玻璃 - 人类最重要的材料

玻璃制作可以追溯到4000年前的古代美索不达米亚。被称为“人类最重要的材料”¹玻璃在我们的现代环境中无处不在。

It is used in the construction of skyscrapers, allowing light into our homes, working as an integral substrate for smartphones and electronic devices, as prescription lenses for glasses that help us see better, the windscreens on vehicles, and the fiber optic glass cables that connect the world.

近几十年来，新的基于玻璃的技术有所增加，例如ultra-thin flexible glass和最新可折叠设备的触摸屏。

现在，随着技术的进步和数字化和显示的并行趋势，“智能玻璃”制造的进步正在朝着新的方向发展，这有助于产生越来越多的动态玻璃应用。

什么是智能玻璃？

有效地，Smart Glass采用具有功能特性的特殊层或涂料制造。这些功能可以包括：

• 可调色- 某些类型的智能玻璃会自动响应阳光变化，或者可以通过电子控制以从透明变为有色或不透明。
• 热与噪音阻塞- 各种智能玻璃处理意味着房屋或汽车中的窗户能够降低热传输并降低噪音。
• 显示- 具有嵌入式电层的智能玻璃可用于显示图像或充当交互式触摸屏。
• 太阳能收集- 将光伏电池插入玻璃层中，使车辆天窗成为可以作为电源源来补充电​​池电源的能力。

不要与“smart glasses” — the augmented-reality devices typically worn on the head — smart glass has extensive application potential in industries such as architecture, aerospace, and automotive.

最早的智能玻璃产品包括过渡^®，当佩戴者踏入阳光时，眼镜从清晰变成有色。以这种方式使用的光致变色玻璃首先在1960年代商业化。

在过渡中使用的可调节色素玻璃镜头^®渐进的眼镜。（图片来源）

建筑和建筑行业在吸收智能玻璃时很快。在建立住宅和商业建筑时，Smart Glass提供了一些好处。减少进入建筑物的紫外线和阳光的数量，以帮助保持凉爽，从而节省空调的使用，从而节省能源并减少碳足迹。

Blocking out the glare of the sun not only offers increased levels of comfort but also prolongs the lifetime of furniture, fabrics, and objects as damage caused by sun exposure is reduced. For instance, museums are leveraging smart-glass sunroofs that transmit bright, natural light ideal for viewing artwork while eliminating glare and harmful UV rays.

除了外部窗户和门外，智能玻璃还可以安装在内部门和隔板上，以提供更高的隐私水平，并有助于立即改造空间，同时占据比墙壁小得多。

使用电致富技术的建筑玻璃上逐渐暗色的示例。（图片©Halio）

在整个运输行业中，许多航空航天，汽车和海洋制造商已迅速开始将智能玻璃整合到最新的飞机，船只和车辆中。

可调节的挡风玻璃可以自动适应环境光条件，以提高可见性并提高安全性。封口窗和天窗限制了对空调及其组件的需求，从而减少了排放和燃料消耗。

电动车辆（EV）制造商吸引了智能玻璃的魅力：“测试表明，SPD-Smartglass可以减少燃油消耗，并将电动汽车的驾驶范围提高高达5.5％，将CO2排放量减少4克/km，块，块95％的热量，并将车辆内部的温度降低至18ºF/10ºC。”²

来自Gentex的Eleptrochromic玻璃在波音777中用于阻挡阳光和热量，使乘客可以选择性地将其窗户变暗。（图片©Gentex）

Smart Glass还将新应用程序作为显示技术。与传统的显示器不同，玻璃屏幕位于投影数字图像（例如LCD）面板前面，某些形式的智能玻璃可以从玻璃层中产生显示图像，同时保持透明的质量。

例如，许多汽车制造商正在积极开发可以充当触摸屏信息娱乐显示的乘客窗户，并且零售商正在投资于充当多功能营销面板的商店窗口。

有了智能玻璃的当前和潜在用途，可以预测，到2027年，全球市场将增长近160亿美元，CAGR 17.2％，³随着建筑和汽车市场领域的绘制图表。

展示一个智能零售窗口，该窗口可以显示促销消息和视频，或返回透明状态，所有这些都吸引了更多的购物者。视频来源：纱布

智能玻璃如何工作？

In essence, smart glass is manufactured with specific functional or “active” interlayers like films, liquid crystals, and electronics that are interspersed between two outer layers of glass.

该组合物也可以由粘合层，层压板，间距和涂层组成。各种活动层或层组合提供了广泛的功能，使智能玻璃可以发挥各种功能。

由活性层（液晶膜）组成的智能玻璃的示例和夹在两个薄玻璃外层之间的粘合剂。（图像©纱布）

Types of Smart Glass

智能玻璃技术可以分为两类 - 被动和主动。在被动技术中，功能层可能是光敏的（光色素）或热敏感的（热色素）。

由于它们检测到并响应太阳紫外线或辐射热的变化，因此被称为被动。不需要电荷，但是用户无法控制色彩或不透明度的修改。

Comparatively, active smart glass technologies are responsive to electric current thanks to a conductive layer that allows control of functions by the user. Electrified smart glass offers extra capabilities such as acting as a display screen, emitting light, enabling variable settings or patterns across a glass panel, or even accumulating solar power.

活性技术被归类为电致变色，聚合物分散的液晶（PDLC）和悬浮颗粒装置（SPD）。

智能玻璃类别包括被动技术和主动技术。图片来源：辐射视觉系统

光色素玻璃：Photochromic smart glass (the technology typically used for Transitions^®眼镜）利用一层薄膜，带有光敏分子固定在玻璃的内表面或外表面。

分子一直看不见，直到暴露于紫外线为止，该射线会引发反应（结构的变化），并使它们改变透射率（调节光线的量），从清除到较暗。

色调的程度取决于紫外线的量 - 玻璃适应各种光条件。当紫外线消失时，玻璃返回其透明状态。

热色玻璃：热色素智能玻璃用放置在玻璃层之间的聚乙烯基丁丙（PVB）的层间制造。当玻璃被阳光或辐射热击中时，随着温度的升高，玻璃会逐渐变黑。

可以将不同的材料（例亚博网站下载如陶瓷涂料）分层在玻璃的内表面上，该材料能够将热色层内的热量捕获，从而使建筑物或车辆内部的温度凉爽。作为另一个好处，这些层也可以防止噪音。

生产中的热色玻璃，将PVB层夹在两个玻璃层之间。（图片©Sekisui）

电染色玻璃：当施加电流时，电致色素材料的颜色会发生变化。亚博网站下载对于这种智能玻璃，将电致色层放置在玻璃和导电层之间。当应用电荷时，电解质层中的离子会激活，这会导致电染料层从黑暗（或不透明）变为透明。

电致色素智能玻璃结构的示意图。图片来源：辐射视觉系统

The glass remains clear on its own; electric power can be applied to change it back again. Previously, transitions from clear to opaque had been slow, but recent progress in manufacturing has seen a reduction in the switching phase to just two seconds. Electrochromic glass also possesses noise-blocking properties.

办公室中的电致变色可切换分区。（图片来源）。

Suspended Particle Device (SPD):SPD玻璃在两个导电层之间结合了一层颗粒。yabo214当用电荷激活导电层时，颗粒对齐，使光通过。yabo214SPD玻璃在其不活跃（黑暗）状态下具有可阻挡99％的光线的能力。

悬挂粒子装置（SPD）智能玻璃的示意图，在OFF和状态下。图片来源：辐射视觉系统

聚合物分散液晶（PDLC）：PDLC技术利用了固定在导电层之间的LCD晶体层。像电致色素和SPD玻璃一样，其默认的关闭设置是不透明的。使用电流的应用，晶体平行坐标，使玻璃透明以使光通过。

聚合物分散的液晶（PDLC）智能玻璃的示意图，在状态下。图片来源：辐射视觉系统

智能玻璃应用的质量注意事项

Manufacturers of smart glass and the products that use it must take several factors into consideration to ensure good quality. The first is the quality of the formation and composition of the glass itself. Glass manufacturers must keep an eye out for a range of quality issues, including:

• 光学故障- 玻璃结构中可能导致扭曲或图像失真等问题的故障（用于显示时）
• 现场故障- 包括玻璃内的气泡和沉积物
• 线性或扩展故障- 表面层的划伤或划痕
• 层压缺陷- 当玻璃片用各种功能和电气层层压时，粘合剂和膜时，灰尘颗粒可能会在层或气泡之间捕获，这可能会阻碍玻璃的视觉质量。yabo214

要牢记可调色和可调节性智能玻璃的主要考虑因素是外观和透射率的均匀性（允许通过的光量）。

透射率水平（例如，从透明到黑暗）之间的过渡应显得平均且一致。制造商需要确定整个玻璃板上的色调或不透明度是否相同，是否正确的光线通过或被阻塞，以及色调是否正确。

在此测量图像（以虚假的颜色尺度显示）中，中心和沿该面板的底部和拐角处的光差异很明显，表明均匀性差。图片来源：辐射TRUETEST™软件。

当使用智能玻璃进行显示时，还有其他质量考虑需要添加到列表中，包括虚拟图像的清晰度，亮度，形状和方向，以及它们在环境环境中的对比度或可见性，以及通过玻璃可见表面。

对于许多智能玻璃显示应用程序，图像元素的尺寸可能低于毫米，因此必须精确，准确地测量这些元素。对于显示器，弯曲玻璃会为精确的光学测量带来额外的挑战。

Optical Measurement Solutions

光学测量系统can be applied to quantify the visual properties of glass, including values of light, such as chromaticity, luminance, uniformity, and contrast for the detection of the transmittance of glass at different stages of opacity.

还可以应用光值来建立显示器上的锐度或MTF（调制传输函数），例如显示屏上的图标，或确定在有色或照明玻璃上位于热点和深色斑点的位置。

检测膜或层中的颗粒和线yabo214条，评估显示符号和形状的完整性，并确定玻璃效应，例如图像失真，翘曲和幽灵 - 都需要对玻璃的视觉品质有空间的理解。

智能玻璃测试系统必须具有衡量值和识别元素的能力，并在其真实的空间位置进行测量。

使用TRUETEST™软件在面板上识别的随机缺陷。图片来源：辐射视觉系统

为此，需要成像光度计或色彩表来捕获高分辨率数据以进行准确，详细的分析并测量亮度和色度的完整值。同样重要的是，图像处理和分析软件也应提供特定的算法来测量这些值并评估玻璃特性。

Radiant的Prometric^®成像光度计和比色计具有捕获测量区域的完整视野，以有效地表征玻璃中的所有关键标准。

专门的光学过滤器和校准确保将光对标准CIE函数进行加权，以详细说明人类视觉响应。这样，智能玻璃会根据建造居民，车辆乘员，展示观众和设备用户观察到的亮度，颜色和质量进行评估。

一种Prometric成像色彩表（左）和光度计（右）设计，以模拟人类对光和颜色的视觉感知。图片来源：辐射视觉系统

参考

1. Mann，T。，“人类最重要的材料，”大西洋，2018年4月7日。
2. “Two New Uses for Research Frontiers’ SPD-SmartGlass Technology Produced by Gauzy Lt. Unveiled at the IAA Munich Auto Show This Week.研究边界，2021年9月8日。
3. 智能玻璃市场规模，份额…预测，2020-2027，《财富商业见解》，2020年9月。

This information has been sourced, reviewed and adapted from materials provided by Radiant Vision Systems.

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