|
Хромогенные материалы
Хромогенные материалы - Хромогенный материал изменяет свои оптические свойства под воздействием электрического тока, светового потока различной интенсивности, а также температуры и других факторов. Технологии остекления, основанные на использовании свойств хромогенных материалов, получили название «регулируемых» или «умных» технологий. Особым видом материалов, относящихся к «умным», являются явно-регулируемые хромогенные материалы, которые могут использоваться в регулируемом крупногабаритном остеклении зданий, остеклении автомобилей, самолетов, а также применяться в определенных видах индикаторных устройств. В регулируемых технологиях применяются: электрохромные материалы, электрофорез взвешенных частиц, жидкокристаллические материалы, термотропные, фотохромные и газохромные материалы. Классификация хромогенных материалов Хромогенные материалы, представляющие интерес для процесса оптического регулирования, могут быть определены в одну из двух категорий: изменяющие свои свойства под воздействием электрического поля или при помощи другого воздействия. Материалы, изменяющие оптические свойства при помощи электричества, – электрохромные материалы: неорганические электрохромные и органические электрохромные. – Жидкокристаллические материалы (Liquid Crystals): а) PDLC – Polymer Dispersed Liquid Crystals; б) PA-LC – Polymer Assembled Liquid Crystals; в) PSCT – Polymer Stabilized Cholesteric Texture. – «Взвешенные частицы»: а) SPD (suspended particle devices). Материалы, изменяющие свои оптические характеристики под влиянием других факторов: фотохромные (под воздействием светового потока), газохромные (под влиянием газовой среды), термотропные (под влиянием температуры). Краткий исторический экскурс Электрохромные технологии считаются наи-более перспективными при производстве светопрозрачных конструкций. Значительная часть разработок в области электрохромных технологий связана с автомобильными зеркалами, остеклением зданий и транспортных средств. История хромогенных материалов берет свое начало в 1704 году. Первые электрохромные устройства были изготовлены в 1969 году компанией Deb. К середине 1970-х электрохромные устройства разрабатывались для применения их в дисплеях. Электрохромные технологии, основанные на виологенах и оксиде вольфрама, начали активно разрабатываться за рубежом в 1980-х годах для автомобильных зеркал заднего вида. В 1990-х годах несколько компаний начали разрабатывать устройства для применения в области архитектурного остекления. Электрохромные технологии на основе неорганических материалов За рубежом электрохромные устройства в основном конструируются на основе неорганических электрохромных материалов. Оно состоит из двух оптически прозрачных электродов, на один из которых нанесен электрохромный слой, на другой – слой, генерирующий ионы, между которыми находится ионный проводник (электролит). При подаче напряжения на аноде генерируются положительно заряженные ионы, которые перемещаются в электрохромный слой. В результате катодной реакции электрохромный слой окрашивается. При изменении полярности происходят обратные процессы, приводящие к обесцвечиванию электрохромного слоя. Для типового электрохромного устройства верхний предел пропускания видимой области спектра составляет 70–50%, а пропускание в полностью окрашенном состоянии равно 25–10%. Коэффициент затенения (SC), характерный для электрохромного устройства, составляет 0,67–0,60 в обесцвеченном и 0,30–0,18 в полностью окрашенном состоянии. Электрохромные технологии на основе органических материалов В настоящее время большинство исследований проводятся в области неорганических электрохромных материалов. Однако, в связи с большими технологическими сложностями, потенциальная продукция получается дорогой – несколько тысяч долларов за 1 м2. Поэтому массового распространения она еще не получила. Тем не менее, в настоящее время существует продукт на основе органических электрохромных материалов, получивший достаточно широкое распространение. Это противоослепляющие автомобильные электрохромные зеркала заднего вида, выпускаемые американской компанией Gentex, Inc. Электрохромная система, на базе которой изготавливаются зеркала, включает жидкую фазу органического раствора. Достижением Gentex является налаженное массовое производство востребованного рынком электрохромного устройства. В основе технологии «TGE-Electrochrome» также лежат органические электрохромные материалы. Но, в отличие от продукции Gentex, рабочий электрохромный слой находится в твердотельном состоянии, что исключает определенные нежелательные эффекты. Электрохромное cтекло TGE производится в виде триплекса, который состоит из двух стекол с нанесенным на них электропроводящим покрытием. Между стеклами равномерно распределен активный полимер, толщина которого составляет 50~1000 мкм. По периметру триплекс герметизируется для защиты полимера от воздействия внешней среды. Работу стекла обеспечивает электрический ток низкого напряжения, всего 1,5–2,0 В. При подаче напряжения электрохромное стекло TGE затемняется, при отключении – осветляется. Электрохромное стекло легко интегрируется в традиционный стеклопакет и может иметь любую геометрическую форму размером до 2х1 мм. В результате, используя технологию «TGE-Electrochrome», можно производить электрохромные элементы большого размера, пригодные для использования в архитектурном остеклении. Применение электрохромных материалов Одним из первых проектов применения электрохромных технологий в архитектурном остеклении является установка компанией Flabeg прототипа регулируемого остекления E-Control™. Оно состоит из двойного стеклопакета, имеющего низкоэмиссионное покрытие и уровень пропускания, варьирующийся в пределах 50–15%. Компании SAGE и Apogee Enterprises совместно занимаются разработкой электрохромных стеклопакетов площадью ~1x0,6 м для остекления крыш. Прототипы окон имеют диапазон регулирования в видимой области спектра ~70–4%. Также электрохромное остекление разрабатывает компания AFG Industries. Технология SPD Остекление состоит из трех слоев. Активный слой, содержащий дипольные частицы игольчатой формы, суспензированные в полимере, ламинируется между двумя прозрачными полиэфирными проводниками. В выключенном состоянии частицы располагаются хао-тично и поглощают свет. Во включенном состоянии частицы ориентируются в одном направлении под действием электрического поля, обеспечивая светопропускание. Типовое пропускание варьируется в диапазонах 0,5–22%, 2–35%, 4–43%, 12–57% со скоростью переключения 100–200 мс. Для работы устройства необходимо напряжение 110 В переменного тока. Жидкие кристаллы Наиболее известной и крупной областью применения жидких кристаллов являются дисплеи с плоским экраном. Механизм оптического переключения в этих материалах объясняется изменением ориентации или закручивания жидкокристаллических молекул, рассеянных между двумя проводящими электродами, под воздействием электрического поля. Ориентация жидких кристаллов меняет общие параметры оптической отражательной способности окна или дисплея. Разница между жидкокристаллическими технологиями – PDLC, PA-LC, PSCT – не существенна для данного обзора. Есть лишь некоторые различия в приготовлении и структуре этих устройств, но их эксплуатационные характеристики схожи. Термотропные материалы Термотропные материалы, значительно изменяющие свои физические свойства при определенных температурах, также изучались и совершенствовались в контексте их применения в качестве остекления. Эти материалы прозрачны при низких температурах и становятся непрозрачно-матовыми при более высоких температурах. Они могут использоваться в качестве элементов остекления крыш и верхних окон. Термотропные материалы рассеивают свет так же, как и жидкие кристаллы, хотя жидкокристаллические устройства рассеивают свет более равномерно. Газохромные материалы Применение газохромных материалов основано на свойстве тонких пленок оксида вольфрама окрашиваться в присутствии водородосодержащих газов. Конструкция газохромных окон представляет собой однокамерный стеклопакет. На одно из стекол напыляется слой оксида вольфрама, а сверху наносится тонкий слой катализатора. Водородосодержащим газом заполняется пространство между стеклами, что приводит к окрашиванию слоя оксида вольфрама. Для обратного переключения в промежуток вводится другой газ. Таким образом, в настоящее время технологии регулируемого светопропускания для применения в архитектурном остеклении находятся на начальной стадии промышленного использования. Описанные выше технологии активно развиваются и, без сомнения, займут свое достойное место на рынке.
|
