智能玻璃

1.1 悬浮粒子器

在悬浮粒子器中，由棒状纳米粒子构成的薄膜叠层悬浮在液体中，并被放置在两片玻璃或塑料之间，或者被贴在一面。不施加电压时，悬浮粒子杂乱无序排列，因此会反射和吸收光。施加电压时，悬浮粒子整齐排列从而让光通过。人们通过改变薄膜的电压来改变悬浮粒子的取向，从而调节玻璃的颜色和透光量。

悬浮粒子器可以通过手动或自动“调节”来精确地控制通过的光线、强光和热量。

1.2 电致变色器

电致变色器通过响应电压来改变光传输特性，从而控制通过的光和热量^[2]。在电致变色窗中，电致变色材料会改变其不透明度。改变其不透明度需要电脉冲来启动，但是一旦改变生效，就不需要电流来维持已有的某种颜色^[3]。

第一代电致变色器在透明状态下偏黄，在着色状态下偏蓝。着色时，边缘处首先变暗，然后颜色向内移动。这一过程十分缓慢，根据窗口大小不同，时间从几秒钟到几十分钟(20-30分钟)不等。新一代的电致变色器解决了透明状态下的偏黄问题，着色后呈更中性的灰色，着色过程均匀，不是从外向内，而且着色时间缩短至不足三分钟。这种方式的着色时间与玻璃的尺寸无关。电致变色玻璃即使在黑暗状态下也能被看到，从而保持与外部环境的可视接触。

与过渡金属氢化物电致变色相关的电致变色材料的最新进展促进了反射氢化物的发展，这种氢化物会反射光而非吸收光，从而使玻璃在透明和镜面状态之间切换。

多孔纳米晶改性薄膜的最新进展使得电致变色显示器得以应用。单衬底显示结构是由在用透明导体(例如氧化铟锡(ITO)或聚3,4-亚乙基二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）)改性的衬底上印刷若干堆叠的多孔层组成。每个印刷层都有一组特定的功能。工作电极用多孔半导体作正极，如二氧化钛，具有吸附性的变色体。这些变色体通过被还原或被氧化来改变颜色。图像的负极用钝化剂来提高电性能。绝缘层用于增加对比度和将工作电极与负极电隔开。对电极用于提供高电容来平衡在SEG电极上流入/流出的电荷(并保持整个器件呈电荷中性)。电荷储存膜的其中之一是碳。导电碳层通常用作对电极的导电背接触层。印刷的最后一步是用液体或聚合物凝胶电解质对多孔整体结构进行套印，然后干燥，最后根据应用要求将其结合到各种封装或外壳中。显示器非常薄，其厚度通常为30微米，约为人类头发直径的1/3。可以通过向与导电碳层有关的透明导电衬底施加电压来打开显示器。这一过程会使工作电极内部紫精分子(颜色)减少。反转所施加的电压或提供放电路径后，显示器会发生褪色。电致变色体的一个独有特征是可以在相对较低的电压(约1伏)下着色或漂白紫精。这一特征可以用驱动表面吸附的紫精/发色剂的电化学还原反应所需的过电位小来解释。

1.3 聚合物分散液晶器

在聚合物分散液晶器中，首先将液晶溶解或分散在液体聚合物中，紧接着让聚合物凝固或固化。在聚合物从液体变成固体的过程中，液晶变得与固体聚合物不相容，并在整个固体聚合物中形成液滴。固化条件影响液滴的大小，进而影响“智能窗”的最终使用性能。一般来说，聚合物和液晶的液体混合物先是被放置在含透明导电薄层的两层玻璃或塑料之间，随后使聚合物固化，从而形成智能窗的基本三明治结构。这种结构实际上是一个电容器。

电源的电极被固定在透明电极上。在不施加电压的情况下，随机排列在液滴中的液晶使光在穿过智能窗组件时被散射。这就形成了半透明的“乳白色”外观。当向电极施加电压时，玻璃上的两个透明电极之间形成的电场会让液晶整齐排列，从而允许光以非常小的散射穿过液滴，玻璃呈现透明状态。透明度可以通过施加的电压来控制。这一方法可行的原因在于在较低的电压下，只有少数液晶在电场中完全排列，所以只有一小部分光通过，而大部分光被散射。随着电压的增加，只有少量的液晶保持不规则排列，因此只有较少的光被散射。当使用着色剂和特殊内层时，也可以控制通过的光和热量。

广义上看，智能玻璃一词还可以解释为通过响应环境信号如光或温度来改变透光性能的玻璃。

• 不同类型的玻璃窗可以显示各种变色现象，即基于光化学效应的玻璃窗由于响应环境信号，例如光(光致变色)、温度(热致变色)或电压(电变色)而改变其光传输特性。
• 在热响应状态下，液晶可以响应温度信号来改变光传输特性。
• 人们已经研究了各种金属。镁镍薄膜具有低可见光透射率且具有反光性。当被暴露于H₂气体中或被碱性电解质还原时，它们会变得透明。这种转变的原因是氢化镁镍的形成。镁镍薄膜是由镍和镁的不同靶材共溅射而成，溅射过程中可以调节薄膜成分。与电致变色氧化物的沉积相比，使用单靶直流磁控溅射的方法相对简单，而且价格更低。劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）表明在相同质量下，新型过渡金属的价格更低，消耗更少，因此进一步降低了成本。
• 当温度超过29摄氏度(84华氏度)时，钨掺杂的二氧化钒（VO₂）涂层会在室温较高时通过反射红外光来阻挡阳光透过窗户。

这种类型的玻璃窗不能手动控制。相比之下，所有电开关智能窗口都可以通过与温度计或光电传感器集成来响应温度或亮度以自动调整其光传输特性。

墨尔本的尤里卡塔（Eureka Tower）有一个玻璃立方体，可以从大楼向外申出3米(10英尺)，游客在里面相当于悬浮在离地面近300米(984英尺)的地方。在人进入立方体后，立方体会沿着建筑物的边缘移出，这时玻璃是不透明的。一旦完全移出边缘，玻璃就变得透明起来^[4]。

波音787梦幻客机用电致变色窗取代了现有飞机上的下拉式窗帘^[5]。

美国宇航局正在研究利用电致变色窗来调控新研发的猎户座和阿尔泰号宇宙飞船所经历的热环境。

智能玻璃已经被用于一些限量版汽车，包括法拉利575M超级美国款^[6]。

ICE 3高速列车在乘客舱和驾驶室之间使用电致变色玻璃窗。

华盛顿纪念碑的电梯中使用智能玻璃从而方便乘客能够看到华盛顿纪念碑内的纪念碑。

阿姆斯特丹博物馆广场上的城市洗手间配有智能玻璃，以便在门关上时确定空隔间的占用状态，并在有人时保护隐私。

庞巴迪运输公司在运行在新加坡的布基潘江LRT线上的庞巴迪Innovia APM 100中安装了智能模糊车窗，以防止乘客在列车行驶时^[7] 窥视公寓。而且庞巴迪运输公司计划在其Flexity 2轻轨车辆上安装使用智能玻璃作为车窗^[8]。

• 1982年的电影《银翼杀手》（ Blade Runner ）中包含了对智能玻璃的初步设想。在一个场景中，一个房间被智能玻璃般的阴影笼罩，这样哈里森·福特饰演的里克·迪卡就可以进行测谎仪式的测试来确定肖恩·杨饰演的瑞秋是否是一个被称为复制体的有机机器人。
• 1993年的电影《费城》（Philadelphia）中有一个特色场景。在这个场景中，律师事务所中间的一个大会议室有三面玻璃墙。杰森·罗巴兹说，“比尔，你能把窗户关上吗？”，然后一个开关被扳动，所有的窗户立刻变成半透明的，这样就没有人能看到他们开除汤姆·汉克斯所扮演的角色了。
• 2002年的电影《所有恐惧的总和》（CSI: Miami, entitled "Legal"）中出现了智能玻璃，由本·阿弗莱克扮演的杰克·瑞恩被带进五角大楼的一个密室，当门关上时，密室的窗户变成了白色。
• 电视连续剧《二十四》（24）的第三季中出现了智能玻璃，杰克·鲍尔(Jack Bauer)将玻璃从可视状态改为磨砂模式，以阻止外界看到他在注射海洛因。
• 《犯罪现场调查:迈阿密》（Tom Clancy's Splinter Cell: Chaos Theory）第三季第五集《法律》中提到了智能玻璃，在这部电视剧中，一名卧底揭露未成年人饮酒的年轻女子在一间雷恩·沃夫称为“智能玻璃”的房间里被谋杀。在这个房间中，关上门即是闭合电路，使玻璃结霜并变得不透明。这一集首次播出是在2004年。
• 电视连续剧《对我撒谎》（Lie to Me）中出现过智能玻璃。莱特曼集团办公室的审讯/采访室相当于放置在一个较大房间里的一个房间大小的盒子，这种审讯/采访室配有智能玻璃墙。墙壁大部分时间看起来是白色和不透明的，但是可以变得透明，以显示那些从外面观察审讯/采访对像的人。
• 智能玻璃在2005年的电子游戏《汤姆·克兰西的分裂细胞:混沌理论》（Tom Clancy's Splinter Cell: Chaos Theory）中出现在第五个任务《移位器国际》里，使主角能够通过他的OCP手枪附件在开和关模式之间快速切换。
• 电影《钢铁侠》（ Iron Man）(2008)中，智能玻璃出现在记者克里斯汀·艾弗哈特和托尼·斯塔克一夜情醒来后被展示出来。
• 《白领丽人》（White Collar ）第一季第8集的《强卖》中用到了智能玻璃。当尼尔来告诉丹尼尔·里德艾弗里打算背叛他时，丹尼尔扳动开关，他的办公室窗户变为结霜模式，防止埃弗里在他们说话的时候偷看里面。
• 2012年詹姆斯·邦德电影《天降》（Skyfall）中，智能玻璃亮相，在詹姆斯·邦德被捕后向M揭露了劳尔·席尔瓦。
• 《现实世界:奥斯汀》（The Real World: Austin.）中的浴用到了智能玻璃。
• 2014年的电影《美国队长:冬季士兵》（Captain America: The Winter Soldier）中，可调光智能玻璃亮相，地点位于华盛顿特区的神盾局办公室
• 2014年动画电影《大英雄6》（Big Hero 6）中出现了智能玻璃，在该片中，被浜田义用于他的办公室。
• 在《天使》（Angel）的第五季中，智能玻璃布满了天使办公室的内墙，只要轻轻一按天使桌下的开关，玻璃就会结霜。(虚构的防吸血鬼的“坏死钢化玻璃”布置在建筑物的外墙上)。
• 2016年电子游戏《Deus Ex:人类分裂》（Deus Ex: Mankind Divided）中，可以看到人们频繁使用电致变色玻璃。电致变色玻璃经常被用来调整房间和周围环境之间的视觉接触。