電致變色調光玻璃

生活科學趣談

汽車於夜間行駛時,有時會因後方汽車的遠光燈照在內後視鏡,形成眩光令人感覺刺眼,扳動型的內後視鏡就可以避免這種眩光可能造成的危險。這種後視鏡的下方有一個小扳片,當扳動時強光就改由低反射率的玻璃表面鍍膜來反射進入駕駛者眼中,因此反射光就會變暗

現在有些車款則能自動偵測內後視鏡是否被後車的遠光燈直射,並自動開啟調光功能

這是藉由內後視鏡的2顆光敏電阻當作感測器來啟動這項功能

長榮航空的波音 787-10 就有配備這款調光玻璃

這與會議室那種落地窗的液晶調光機制不同,後者是在玻璃中襯入高分子分散液晶薄膜(Polymer Dispersed Liquid Crystal Film,PDLC Film)

 

當未施加電壓時,液晶會隨機排列,液晶的有效折射率neffeffective refractive index)和高分子的折射率np不同,因此光線入射時存在很多界面而被嚴重散射,薄膜因而形成散射態(不透明態,Off State),使其具有如同毛玻璃那種霧狀的乳白色外觀。但是施加電壓時,在兩個電極之間會產生電場,液晶於是垂直於基材表面排列,此時液晶的有效折射率neff和高分子的折射率np相同,入射的光線在液晶+高分子的混合物中並不存在著界面,薄膜因而形成透明態(On State)。這就如同將燒杯放入沙拉油中時,由於玻璃燒杯與食用油的折射率相同,若將一個較小燒杯放入油中時,燒杯就會隱匿消失。這一招還可以這麼玩 → (1)先將小燒杯放入裝油的大燒杯中,這一幕準備工作不要讓學生看見  (2)拿出另一小燒杯以榔頭敲碎,然後將玻璃碎片丟入大燒杯中  (3)略施魔術手勢,然後從大燒杯中取出原先藏於其中的完整小燒杯,此時學生就會瞠目結舌  (4)開始上折射率的單元^^

回來看今天的主題:電致變色。有別於 PDLC 變成不透明,電致變色玻璃通電後仍呈現透明,只是透光率與色調會改變

目前常見的電致變色材料是三氧化鎢 WO3,位於上則影片中的 EC 層。施加負電壓給電致變色材料時,離子與電子會分別進入材料的晶格間隙,造成鎢的價態改變(氧化數減少,部分的鎢離子從6價還原成5價),WO3 + n(Li+ + e) → LinWO3 (0<n<1)。隨著移入的離子數增加,電致變色層的顏色由無色→淺藍色→深藍色,造成透光率逐漸下降。這是因為到達氧化物層的光子會導致電子在6價與5價兩個鄰近的鎢離子之間移動,由光子提供的能量引起電子的遷移(類似光電效應),光子從而被吸收。 比如,對於兩個鎢離子a和b,氧化鎢中會發生以下過程:

W5+a + W6+b + photon → W6+a + W5+b

採用不同的電致變色材料,即可依需求來達成降低紅外線、可見光或紫外線的透光率。若將其中一邊的透明導電層換成鍍銀或鍍鋁,則能將透射型改變成反射型的內後視鏡用途。