玻璃竟然还可以这么智能！！！

刚进酒店房间的时候，

由于

爱学习的

液晶即液态晶体，它的性子介于常规液体和固态晶体之间。
例如，液晶可以像液体一样流动，但是其分子又可以像晶体一样有取向。

液晶 | 来源：Wikipedia

由于液晶具有流动的性子，以是只须要施加很小的力就可以使液晶分子运动。
液晶分子极易受外加电场的影响而产生感应电荷，利用这个特点，可以给液晶施加一静电场，让其产生感应电荷进而产生静电扭力，使液晶分子定向排列，从而达到特定的光学效果 [1]。
当撤走施加于液晶的电场时，液晶分子将凭借自身的弹性和黏性，迅速地规复到原来未加电场时的状态，以是液晶分子具有相应快的特点。

手机、电脑中常见的液晶显示屏就用到了液晶的这些性子。
两块偏振片呈90放置，中间注入液晶。
不给液晶分子通电时，液晶分子呈螺旋状排列，光沿着液晶分子的间隙旋转90，以是能透过上方的偏振片；通电时，液晶分子在电场浸染下垂直偏振片，光会顺着液晶分子的间隙直线提高，以是光透不过上方的偏振片。

液晶显示器的事理，P1、P2是偏振片，G是玻璃层，E1、E2是导电板 | 来源：Wikipedia

手机、电脑的液晶屏是透射显示，而电子腕表则是反射显示，事理也类似。

1、5是垂直放置的偏振片，2、4是透明导电玻璃，3是液晶，6是反光镜 | 来源：Wikipedia

而酒店里面的电控雾化玻璃也是利用了液晶在电场下会定向排列的特性。
在聚合物分散液晶中，液晶被分散到液体聚合物中，然后将液体聚合物固化。
聚合物固化后，液晶与固体聚合物不相容，以是在聚合物中因此小液滴的形式存在[2]。
就像下图中所示的一样，小液滴内有许多液晶。
生产的时候将液晶与液体聚合物的稠浊物注入两层玻璃（或塑料）之间，再将其固化，就成了夹层构造。

图中的PDLC膜被有透明导电玻璃（比如氧化铟锡）涂层的PET膜所包围 | 来源：glass-apps.com

没有施加电压的情形下，液晶是随机排列的，这光阴线照到电控雾化玻璃上会发生散射，就像碰着了磨砂玻璃一样。
外不雅观上看起来是乳白色的，透光但不透明。
当在电极上施加电压时，两块玻璃之间产生的静电场让液晶平行排列，使得光芒得以透过液晶形成的小液滴而只发生很少的散射。
理论上讲这种玻璃的透明程度可以通过调节所施加的电压来掌握，低电压下少量液晶平行排列，只让少部分光通过。
不过

除了聚合物分散液晶，能达到类似效果的还有悬浮粒子（Suspended-particle devices，SPD）和微型百叶窗（Micro-blinds）。

悬浮粒子的事理和聚合物分散液晶很像：两片玻璃（或塑料）之间是液体夹层，有棒状纳米颗粒悬浮于夹层的液体中。
当不施加电压时，悬浮粒子会随机分布，阻挡和接管光芒；施加电压后，悬浮粒子会定向排列让光芒通过。
调节电压可以调节悬浮粒子的排列方向，从而调节玻璃的透光量。

悬浮粒子智能玻璃的事理 | 来源：HowStuffWorks.com

至于微型百叶窗，则是在透明导电玻璃上沉积一层微米级的卷曲电极。
由于微型百叶窗是微米级的，以是肉眼险些看不见它。
电压可以掌握卷曲电极是卷曲还是展开，从而掌握透光量。

电子显微镜下的微型百叶窗 | 来源：[3]

微型百叶窗可玩性挺高的 | 来源：DMDisplay

上面提到了三种智能玻璃，它们的事理实质上都是宏不雅观状态下物体的集体运动，是物理变革。
还有的智能玻璃是通过微不雅观状态下粒子的运动来实现的，是化学反应，比如下面即将先容的电致变色玻璃。

电致变色玻璃，顾名思义便是可以通过施加电压来改变玻璃的颜色。

左图：电致变色玻璃未通电，看起来和普通玻璃没什么差异；右图：电致变色玻璃通电后变成了深蓝色 | 来源：NREL

电致变色玻璃大致可以分成7层，如下图所示，从左往右分别是透明玻璃（或塑料）、透明导电层、离子存储层、电解质层、电致变色层、透明导电层、透明玻璃。
个中最主要的便是电致变色层。

电致变色玻璃的构造 | 来源：HowStuffWorks

电致变色层中含有变色材料。
有的变色材料在高价态显色，低价态褪色，这种叫阳极变色材料，比如NiO [4]。
NiO在高价态下显灰色，当它发生下面这个反应时，电致变色玻璃就可以从透明切换到灰色。

而有的变色材料则是在高价态透明，低价态时显色，这种就叫做阴极变色材料，比如说WO3[4]。
WO与H3 +和Li+结合后，就会由透明转变为深蓝色，从而达到变色的效果。
WO3是目前运用最多，性能最好的阴极着色材料，电致变色玻璃中很多用的都是它。

知道了变色材料变色的事理，现在就能更好地理解电致变色玻璃的事情事理啦。
当给电致变色玻璃的透明导电层施加电压的时候，离子存储层中存储的离子会在电场浸染下穿过电解质层，与电致变色层中的变色材料结合，从而让变色材料变色。

电致变色玻璃事情事理 | 来源：HowStuffWorks

下面这幅动图可能更好理解一点，以WO为例，向离子存储层和电致变色层之间施加电压，3 锂离子（图中的蓝色圆圈）从离子存储层移动到电致变色层（图中从左到右）让WO3变为蓝色。
这样玻璃反射、接管的光芒更多，而透射的光芒更少，从而使其显得不透明（更暗）。

电致变色玻璃事情事理 | 来源：explainthatstuff.com

电致变色玻璃变色的程度可以通过电压的大小来调控。
如果用光敏传感器代替手动调节按钮，让光敏传感器根据光强做出反应进而调节电压，那便是真智能玻璃。

电致变色玻璃比较于电控雾化玻璃的一个优点是，改变了玻璃的颜色之后是不须要再通电来坚持的，这点比较像电纸书的墨水屏。

不过，比较于电控雾化玻璃能实现从透明到不透明的瞬时切换，电致变色玻璃切换则比较慢，视玻璃的尺寸而定，从几秒钟到几分钟不等。
这个好理解，毕竟离子迁移还是须要韶光的。
电致变色玻璃色彩变革的同等性也不太好，它变色的时候，边缘会先变暗，然后向内扩展，形成比较大的色彩变革。

波音787客机的电致变色玻璃，明显可以看出中间变色要比边缘慢一拍 | 来源：makeagif.com

这就使得电致变色玻璃不适宜运用于快速切换的场景（比如浴室），而适用于露天的窗户。

除了电致变色玻璃外，还有光致变色玻璃，热致变色玻璃，好学的小可爱们看完文章后可以查资料看看它们是怎么事情的。

参考资料

[1] 液晶显示器

[2] Smart glass

[3] Lamontagne B, Barrios P, Py C, et al. NEXT GENERATION OF SWITCHABLE GLASS: THE MICRO-BLINDS[J]. Verre, 2010, 16: 50-53.

[4] Daniela Lisi, ELECTROCHROMICGLASS [D], UNIVERSIT DEGLI STUDI DI LECCE, 2002.

编辑：重光