EC电致变色玻璃材料

目 录

第一章 总论 ............................................................................................1

一、项目概况 ........................................................................................................ 1

二、项目提出的过程与理由 .............................................. 错误！未定义书签。

三、报告编制依据 .............................................................. 错误！未定义书签。

第二章 项目建设背景及必要性 ......................... 错误！未定义书签。

一、福建省实施新材料产业振兴计划 .............................. 错误！未定义书签。

二、ITO透明导电膜玻璃概况 .......................................... 错误！未定义书签。

三、项目提出的外部环境简述 .......................................... 错误！未定义书签。

四、项目建设必要性 .......................................................... 错误！未定义书签。

第三章 市场分析及建设内容 ............................. 错误！未定义书签。

一、市场环境分析 .............................................................. 错误！未定义书签。

二、建设内容与规模 .......................................................... 错误！未定义书签。

第四章 生产技术及产品方案 ............................. 错误！未定义书签。

一、产品方案 ...................................................................... 错误！未定义书签。

二、生产技术方案 .............................................................. 错误！未定义书签。

三、生产设备及原材料 ...................................................... 错误！未定义书签。

四、目标市场及营销策略 .................................................. 错误！未定义书签。

第五章 选址与建设条件 ..................................... 错误！未定义书签。

一、项目选址 ...................................................................... 错误！未定义书签。

二、建设条件分析 .............................................................. 错误！未定义书签。

三、建设场址适宜性评价 .................................................. 错误！未定义书签。

第六章 建设方案 ................................................. 错误！未定义书签。

一、总平面布置 .................................................................. 错误！未定义书签。

二、建筑结构方案 .............................................................. 错误！未定义书签。

三、给排水方案 .................................................................. 错误！未定义书签。

四、供电方案 ...................................................................... 错误！未定义书签。

五、消防方案 ...................................................................... 错误！未定义书签。

六、绿化方案 ...................................................................... 错误！未定义书签。

第七章 节能措施 ................................................. 错误！未定义书签。

一、节能设计依据 .............................................................. 错误！未定义书签。

二、节能措施 ...................................................................... 错误！未定义书签。

三、节能效果评价 .............................................................. 错误！未定义书签。

第八章 环境保护与综合利用 ............................. 错误！未定义书签。

一、环境资源利用和保护原则 .......................................... 错误！未定义书签。

二、主要污染源及治理措施 .............................................. 错误！未定义书签。

三、环境影响评价 .............................................................. 错误！未定义书签。

第九章 组织机构与人力资源配置 ..................... 错误！未定义书签。

一、组织机构 ...................................................................... 错误！未定义书签。

二、劳动定员 ...................................................................... 错误！未定义书签。

三、生产管理制度 .............................................................. 错误！未定义书签。

第十章 项目进度安排 ......................................... 错误！未定义书签。

一、项目建设周期 .............................................................. 错误！未定义书签。

二、项目建设进度安排 ...................................................... 错误！未定义书签。 第十一章 投资估算及资金筹措 ......................... 错误！未定义书签。

一、估算依据 ...................................................................... 错误！未定义书签。

二、投资估算 ...................................................................... 错误！未定义书签。

三、资金筹措 ...................................................................... 错误！未定义书签。 第十二章 效益分析及评价 ................................. 错误！未定义书签。

一、经济评价 ...................................................................... 错误！未定义书签。

二、社会评价 ...................................................................... 错误！未定义书签。

三、风险分析 ...................................................................... 错误！未定义书签。

第十三章 结论及建议 ......................................... 错误！未定义书签。 附图：

第一章 总论

一、EC电致变色玻璃概述

EC电致变色玻璃(Electrochromism, EC)是一种新型的功能玻璃,具有玻璃行业发展终极目标“环保、节能、高效”特性，目前正处于成长期向高速成长期发展阶段。电致变色是指材料的光学属性（反射率、透过率、吸收率等）在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料，在节能、军用伪装设备、电致变色显示器、传感器和分析领域、光闸或光调制器等领域应用较为广泛。电致变色材料作为一种智能化材料，是我国的战略性新兴产业，智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。国内企业将来在电致变色材料领域将大有可为。一方面，可以更好的了解国内市场及消费者的需求，从而开发市场需求巨大的电致变色产品。另一方面，以此为契机开发具有自主知识产权的电致变色材料，在与国外同行竞争中也立于不败之地。中国的电致变色行业如果能充分运用现有的各种资源和条件，定位于世界领先技术和产品研究与生产，将有望成为世界范围内电致变色材料领域的行业领军者。因此，国内电致变色材料的发展，我司

意向与各高校及研究单位进行合作，来带动巨大的电致玻璃消费市场。

二、EC电致变色玻璃市场调研 电致变色器件具有双稳态、无视盲角、对比度高、制造成本低、工作温度范围宽、驱动电压低、色彩丰富等优点，可应用于军用伪装设备、电致变色智能窗、汽车自动防眩目后视镜、电致变色眼镜、护目镜、智能卡、智能标签、仪表显示、户外广告等领域。

1、电致变色玻璃在智能建筑应用：

据统计，当前我国建筑物的能耗约占社会总能耗的28%，在已有440亿平方米的建筑物中，超过85%以上使用的是保温、隔热性能差，能耗很高的普通玻璃，平均传热系数为3.5 W/（m2²K），使得我国的平均建筑能耗是发达国家的3倍以上。在能源危机下, 能够根据需要动态地控制穿透窗户的能量的智能玻璃是新一代的节能窗口材料。目前用于生产上述玻璃的技术主要包括光致变色玻璃技术、热致变色玻璃技术、电致变色玻璃技术等。其中前两种技术主要利用材料对光和热的敏感度而变色来实现对光线的动态控制，由于受外界环境影响，仍属被动控制技术，不能完全按人类需要动态调节光线，目前均处在正处于试验阶段，还没有投入商业应用。而电致变色玻璃技术利用外加电场使材料变色，从而达到对光线和太阳辐射热量的主动动态控制，电致变色玻璃在电场作用下具有光吸收透过的可调节性，可以有效的控制外界的热辐射和内部的热扩散，减少建筑为保持室内温度必须消

耗的大量能源，是一种节能的建筑功能材料，已用于窗户的开发和工程示范，是目前最有前途的致变窗户技术，具有广阔的应用前景与市场潜力。

智能建筑是集现代科学技术之大成的产物，其技术基础主要由现代建筑技术、现代电脑技术、现代通讯技术和现代控制技术所组成，从而为用户提供一个高效、舒适、便利的人性化建筑环境。电致变色玻璃可以通过电流的大小调节光线、温度，使室内光线柔和，舒适怡人，又不失透光的作用；减少办公大楼和居民住宅等建筑物在夏季保持凉爽和冬季保持温暖而必须耗费的大量能源，同时起到改善自然光照程度、防窥的目的，解决现代不断恶化的城市光污染问题。有以下几方面应用：

1）投影幕布作用。即透明状态下可以显示背景装饰图画，或者作为会议室的玻璃墙。不透明状态下可替代成像幕布，并更具画面清晰的特点。这样一来，就打破了传统水泥墙面的功能垄断局面，并且实现多重作用，如图5（a）。

2）室内空间隔断。利用电致变色玻璃分隔房间，改替空间布局，增加光亮调节自由度，会得到意想不到的效果，如图5（b）。

3）商场银行防盗应用。将电致变色玻璃应用于银行珠宝及博物馆、展览业的柜台防弹玻璃及展柜玻璃中，正常营业应用时保持透明状态一旦遇到突发情况，则可利用远程遥控，瞬间达到模糊状态，使犯罪分子失去目标，可以最大程度保证人身及财产安全。

图5 电致变色玻璃应用于智能建筑

4）建筑智能窗应用

现代建筑物为了采光和美观的需要，往往采用大面积的玻璃幕墙。但由此导致夏季室内的热积聚和冬天室内的热散失又给空调造成很大负荷，造成能耗严重的问题。以电致变色材料为核心的智能窗（SW）是新一代节能材料，不仅可以动态地调节太阳能的输出或输入和可见光谱，还可以自动调控颜色、调光和调温，具有高效、低能耗、绿色环保、智能化的特点，大大减少了建筑物的能量负荷，符合当前节能减排、低碳经济的发展要求。目前，美国等已经对电致变色器件的节能效果展开评价，结果显示利用这种装置可以节约44%~59%能源。随着人民生活水平的不断提高，人们对办公环境和其他公共环境的要求也越来越高，建筑物的窗户一般都配上各种各样的窗帘。而电致变色玻璃实际上相当于带有可调窗帘的玻璃，由于具有可调性，电致变色玻璃还用于需要保密或隐私防护的建筑场所，由其制成的窗玻璃相当于有电控装置的窗帘一样方便自如。图3为某大厦内部的电致变色智

能窗，图4(a)为着色态，图4(b)为褪色态。当外界太阳光较强烈、辐射较大时，则让窗户处于着色状态，而当外界太阳光比较弱或是阴天时，则让窗户处于褪色状态，从而减少室内温控系统所消耗的能量，可以说智能窗是一个无源的超级太阳能空调。 (a) 着色

态

图4 电致变色玻璃应用于建筑外墙 (b) 褪色态

电致变色玻璃在建筑中的应用有着非常广阔的前景，具有节能、主动可控、无污染、智能化等特点，符合当前节能减排、低碳经济的发展要求。经过几十年的技术积累，欧美主要先进国家已基本实现了大面积电致变色玻璃技术的产业化，我国实现产业化的进程方面还比较落后。

2、电致变色玻璃在智能窗应用：

未来窗概念——多功能的“围护设备”。

 致变窗户和遮阳系统，例如电动遮阳系统、电致变色或气致变色

窗户以及双层窗-墙体系统，这些系统中窗户的光学和热工性能可随气候特征、使用者的偏好和建筑系统要求不同而变化。

 调控照明和空调制冷，智能窗户可以降低电力负荷峰值达20%~30%，

增加采光并提高居住舒适度以及居住者的工作效率。

 致变窗户——被动式和主动式

 被动式致变窗户能够对单一环境变量发生响应，例如光照水平和

温度

 主动式致变窗户可以响应任何控制变量， 例如居住者的喜好或采

暖和制冷系统的要求。

 被动式致变主要有光致变色和热致变色；主动式致变元件包括液

晶元件、悬浮颗粒和电致变色。

 Stadt Sparkasse储蓄银行为德国德累斯顿的一座新建筑物。这座

大楼拥有欧洲第一面用电致变色玻

璃制成的可控制外墙。

 伦敦新地标：瑞士再保险大楼

 法拉利Superamerica

575M跑车的挡风玻璃和顶棚玻

璃首先采用了电致变色技术。

PPG Aerospace公司展示了波音787飞机上使用的该公司的电致变色窗技术，该项技术能够使乘客通过触动按钮变暗或弄亮他们跟前的窗口，从而获得舒服的旅行体验。电致变色玻璃窗可以让乘客调整由暗到亮五个不同级别的光度。 PPG Aerospace公司副总裁David Morris说：“乘客将能够控制进入机舱的太阳能热量，为了更舒服乘

客可以减少机舱内太阳光以及热发散量，同时还可以减轻加热以及空调系统的压力。由于不再有窗影产生，飞机内部空间也将更加吸引人。”

电致变色窗可通过减少室内得热量节约19%~26%的峰值负荷/年，节约48~67%的白天照明能耗。

3、电致变色在汽车后视镜应用：

电致变色汽车后视镜是在反射模式下运行的，可通过感应光线变化获得指令使车用后视镜镜片瞬间实现反射率下降，从而达到防眩光的目的；最畅销的电致变色镜是金泰克斯 （Gentex）公司夜视系统，占电致变色后视镜总市场的90%～95%。德国肖特（Schott）公司采用WO3和NiO作为电致变色材料的全固态镜可用于货车和卡车。现在大多数豪华车都采用了电致变色镜，如奥迪、宾利、宝马、大宇、戴姆勒-克莱斯勒、菲亚特、福特、现代、英菲尼迪、 起亚汽车、雷克萨斯、三菱、欧宝、保时捷、劳斯莱斯和丰田等。Gesheva公司等开发了一种可以反射X射线的电致变色镜，采用沉积在二氧化硅（SiO2)

表面的WO3、三氧化钼(MoO3)或混合的钨-钼氧化物薄膜，通过电致变色来调节SiO2对X射线的反射率。

4. 电致变色在太阳镜和护目镜应用：

电致变色太阳镜在透射态工作，但是其产品看起来是黑色的。一般的太阳镜片对紫外线敏感，遇到强光时，镜片颜色会自动变暗。但镜片颜色根据光线强度自行调节的速度太慢，需要 30～60s，恢复透明约需20min。而电致变色镜片颜色变暗只需9s，恢复透明只需4s。使用者只须按下装在眼镜框两边的微型按钮，就能使镜片按需要调节光的强度：右边按钮能使镜片颜色变暗，左边按钮能使镜片恢复透明。电致变色太阳镜镜片可以分别呈现红色、绿色、蓝色或者透明等多种颜色，滤光效果达55%～95%，佩戴者根据实际需要或者个人喜好瞬间即可转换镜片的色彩。

5.电致变色在光调制器和光闸应用：

除了显示器和窗户，电致变色系统也可作为光闸或光调制器。它是安装在激光发射器前端，可以起到一个永久过滤器的作用，电致变色体系在褪色态和着色态间迅速切换，便可以过滤或补增一切特定波

长的激光。

6. 电致变色在电致变色纸应用：

最初的电致变色纸是将电致变色材料嵌入到特定纸张内，在着色态和透过态间切换从而可以使纸张重复使用。1989年，Rosseinsky和Monk[7]用伏安法研究浸渍有染料（普鲁士蓝和紫精）和足够浓度的离子电解质的纸张，电致变色过程在纸张内部产生。NTera已经开发出一种称为“电致变色纸张”的产品，这是一款基于紫精化合物的显示器件。2011年，理光（Rioch）集团发布了实现64灰阶全彩显示的电致变色显示器，元件构造为黄色、蓝绿色、深红色3原色电致变色层纵向层叠成3层，背板采用的是低温多晶硅（LPTS）TFT，面板尺寸为对角3.5in.，像素为240³320，写入也比较顺畅，几秒左右擦写一次画面，在目前发布的彩色电子纸中实现了非常自然的颜色。2013年Rioch公司展示了基于电致变色技术的3.5英寸全彩电子纸（见图5）。

图5 Ricoh公司电致变色纸

7.电致变色在传感器和分析领域应用：

利用电致变色材料的特性可以分析特定的物质，基于四氧化三钴（Co3O4）制成了传感器，传感器有电极层、电致变色层和磷酸根离子，其中Co3O4薄层的透射率变化范围在550～800nm之间。

8、电致变色在其它领域应用：

电致变色还可用于现金点钞机、信用卡、优惠券、门票等。

四、国内外市场情况及存在问题

现在，有哪些家企业可以制造电致变色玻璃？

电致变色技术壁垒较高，尤其是全固态电致变色玻璃，在全固态电致变色玻璃领域，能够真正实现产业化的只有美国的Sage Glass和View二家企业。Sage Glass成立于1989年，经过14年的研发，2003年才实现第一个电致变色智能窗产品，开始在建筑物上的实际应用，2012年被法国圣戈班收入麾下，是目前全球电致变色玻璃产业化进展最快的企业。View成立于2006年，直到2010年才开始有小批量产出，2012 年底开始小批量生产大面积电致变色玻璃并进行了商业化应用。

法国圣戈班（Saint-Gobain）集团是国外主要的电致变色器件生产商之一；美国的镜泰Gentex公司是世界最大的电致变色后视镜生厂商；Gentex公司的自动调光后视镜已安装在了世界各地超过220多款车型中，汽车后视镜产品销售占到了本公司收入约96%；创建于1989年的美国萨格（Sage）公司，一直致力于研发和生产持久、稳定、高性能的节能型建筑物电致变色玻璃。珠海凯为光电科技有限公司主要从事电致变色材料、电致变色器件、电致变色产品及相关配件的技术研发及产业化应用研究等；常州雅谱智能变色光学器件有限公司致力于智能变色材料、智能变色技术研发，已经建成了世界上第一条新型智能材料和器件的生产线，主要生产“挡光不挡路，白天防烈

日，晚上防大灯”的汽车用全天候多功能前视防眩光镜、后视防眩光镜及变色眼镜。

在中国，很多高校、研究机构和企业都有涉足电致变色智能玻璃领域的研究与产业化探索。目前，国内尚无一家大规模生产制造全固态电致变色智能玻璃的企业，在技术、材料、工艺和装备方面，位于浙江的上方电子装备则做到了国内领先，在2014年底研制成功中国第一块全固态电致变色智能玻璃样品，又在2015年率先在G5代生产线上完成了中试技术集成和小批量产品的生产。相对于国外的同类企业，国内电致变色企业存在着电致变色材料相对单一、缺乏自主知识产权、产品种类相对单一等问题，限制了企业的发展和国际市场的开发。国内电致变色材料及器件的研究单位多为高校及研究所，包括中国科技大学、中科院化学所、北京大学、华东师范大学、厦门大学、浙江大学、武汉大学、中国海洋大学、华东理工大学等，很多课题组在电致变色材料及器件研究方面取得了丰硕的成果。高校及研究单位与企业开展了长期深入的交流合作，一方面企业研发的新产品既有自主知识产权，同时可以方便地进行更新换代和推出新产品；另一方面，高校及研究单位也能够了解电致变色材料及器件的市场需求，从而可以有针对性地开发具有商业价值的电致变色材料及器件。电致变色材料作为一类新兴的智能材料，在柔性显示及建筑节能方面有巨大的市场，国内企业将来在电致变色材料领域将大有可为。一方面，可以更好的了解国内市场及消费者的需求，从而开发市场需求巨大的电致变

色产品。另一方面，以此为契机开发具有自主知识产权的电致变色材料，在与国外同行竞争中也立于不败之地。因此，电致变色材料的发展，需要研究单位与企业进行合作，也需要巨大的市场来消费这些电致变色产品。中国的电致变色行业如果能充分运用现有的各种资源和条件，定位于世界领先技术和产品研究与生产，将有望成为世界范围内电致变色材料领域的行业领军者。

根据NanoMarkets行业分析公司，EC玻璃具有相当大的机会前进在智能窗户市场。 虽然市场对EC智能窗很小的礼物 - 刚刚超过1500万美元的2015年，认为EC智能窗收入，到2020年更达到7亿美元。预计到2020年，电致变色玻璃的总市场价值将达到22亿美元，到2022年将超过30亿美元。

在未来十年里，对于电致变色玻璃而言，受益最大的领域将是智能窗，以及一些新的应用，如智能手机的摄像头，电致变色显示器。

一、电致变色玻璃基本原理及结构: 电致变色是指材料的光学属性（反射率、透过率、吸收率等）在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。结构从上到下分别为透明导电层（TC: transparent conductor）、电致变色层

（EC: electrochromic layer）、离子导体层

（IC: iron conductor）、离子存储层(CE)及另一透明导电层。器件工作时，在两个透明导电层之间加上一定的低直流电压，电致变色

层材料在电压作用下发生氧化还原反应，颜色发生变化。离子传导层（或称电解质层）则由特殊的导电材料组成，如包含有锂、纳等离子的溶液或固体电解质材料。离子存储层在电致变色材料发生氧化还原反应时起到储存相应的反离子，保持整个体系电荷平衡的作用。离子存储层也可以是一种与前面一层电致变色材料变色性能相反的电致变色材料，这样可以起到颜色叠加或互补的作用。如：电致变色层材料采用的是阴极还原变色材料，则离子存储层可采用阳极氧化变色材料。

电致变色玻璃的基本结构是由两片玻璃基材和夹在其中的五层薄膜材料构成，如图

（

（2所示，分别为透明导电层））、、电离致子变导色体层层TC: transparent conductorEC: electrochromic layer

（IC: iron conductor）、离子存储层(CE)及另一透明导电层。其中TC能与基体玻璃构成导电玻璃，其导电特性的好坏直接影响着电致变色玻璃“着色到漂白”的可逆转换速度。目前，通常采用的透明导电膜为氧化铟锡（ITO）、偶氮化合物（AZO）膜等。EC层材料是一种电子和离子的混合导体，在外加电场的作用下，该层中离子的注入或抽出，使得整个组成发生无色和着色的可逆变化，电致变色层是电致变色玻璃的核心部分。IC又称为电解质层，只允许离子通过，用于传导变色过程中的离子。为了实现这个功能，室温下的电解质层不仅要有高的离子电导率，还要有高的电子电阻率；在所要求的光谱

区域内，具有高的透射率或反射率；具有好的化学和机械稳定性，同时还必须对EC层和CE层没有腐蚀作用。CE又称为对电极层，它起到使离子达到平衡的作用，用于提供和储存变色所需的离子，在电致变色器件中起着平衡电荷传输的作用，要求具有离子插入的可逆性、较好的透明性和较快的反应速度，是电子和离子的混合导体子被抽出，通过离子导体层，进入电致变色层，实现电致变色层颜色的改变，使系统由原来的初始透明状态变为着色状态；反之，当玻璃的导电层被加上反相直流电压时，电致变色层的离子被抽出，通过离子导体层，又回到离子储存层内，使系统由着色状态又恢复到原来的初始透明状态。为此，电致变色层、离子导体层和离子储存层是电致变色玻璃结构的主体。

电致变色（ECD）器件结构：

1）透明导电层（Transparentconductor）

透明导电层材料需要具有较高的光透过率（85%以上）及良好的导电性，常用材料有ITO、FTO、AZO等。纳米银线、碳纳米管及石墨烯等新透明导电材料的相关研究越来越多。

2）离子导体层（Ionconductor）

又称电解质层，离子导体层具有高的离子传导率（≥10-7s/cm）和高的电子电阻率（≥1012Ω²cm），以保证能在电致变色层和离子存储层之间快速的传导离子，同时阻断电子的传输。现多用固态电解质取代电解液，主要包括全固态无机电解质（如LiPON）、凝胶聚合物电解质（如PMMA、PEO、PAN）及有机-无机复合型聚合物电解质（如PEO-LiClO4）三大类。

3）离子储存层（Counterelectrode）

一类是与电致变色层互补致色的光活性电致变色离子存储层，如NiOX、IrO2、CoO2、MnO2、FeO2、Cr2O3和RhO2等；另一类是离子电荷注入/脱出时都保持透明的光惰性离子存储层，如TiO2、CeO2、SnO2、ZrO2等。

2 致变色玻璃的结构及变色原理[12]

电致变色玻璃的基本结构是由两片玻璃基材和夹在其中的五层薄膜材料构成，如图2所示，分别为透明导电层（TC: transparent conductor）、电致变色层（EC: electrochromic layer）、离子导体层（IC: iron conductor）、离子存储层(CE)及另一透明导电层。其中TC能与基体玻璃构成导电玻璃，其导电特性的好坏直接影响着电致变色玻璃“着色到漂白”的可逆转换速度。目前，通常采用的透明导电膜为氧化铟锡（ITO）、偶氮化合物（AZO）膜等。EC层材料是一种电子和离子的混合导体，在外加电场的作用下，该层中离子的注入或抽出，使得整个组成发生无色和着色的可逆变化，电致变色层是电

致变色玻璃的核心部分。IC又称为电解质层，只允许离子通过，用于传导变色过程中的离子。为了实现这个功能，室温下的电解质层不仅要有高的离子电导率，还要有高的电子电阻率；在所要求的光谱区域内，具有高的透射率或反射率；具有好的化学和机械稳定性，同时还必须对EC层和CE层没有腐蚀作用。CE又称为对电极层，它起到使离子达到平衡的作用，用于提供和储存变色所需的离子，在电致变色器件中起着平衡电荷传输的作用，要求具有离子插入的可逆性、较好的透明性和较快的反应速度，是电子和离子的混合导体。

图2 电致变色玻璃的一般结构

Fig 2 Basic structure of electrochromic(EC) glass

1.2 电致变色玻璃的特点：

电致变色玻璃在着色及褪色状态下，可以调节可见光（350~850 nm）及近红外光（850~2500 nm）的透过率，调节范围可达50%以上。图3是德国Gesimat公司一个电致变色玻璃样品的透光率测试结果:电致变色玻璃的主要特点有：(1)节能：在着色态下，可见光及近红外光透过率低，可以降低夏季空调的负荷。在褪色态下，可见光及近红外光透过率高，可减少冬季采暖的能耗；(2)省电：器件具有长时间记忆效应，只在要改变透光率时需要加电压，耗电量一般不超0.5 W/m；(3)主动可控：采用直流低电压（不超过±5 V）驱动，可根据

(Glass) Iron storage film(electrochromic film) Transparent conductor Iron conductor Electrochromic layer Transparent conductor Irons (Glass)

实际需要进行主动动态控制，并且可以利用太阳能电池供电，可进一步节省能源；(4)连续可调、美观舒适：对光线的透过率连续可调，对可见光的反射率很低，无二次光害，可以明显减低眩光，美观舒适，可大大提高使用者的工作效率；(5)隐私性：可提供一定的隐私性，最低透光率在2%~7%之间（但不能提供100%的隐私）。

图 3 德国Gesimat公司1个电致变色玻璃的透光率

材料： 有哪些材料可以应用到玻璃表面以实现电致变色？

电致变色材料主要有无机电致变色材料和有机电致变色材料2大类。无机电致变色材料包括三氧化钨(WO3)[1]、五氧化二钒(V2O5)、氧化镍(NiO)、二氧化钛(TiO2)等，部分无机电致变色材料已实现工业化。有机电致变色材料包括有机小分子电致变色材料和高分子电致变色材料2大类。其中有机小分子电致变色材料主要包括紫精类化合物、三苯胺及其衍生物等[2]，这类化合物在电极表面及溶液中会改变颜色。导电高分子也是一类重要的电致变色材料，其种类繁多且颜色变化多样，代表性的为聚吡咯衍生物、聚噻吩衍生物及聚苯胺衍生物等。有机电致变色材料具有变色速度快、记忆效应强、能量损耗低、颜色多样、不同状态下透过率差值高等优点。

电致变色材料自发现至今，全球对电致变色材料基础研究的论文数量已超过2 000篇，并且逐年增多（采用web of Science数据库，检索“主题”为“电致变色（Electrochromism）”，见图1）。其中，具有柔性的聚合物电致变色材料由于其广泛的应用前景成为近年来的研究热点。

电致变色器件及性能指标

电致变色器件按照结构可以分为3类。一类是溶液型电致变色器件，电致变色材料在器件工作过程中始终溶解在电解液中，通常电致变色材料是有机小分子；第 二类为半溶液型电致变色器件，器件工作过程电致变色材料溶解于电解液时为透明态，电致变色材料在电极表面富集时为着色态，通常其电致变色材料为芳香类紫精 化合物、含有甲氧基的芴类化合物等；第三类为固态电致变色器件，器件工作过程电致变色材料始终处于固体状态，通常其电致变色材料为金属氧化物、普鲁士蓝、 含有有机酸基团的紫精以及导电高分子等。

目前，对于电致变色器件性能评价主要包括以下5个指标：

①电致变色反差：为在特定波长处电致变色前后光密度或透过率变化的百分数。光密度变化量（ΔOD）被定义为：ΔOD=lgTb/Tc，其中Tb为褪色状态的透过率，Tc为着色状态下的透过率。

②电致变色效率：η指的是变色效率，定义为单位面积消耗的电量所引起的吸光度变化的程度，η=ΔOD/q=1/q lgTb/Tc。

③开关速度：开关速度是一种对电致变色材料的着色/褪色过程的时间要求，这对应用于动态显示和开关器件而言特别重要。

④稳定性：电致变色材料的稳定性也称为氧化还原循环过程的抗疲劳性，随着循环次数的增加，电致变色反差逐步变小。从应用的角度，对抗疲劳性的要求是非常严格的，经过106次的循环，电致变色反差不应该有明显的损失。

⑤光学记忆：电致变色材料的光学记忆特性是当电场去掉后电致变色材料的光谱态保留的时间。

具有电致变色性能的材料，可分为无机、有机两大类：

1、无机变色材料，根据其发生氧化、还原的原理不同，又可以细分为阴极变色材料和阳极变色材料两大类。

阴极变色材料，主要是第VIB族的过渡金属氧化物，典型代表是氧化钨，这些材料在高价氧化态下是褪色状态，还原态时为着色态。

阳极变色材料，主要是Ⅷ族及Pt族金属氧化物或水合物，典型代表是氧化镍，这些材料的氧化、还原态着色、退色状态刚好与阴极变色材料相反。

2、有机电致变色材料，主要有聚噻吩类及其衍生物、紫罗精类、四硫富瓦烯、金属酞菁类化合物等，可分为有机小分子电致变色材料和导电聚合物电致变色材料两大类。有机小分子变色材料的典型代表是紫罗精类化合物，该类物质在氧化还原过程中会出现颜色变换，所以也属于氧化还原型化合物。

有机电致变色材料的优点很多，比如成本低、色彩丰富等，但与无机电致变色材料相比，其抗辐射能力差，化学稳定性弱，与基板结合不牢固等缺陷一定程度上限制了其发展，因此在产业化应用中无机变色材料应用较多。

NiOx是典型的阳极着色材料，具有相当优异的电致变色性能，与WO3配合可以达到很高的光调节率。在碱性环境下NiOx发生电致变色现象，薄膜颜色由透明变为黑棕色，具有较快的消色速度和很长的循环寿命。

 无机电致变色材料

无机电致变色材料的典型代表是三氧化钨，目前，以WO3为功能材料的电致变色器件已经产业化。

 有机电致变色材料

有机电致变色材料主要有聚噻吩类及其衍生物、紫罗精类、四硫富瓦烯、金属酞菁类化合物等。以紫罗精类为功能材料的电致变色材料已经得到实际应用。

有机电致变色材料

优点：

成本低、循环可逆性好

光学性能好，颜色转换快

具有多变色特性，即随着氧化还原反应进行，由一种颜色转变 为几种颜色

易于通过分子设计来优化性能

缺点：

抗辐射能力弱、化学稳定性差、与基板材料黏接不牢。

无机电致变色材料

优点：

具有很高的着色率和电容量，且变色效率高、响应速度快、电 化学可逆性好、成本低

缺点：

颜色单一、光学性能差、转化速度慢、循环可逆性差。

目前对电致变色材料性能的研究主要集中在四点：

1.颜色和对比度的提高，包括变色对比度的提高和变色光谱的展宽，例如将铌氧化物和ITO纳米晶复合，使材料同时具备对可见光和近红外光电致变色的效应。

2.变色效率，电致变色薄膜的吸光度的变化值与所注入的电荷直接相关，变色效率即电致变色薄膜的吸光度的变化值与单位面积所注入的电荷的比值。变色效率越高，即能用更低的电量实现更高效的变色控制。

3.响应时间，指的是电致变色材料或器件从着色态(或褪色态)转换到褪色态(或着色态)所需的时间。对于大多数材料和器件来说，响应时间一般在数秒到数十秒的范围。提高响应时间可以使电致变色材料应用于快速显示领域。

4.循环寿命，电致变色材料在着色态和褪色态之间循环交替时，会由于性能的衰减而逐渐失效。一般来说，商用器件的循环寿命至少要达到10万次，但是目前研究的很多电致变色材料，循环性能尚是其一大短板。

产品规格： 1）370mm×470mm尺寸电致变色玻璃已实现小批量生产

2）620mm×840mm尺寸电致变色玻璃已完成中试验证

电致变色智能窗技术路线

电致变色智能窗构造由最初的液态注入式演化为现在应用最广泛的多层结构。主要技术路线有以下两种：

(1)使用无机过渡金属氧化物为电致变色材料，以含锂的无机化合物为固态电解质。这一技术通常采用适于大规模生产的磁控溅射法在玻璃上镀上所有的膜层，并充入惰性气体,最后制成中空玻璃。这种玻璃同时具有非常好的隔热性能和对阳光辐射量的动态控制。由于磁控溅射法镀膜层均匀性好、与基底的附着性高、可重复性和可靠性高，是最有希望实现商业化量产的技术。采用这一技术的公司主要有美国的Sage Glass、Soladigm。

(2)使用无机过渡金属氧化物或普鲁士蓝为电致变色材料，以有机聚合物为固态电解质，制成夹胶玻璃。采用这一技术的公司主要有德国的Gesimat、E-control-Glas和瑞典的Chromogenics。德国的Gesimat是利用电化学的方法沉积电致变色层，由于不需要真空装置，生产过程大为简化,生产效率较高，从而可以降低生产成本。而其它的几家公司则用磁控溅射法制作电致变色层。而瑞典的Chromogenics则是第

一家采用RolltoRoll的工业化生产技术，在柔性的塑料基材上用磁控溅射镀电致变色层薄膜的公司，因而他们的产品可以制成不同的曲面，大大扩大了产品的应用范围。

电致变色材料的制备技术

真空蒸镀沉积:

真空蒸发是把待镀膜的基片置于高真空室内，

通过加热蒸发容器，

使容器中的蒸发材料汽化（或升华），形成蒸气流，沉积到基片表面形成薄膜的一种材料制备工艺。早期的氧化钨电致变色薄膜多是通过真空蒸发沉积制备的。东南大学的陈国平等人利用电子束电子束蒸发制备氧化钨薄膜，蒸发材料用高纯WO3粉末压制成柱状，基片采用ITO

玻璃，蒸发前蒸发室内压强低于3.3³10-3Pa，基片温度50℃，电子束流 11mA，膜的沉积速率为4.5nm/min，膜厚300nm。刚沉积的膜呈蓝色，将它在340℃下热处理35min，薄膜由蓝色变为淡黄色。测得薄膜在漂白态的平均透射率为79.6%，着色态时为17.5%，但循环寿命不超过500次。浙江大学的饶峰等人通过电子束蒸发沉积了氧化钨和氧化镍薄膜。蒸发材料分别为含量为99.99%的氧化钨粉末烧结的圆柱体和含量为99.99%的氧化镍颗粒，基板为ITO玻璃。在真空度为2³10-3Pa下，基板温度为80℃，分别获得了无定型的氧化钨和氧化镍薄膜，进一步热处理可以得到结晶的电致变色薄膜。 溅射沉积

溅射沉积是目前使用的最多的沉积法制备电致变色薄膜的方法。重庆大学的施萍萍等人以纯钨和纯钼靶为靶材，采用反应磁控溅射工艺在ITO玻璃上沉积了WOx和WOx:Mo薄膜。工作气体为纯度99.95%

的Ar气；反应气体为纯度99.50%的O2气,溅射温度为室温，总气压

保持在1Pa。调节氧分量，发现氧分量对薄膜着色能力的影响显著。浙江大学的袁想洋等人选用纯度为99.99%的钨靶，也采用直流反应磁控溅射法制备得到了WO3薄膜，同样发现氧气分压对氧化钨薄膜的

颜色有重要影响，同时发现改变靶基距离对于三氧化钨薄膜表面结构及电致变色性能的影响，是十分显著的，靶基距离较近时，由于沉积原子能量越大，所制备的薄膜表面更加致密，不利于离子进出，影响了电致变色性能。兰州大学的冯博学等人采用纯度为99.9%的三氧化钨粉末粘成靶材，在Ar+O2的混合气氛中,在ITO透明导电玻璃衬底上,

射频溅射制备了非晶WO3膜，基底温度为110℃左右，溅射气氛为Ar+O2的混合气氛，发现氧分压在1:10的情况下沉积得到的薄膜呈非晶态，薄膜有较多的孔隙，有利于Li+的抽取。WalterEstrada等人采用直流磁控溅射制备了镍氧基电致变色薄膜，预先抽真空到3³10-6Torr，充入高纯氧到真空度为6-20 mTorr，采用纯度为99.5%的镍靶材，基底为ITO导电玻璃，溅射功率为10-50 W，得到的氧化镍在350nm到2500nm都有良好的电致变色性能。Michihiko Kitao[7]等人也用射频溅射在 Ar/O2/H2气氛下制备了NiOx。预先抽真空到3³10-4Pa，溅射

过程中保持真空度为2-14Pa，射频功率为50-300W，基底为ITO玻璃，得到的薄膜厚度为100-600nm，通过XPS分析发现，刚制备的样品含

Ni(OH)2组分，电致变色的原因是Ni(OH)2和NiOOH之间的转换，变

色效率最高能达36 cm2/C。

化学气相沉积

C.E.Tracy和D.K.Benson用PECVD法制备了WO3和MoO3电致变色

材料，分别使用了WF6/W(CO)6和Mo(CO)6做前驱体，其中W(CO)6和Mo(CO)6在常温下是固体，需要通过加热使之挥发出来，基底温度控

制在50-63℃，非常接近常温，功率为300W，得到的薄膜厚度在150nm到500nm之间，对波长为300nm到1800nm有很好的调控作用。Toshiro Maruyama和Susumu Arai使用APCVD法制备了NiO电致变色薄膜，前驱体选用乙酰丙酮镍，基底温度为250°C，该方法得到的NiO基电致变色效率为44 cm2/C。Vargas Garcia等人研究了化学气相沉积条件氧化镍的结构特性和电致变色性质的影响，前驱体选用乙酰丙酮镍基底为FTO玻璃，发现只有在沉积温度大于450℃时才能在一个很大范围的气压下得到NiO薄膜，NiO薄膜超过3000次的循环性能，同时在近红外区域能实现40%的光谱调控。台湾逢甲大学的Yung-Sen Lin等人利用低温（~23℃）PECVD法制备了钼氧化物电致变色薄膜，前驱体为Mo(CO)6，基底为PET/ITO衬底，得到薄膜的厚度为395nm。

Toshiro Maruyama和Tetsuya Kanagawa使用CVD法制备了氧化铁的电致变色，前驱体为固体的乙酰丙酮铁，加热到160℃挥发出来，N2作为载气，基底为FTO玻璃，基底温度控制在200℃到400℃，得到的氧化铁电致变色材料在高氯酸锂的碳酸丙烯酯溶液中的变色效率在6.0到6.5 cm2/C。 喷雾热解法

R. Sivakumar[13]等人使用喷雾热解法制备得到了高度有序的单斜n型WO3薄膜，前驱体选择为钨酸钠(NH4)2WO4（实验室合成），基底为

FTO玻璃，基底温度控制在250℃（钨酸铵的分解温度），喷涂速率为15mL/min。得到的WO3薄膜为黄色，均一无孔并且和基底结合良好。

Suvarna R. Bathe[14]通过脉冲喷雾热解法制备了纤维网状的WO3薄膜，将WO3粉末溶解在氨水中90℃得到钨酸铵，基底选用ITO，基底温度

300℃，以压缩空气做载气，间隔5s脉冲喷雾热解5s，最终得到的薄膜透明均一，和基底结合良好。Suman Pokhrel[15]等人以火焰喷雾热解法制备的WO3薄膜，前驱体为别选用W(CO)6、WCl4或WCl6，溶解在有机溶剂中，和O2同时喷涂，所得到的WO3为超细单晶，结晶很好。

喷雾热解法具有简便易行，低成本和大面积沉积的特点，并且容易实现掺杂和改性。

溶胶凝胶法

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溶胶凝胶法由于其制备方法简单，获得了较多的研究。L.H.M. Krings[16]等人将WOCl4溶解在异丙醇中，陈化一段时间得到透明的溶

胶，旋涂3层，在80℃到500℃固化，得到大约200nm的WO3薄膜。

K.Nishio[17]等人通过浸渍提拉法制备了铱氧化物电致变色材料，四氯化铱作为前驱体，加入酒精和乙酸，形成溶胶，基底为ITO玻璃，提拉速度为2.0 cm/min，进一步热处理，加热温度高于450℃时可以得到结晶薄膜。NilgunOzer[18]利用浸渍提拉法制备了N2O5电致变色薄膜，

该方法利用Nb(OC2H5)5为前驱体，加入乙醇和乙酸形成前驱体，陈化

96h到248h，浸渍提拉后在450℃下热处理得到的都是无定型结构，超过1200次循环以后仍然稳定。

阳极氧化法

Hiroaki Tsuchiy[19]利用钨箔在NaF电解液中通过阳极氧化制备了多孔的WO3，研究发现，当施加电压小于20V时，得到的是无孔的

WO3，当电压控制在40V到60V，可以得到很好的多孔材料。浙江大学

的张俊[20]首先在ITO基板上溅射镀上一层800nm厚的W薄膜，以表面镀有金属W的ITO玻璃为阳极，铂片为阴极，在0.2 wt.%的NaF溶液中进行阳极氧化处理，电压保持在60V，在空气气氛中400℃热处理4h得到透明的WO3薄膜，薄膜为多孔结构。

水热法与溶剂热法

Zhihui Jiao[21]等人首先利用钨酸钠加入盐酸溶解在去离子水中，加入双氧水，得到的溶液旋涂在FTO玻璃表面，400℃在FTO表面得到WO3籽晶层，随后将处理过的FTO玻璃和WO3溶液转移到反应釜中，

水热180℃处理12h，可以得到由纳米板状WO3颗粒组成的薄膜。

五、电致变色玻璃专利

电致变色领域的专利已超过千件，这些专利描述了不同类型的电致变色材料以及极具商业开发价值的电致变色器件。尽管这方面的专利数量很多，并且还在快速增长，但产业界及投资者更感兴趣的还是如何大规模生产性能优良的电致变色显示器件。但在电致变色器件领域中，器件的性能却取决于电致变色材料的特性。

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浙江上方电子装备公司、北京弘森创新真空镀膜技术有限公司、

七、投资规划

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