，其中的核心过程则是5层或更多层纳米薄膜的生产制造工艺。这些纳米薄膜的制备方法很多，包括磁控真空溅射沉积法、真空热蒸发、激光沉积法、化学气相沉积法、等离子体化学气相沉积法、原子层沉积法、溶胶-凝胶法等。
该生产制造过程是一个流水线，现以磁控真空溅射沉积法为例，首先对玻璃进行必要的洗涤处理，流水线的主体设备是5个或多个磁控真空溅射沉积制膜的设备，每一个设备中装有一种金属氧化物的靶材料，采用溅射制膜，每一个设备负责镀一层膜，玻璃将顺序通过这5个(或更多个)制膜设备，完成制膜过程。然后，再对所制的多层纳米膜进行电路刻蚀等工艺处理，完成核心电子器件的制造；随后，进行控制电路的连接，最后再对玻璃进行常规的封装处理。
封装好的纳米智能玻璃，将预留在玻璃外部的电源线与玻璃控制电路板相连，该控制电路板既可以与手动开关或滑竿相连，实现对纳米智能玻璃的手动控制，也可以与局域控制器相连，再通过中心控制***，对玻璃实现自动化和智能控制。
以上说明对实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种纳米智能玻璃，其特征在于，包括纳米玻璃、直流电源和控制单元，其中，
所述纳米玻璃包括玻璃和电致变色薄膜元器件；
所述电致变色薄膜元器件，包括依次排列的至少一层导电阴极层、至少一层电致变色层、至少一层离子导电层、至少一层离子存储层和至少一层导电阳极层；
所述电致变色薄膜元器件的总厚度介于300-5000纳米之间；
所述导电阳极层、所述离子存储层、所述离子导电层、所述电致变色层和所述导电阴极层为纳米量级的薄膜，该薄膜的材料主要为金属氧化物或高分子聚合物；
所述直流电源的正极与所述电致变色薄膜元器件的所述至少一层导电阳极层连接，所述直流电源的负极与所述电致变色薄膜元器件的所述至少一层导电阴极层连接，所述直流电源用于向所述电致变色薄膜元器件提供电压值在1V-20V之间的直流电压；
所述电致变色薄膜元器件通过所述至少一层导电阴极层或所述至少一层导电阳极层附着于所述玻璃的内侧面；
所述控制单元，与所述直流电源连接，用于控制所述直流电源提供给所述电致变色薄膜元器件的电压值。
2.如权利要求1所述的纳米智能玻璃，其特征在于，还包括安装于所述纳米玻璃外侧的传感器件，其与所述控制单元连接。
3.如权利要求2所述的纳米智能玻璃，其特征在于，所述控制单元包括智能玻璃控制器和中心控制器，所述传感器件与所述中心控制器连接；
所述中心控制器，分别与所述传感器件和所述智能玻璃控制器连接，接收所述传感器件实时测量的数据，并根据该数据和优化的能源管理模型，向所述智能玻璃控制器发出指令，所述智能玻璃控制器通过该指令来调整所述直流电源提供给所述电致变色薄膜元器件的电压值。
4.如权利要求2所述的纳米智能玻璃，其特征在于，所述传感器件为有线传感器件，其与所述控制单元电连接。
5.如权利要求2所述的纳米智能玻璃，其特征在于，所述传感器件为无线传感器件，其与所述控制单元通过无线网络通信连接。
6.如权利要求2所述的纳米智能玻璃，其特征在于，当所述传感器件设于室外时，所述传感器件包括温度传感器和/或光敏传感器，能实时准确地测量室外的温度和/或光照的强度，并将测量到的室外的温度和/或光照的强度传送至所述控制单元，所述控制单元根据该测量得到的室外的温度和/或光照的强度来调整所述直流电源提供给所述电致变色薄膜元器件的电压值。
7.如权利要求2所述的纳米智能玻璃，其特征在于，当所述传感器件安装于室内时，所述传感器件包括温度传感器和/或红外传感器，能实时测量室内的温度和/或室内的人员活动情况，并将测得的数据传送回所述控制单元，所述控制单元根据该数据来调整所述直流电源提供给所述电致变色薄膜元器件的电压值。
8.如权利要求1至7中任一权利要求所述的纳米智能玻璃，其特征在于，还包括手动控制开关；
所述手动控制开关，与所述控制单元电连接，用于通过手动控制所述控制单元调整所述直流电源提供给所述电致变色薄膜元器件的电压值。
9.如权利要求1至7中任一权利要求所述的纳米智能玻璃，其特征在于，还包括遥控控制开关；
所述遥控控制开关，与所述控制单元通信连接，用于通过遥控控制所述控制单元调整所述直流电源提供给所述电致变色薄膜元器件的电压值。
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