CN110703530A - 一种具有电加热及电磁屏蔽的电致变色汽车玻璃 - Google Patents

Abstract

一种具有电加热及电磁屏蔽的电致变色汽车玻璃，沿厚度方向依次层叠有第一玻璃层、电致变色模块、第一网栅层、第二网栅层、粘结层和第二玻璃层，其特征在于，所述第一网栅层包括第一透明基底和若干平行布线排列的第一金属丝，所述第一金属丝排布在第一透明基底朝向电致变色模块的一侧，所述第二网栅层包括第二透明基底和若干平行布线排列的第二金属丝，所述第二金属丝的排布在第二透明基底朝向第二玻璃层的一侧。可同时具有玻璃电磁屏蔽功能及电加热两种功能，且电磁屏蔽功能不受电磁辐射方向的限制。

Description

一种具有电加热及电磁屏蔽的电致变色汽车玻璃

技术领域：

本发明涉及光电功能玻璃的技术领域，尤其涉及一种具有电加热及电磁屏蔽的电致变色汽车玻璃。

背景技术：

电致变色技术是一种可以通过外接直流电压进行驱动，能够可逆地调整太阳能光谱中可见光及近红外光的透过率，因此，若将该技术应用于汽车玻璃上，可以有效地的调节车窗玻璃的透光及太阳能量的透过，从而达到调光和节能的目的。

然而，电致变色玻璃产品在实际应用过程中，存在一些不足：1.目前电致变色功能膜的导电层所用的是ITO导电膜，而ITO导电膜的导电性较差，使得电致变色膜的变色速率过慢，特别是针对无机电致变色产品(也即：全固态电致变色器件)，因此造成客户的体验感不佳；2.低温工作性能不佳，即：当环境温度过低(＜-10℃)，电致变色玻璃的变色功能逐渐变慢甚至是不变色，使得该产品在应用于冬季寒冷区域的建筑或汽车上时存在变色失效的问题。同时，在天气寒冷的冬天，玻璃表面容易出现结冰起雾的问题，阻挡车内驾驶员或乘客的视野。

另外，随着生活着越来越多的电子产品的出现，这也会存在各种电磁辐射的问题。由于能源问题，汽车本身也逐渐新能源化方向的发展，这使得汽车本身会携带各种电器及电池系统。因此，我们在实际用车的过程当中会存在各种电磁辐射的问题，长期处于这种电磁辐射的环境中会对人体造成不利的影响。

因此，若将电致变色技术应用于汽车玻璃基础上，同时能够赋予该产品电加热及电磁屏蔽的功能，则可以有效地解决该技术产品的低温使用性能以及车身产生电磁辐射对车内人体的影响。

目前关于具有电加热及电磁屏蔽的电致变色多功能器件，多采用金属丝或导电膜作为实现电加热及电磁屏蔽功能介质，对于采用金属丝的电加热产品的设计，为了保证加热的均匀性，目前一般都采用加热丝平行走向设计，理论研究发现平行排列的金属丝对电磁波的屏蔽具有明显的方向性，当平行的金属丝与电磁波的电场方向相互垂直时，此时平行金属丝对电磁波的屏蔽效能几乎为零。因此，在实际应用过程中，由于我们无法判断电磁辐射的传播方向，使得在应用过程中存在一定局限性。

发明内容：

针对上诉问题，本发明提供一种电致变色功能玻璃产品，其同时具有玻璃电磁屏蔽功能及电加热两种功能，且电磁屏蔽功能不受电磁辐射方向的限制。

本发明所采取的技术方案是：

一种具有电加热及电磁屏蔽的电致变色汽车玻璃，沿厚度方向依次层叠有第一玻璃层、电致变色模块、第一网栅层、第二网栅层、粘结层和第二玻璃层，其特征在于，所述第一网栅层包括第一透明基底和若干平行布线排列的第一金属丝，所述第一金属丝排布在第一透明基底朝向电致变色模块的一侧，所述第二网栅层包括第二透明基底和若干平行布线排列的第二金属丝，所述第二金属丝的排布在第二透明基底朝向第二玻璃层的一侧，所述第一金属丝的排布方向与第二金属丝的排布方向夹角40°～90°。

其中，所述电致变色模块包括从下到上依次堆叠的第一透明导电层、电致变色层、离子传输层、离子储存层、第二透明导电层。

其中，第一透明基底和第二透明基底厚度都为50-100um。

其中，所述第一金属丝与第二金属丝的金属丝宽度都为5～15um。

其中，所述第一金属丝的丝间距为100～500um。

其中，所述第一金属丝的厚度为10～100um。

其中，所述第二金属丝的丝间距为500～1500um。

其中，所述第二金属丝的厚度为20～60um。

其中，所述第二网栅层的第二金属丝的首尾两端分别并联于一条母线。

其中，所述母线采用铜箔或银浆印刷制成，或采用铜箔和银浆的结合制成。

本发明由于采取以上技术方案，具有如下有益效果：

与现有技术相比，本发明在将电加热、电磁屏蔽以及电致变色三种功能复合在一起而形成一种汽车玻璃，有效地的解决了该产品在电磁屏蔽功能上具有明显方向性的问题，即：可以针对各个方向传播的电磁辐射具有屏蔽作用；同时，该结构产品可以有效地提高整个电致变色层的变色速率；该产品具有足够的加热功率密度以满足快速除冰除霜的要求，同时可以保证产品外观不存在视觉障碍；另外，本发明的夹层玻璃产品结构简单，产品的厚度设计相对较合理，在保证三种功能的性能最佳化，不明显增加产品的厚度，可应用于汽车天窗、前挡以及边窗等位置，极大地丰富了产品的应用范围。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的电致变色模块的具体结构示意图；

图3为本发明的第一网栅层与第二网栅层立体结构示意图。

图4为本发明的第二网栅层的结构示意图。

标号说明：

11、第一玻璃层，12、电致变色模块，13、第一网栅层，14、第二网栅层，15、粘结层，16、第二玻璃层；

21、第一透明基底，22、第二透明基底，23、第一金属丝，24、第二金属丝；

31、母线，32、连接线；

41、第一透明导电层，42、电致变色层，43、离子传输层，44、离子储存层，45、第二透明导电层；

U₁、第一直流电压,U₂、第二直流电压

具体实施方式：

以下结合附图对本发明做进一步的详细说明。

如图1、图2所示，本发明一种具有电加热及电磁屏蔽的电致变色汽车玻璃，沿厚度方向依次层叠有第一玻璃层11、电致变色模块12、第一网栅层13、第二网栅层14、粘结层15、第二玻璃层16。如图2所示，第一网栅层13包括第一透明基底21和第一金属丝23，第二网栅层14包括第二透明基底22和第二金属丝24，第一金属丝23排布在第一透明基底21朝向电致变色模块12一侧，第二金属丝24排布在第二透明基底22朝向第二玻璃层16的一侧。将第一网栅层13与第二网栅层14同时层合于夹层玻璃之间，同时保证第一金属丝23的走向与第二金属丝24的走向夹角在40°～90°之间。以上方案既可以保证该产品具有较好的加热性能，该加热产品不会存在外观视觉障碍，同时可以保证较高的加热功率密度，又可以显著提高电致变色模块12的变色速率，另外，也可以赋予该产品具有较好的电磁屏蔽功能，同时保证电磁屏蔽功能不会存在方向性，即：可以保证针对各个方向的电磁辐射都具有较好的电磁屏蔽效果。

在优选的实施方案中，第一透明基底21和第二透明基底22厚度为50-100um，第一金属丝23的厚度为10～100um，第一金属丝23之间的间距为100～500um，第二金属丝24的厚度为20～60um，第二金属丝24间距为500～1500um，第一金属丝23与第二金属丝24的宽度为5～15um，所述金属丝的材质可选自金、银、铜，优选铜。所述第一透明基底21、第二透明基底22与粘结层15材料可选用各种夹层玻璃中常用的高分子材料，优选聚乙烯缩丁醛。第一玻璃层11与第二玻璃层16可选钠钙玻璃、硼硅玻璃或高铝玻璃。

关于参数的优选方案是在实验的基础上得到的。第一网栅层23起到加速电致变色和电磁屏蔽的作用，第二网栅层24起到加热和电磁屏蔽的作用，为了深入研究第一网栅层13与第二网栅层14组合对电磁屏蔽、电致变色以及电致变色速率的影响，从而确定第一网栅层13与第二网栅层14的各项参数，如膜片厚度、金属丝厚度、金属丝的间距。通过设置几组对比试验进行研究分析，另外，考虑到第一网栅层13与第二网栅层14的电阻R可以通过公式①计算得到：

公式①当中L代表每根铜丝的长度，ρ代表金属丝的电阻率，金属丝可以视作长方体，A代表金属丝的宽度，B代表金属丝的厚度，考虑到金属丝的宽度太宽会对人眼造成视觉干扰，在此希望金属丝的宽度越小越好。但是，考虑到第一网栅层13或第二网栅层14的制备工艺，当金属丝越细则出现断线的风险越大，综合考虑人眼对丝线最小的分辨宽度为6um左右，从而将金属丝宽度控制在5-15um。因此，为了权衡各项利弊及便于问题的分析，以下试验分析的第一金属丝23与第二金属丝24的宽度都采用6um。

由于第一网栅层13对电磁屏蔽效能与电致变色速率有影响，而第二网栅层14对电加热及电磁屏蔽效能有影响，为了便于较好的分析二者对电磁屏蔽、电致变色以及电加热三方面功能的影响，先固定第二网栅层14的各性能指标，即：实验中第二金属丝24的厚度为40um、第二金属丝24的丝间距为1000um，且第一金属丝23的走向与第二金属丝24的走向相互垂直。分别设置5组对比试验，改变第一金属丝23的厚度(取值范围20～100um)、第一金属丝24的丝间距(取值范围100～500um)的大小，具体数据见表1：

表1

表1中电磁屏蔽效能S_SE可以由公式②表示为：

S_SE＝10lg(P_D1/P_D2) ②

P_D1代表不含有第一网栅层13与第二网栅层14时入射电磁波的功率密度，P_D2代表含有第一网栅层13与第二网栅层14时透过电磁波的功率密度，所测试的电磁波频段为100KHz～1G Hz，该频段基本可覆盖实际工程中需要屏蔽的电磁波干扰。

表1中电致变色提速效率η可以由公式③表示：

T₁代表不含有第一网栅层13时电致变色变色所需时间(颜色由最浅变至最深时)，T₂代表包含第一网栅层13时电致变色模块变色所需时间(颜色由最浅变至最深时)。

通过表1，可以发现:在保持第二网栅层14的第二金属丝24宽度大小保持一定时，随着第一网栅层13的厚度增加，该产品的电磁屏蔽效能与电致变色提速效率都逐渐增加，原因是：随着金属丝厚度的增加，根据公式①可得到整个导电膜的电阻会变小，所以将第一网栅层13与电致变色模块12接触在一起形成夹层结构时，第一网栅层13与电致变色模块12的第二透明导电层35形成良好的电接触，可以大幅度降低第二透明导电层35的电阻，可以加速电子的传输速率，所以电致变色模块12的变色速率可以显著提高，同时，导电性越好，其屏蔽效能也越好；当第一金属丝23厚度达到一定值后，电磁屏蔽效能与电致变色提速效率逐渐趋于峰值，也即：此后随着第一金属丝23的厚度继续增加，电磁屏蔽效能与电致变色提速效率基本保持不变，可能原因是：此后因第一网栅层13的厚度增加而提高第一网栅层的导电性已不再是电磁屏蔽效能与电致变色提速效率影响的主要因素。

对于第一金属丝23的丝间距对电磁屏蔽与电致变色提速效率的影响，从表1也可明显发现：随着第一金属丝23的丝间距逐渐增加，电磁屏蔽效能逐渐降低，电致变色提速效率也逐渐下降，主要原因是：电磁屏蔽效能与第一金属丝23的丝间距成负相关关系，同时，由于丝间距增加，也会导致第一网栅层13的整个区域的电阻增大，所以也会间接导致电致变色提速效率降低。

接下来，再对第二网栅层14对电加热及电磁屏蔽性能的影响进行研究，同样，先固定第一网栅层13的各项性能指标，保证第一金属丝23的厚度为20um、第一金属丝23的丝间距为200um，第一金属丝13的丝线走向与第二金属丝24的丝线走向相互垂直，分别设置5组对比试验，即:分别改变第二金属丝24的厚度大小(取值范围为20～100um)，第二金属丝24的丝间距大小(取值范围为500～1500um)，具体数据见表2所示：

表2

公式④当中U代表加热电压，R代表金属网栅加热膜14的电阻大小，S代表整个加热区域的面积大小。

从表2可以看出：随着第二金属丝24的丝间距增大，而电磁屏蔽效能与丝间距的大小成负相关关系，所以该产品的电磁屏蔽效能逐渐下降；同时，丝间距的增加，第二网栅层14整体的电阻也会增加，所以加热功率密度也随之降低。另外，从表2也可以发现：随着第二金属丝24的厚度增加，第二网栅层14的电阻下降，其对电磁屏蔽效能的影响也同样呈现出与表1所表现出的相同的规律变化，加热功率密度也随之增加，且加热功率密度只要达到450W/m²以上即可达到除冰除霜的标准要求。

通过表1、表2分析，电致变色提速效率只受第一网栅层13的影响，而加热功率密度只受第二网栅层14的影响，电磁屏蔽效能的大小同时受二者影响。

同样可以通过改变第一金属丝23与第二金属丝24丝线走向的夹角θ，来探究丝线夹角对于电磁屏蔽效能的变化。此时第一金属丝23的厚度为40um，第一金属丝23的丝间距为200um，第二金属丝24的厚度为40um、第二金属丝24的丝间距为1000um，改变夹角时电磁屏蔽效能的变化如表3所示：

表3

通过表3可以发现：随着第一金属丝23与第二金属丝24丝线走向的夹角θ逐渐增加，其电磁屏蔽效能呈现出先减小后增加的趋势，且当二者丝线之间的夹层呈90°时，此时的电磁屏蔽效能最大。另外，通过研究发现：如若将二者分开单独进行电磁屏蔽效能测试，发现其随着电磁波传播方向的改变表现出不同的电磁屏蔽效果。因此，需要将二者有效地结合起来才能表现出较好的电磁屏蔽效果。

如图3所示，第二网栅层14上的第二金属丝24首尾两端分别并联于一道母线31，母线31可采用铜箔或银浆印刷制成，也可以采用铜箔和银浆的结合(即：先印刷银浆，再贴附铜箔，并保证第二金属丝24夹于银浆与铜箔之间)，铜箔和银浆都是应用成熟且导电性好的材料，同时为了防止丝线的断裂对加热均匀性的影响，可以将第二金属丝24通过连接线32相互之间串联起来。第二直流电压U₂施加在两道母线31上，加热电压优选12-14V。

如图4所示，电致变色模块12包括第一透明导电层41、电致变色层42、离子传输层43、离子储存层44以及第二透明导电层45，第一透明导电层41与第二透明导电层45可选自金属氧化物、掺杂金属氧化物或透明导电的氮氧化物，优选ITO透明导电膜，电致变色层42可选自氧化钨、氧化钼、氧化镍、氧化钛、氧化铬、氧化锰中的一种或几种，优选氧化钨，离子传输层43可选自固态电解质、液态电解质或聚合物电解，优选固态电解质，离子储存层44可选自金属氧化物或普鲁士蓝，优选阳极电致变色材料，这样可以与阴极电致变色材料在着色褪色过程中形成较好的互补，从而使得可见光的调整区域更宽。电致变色为现有的技术，通过物理沉积等技术手段在第一玻璃层11上制成，第一直流电压U₁施加在第一透明导电层41和第二透明导电层45之间。

以上内容对本发明所述的具有电加热及电磁屏蔽的电致变色汽车玻璃进行了具体描述，其既可以用作天窗夹层玻璃，也可以用作前挡、侧窗夹层玻璃等，但是本发明不受以上描述的具体实施方式内容的局限，所以凡依据本发明的技术要点进行的任何改进、等同修改和替换等，均属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种具有电加热及电磁屏蔽的电致变色汽车玻璃，沿厚度方向依次层叠有第一玻璃层(11)、电致变色模块(12)、第一网栅层(13)、第二网栅层(14)、粘结层(15)和第二玻璃层(16)，其特征在于，所述第一网栅层(13)包括第一透明基底(21)和若干平行布线排列的第一金属丝(23)，所述第一金属丝(23)排布在第一透明基底(21)朝向电致变色模块(12)的一侧，所述第二网栅层(14)包括第二透明基底(22)和若干平行布线排列的第二金属丝(24)，所述第二金属丝(14)的排布在第二透明基底(22)朝向第二玻璃层(16)的一侧，所述第一金属丝(23)的排布方向与第二金属丝(24)的排布方向夹角40°～90°。

2.根据权利要求1所述的一种具有电加热及电磁屏蔽的电致变色汽车玻璃，其特征在于，所述电致变色模块(12)包括从下到上依次堆叠的第一透明导电层(41)、电致变色层(42)、离子传输层(43)、离子储存层(44)、第二透明导电层(45)。

3.根据权利要求1所述的一种具有电加热及电磁屏蔽的电致变色汽车玻璃，其特征在于，第一透明基底(21)和第二透明基底(22)厚度都为50-100um。

4.根据权利要求1所述的一种具有电加热及电磁屏蔽的电致变色汽车玻璃，其特征在于，所述第一金属丝(23)与第二金属丝(24)的金属丝宽度都为5～15um。

5.根据权利要求4所述的一种具有电加热及电磁屏蔽的电致变色汽车玻璃，其特征在于，所述第一金属丝(23)的丝间距为100～500um。

6.根据权利要求5所述的一种具有电加热及电磁屏蔽的电致变色汽车玻璃，其特征在于，所述第一金属丝(23)的厚度为10～100um。

7.根据权利要求4所述的一种具有电加热及电磁屏蔽的电致变色汽车玻璃，其特征在于，所述第二金属丝(24)的丝间距为500～1500um。

8.根据权利要求7所述的一种具有电加热及电磁屏蔽的电致变色汽车玻璃，其特征在于，所述第二金属丝(24)的厚度为20～60um。

9.根据权利要求1所述的一种具有电加热及电磁屏蔽的电致变色汽车玻璃，其特征在于，所述第二网栅层(14)的第二金属丝(24)的首尾两端分别并联于一条母线(31)。

10.根据权利要9所述的一种具有电加热及电磁屏蔽的电致变色汽车玻璃，其特征在于，所述母线(31)采用铜箔或银浆印刷制成，或采用铜箔和银浆的结合制成。

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