2006/01/05
經濟部能源局
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▓撰文：程金保、游毓珈
生活在能源有限的壓力下，除了要注重開源節流外，還要能更有效率的運用能源，發展省電、智慧化、科技化且符合人類未來生活趨勢的商品，以提升人類的生活品質。
在一個封閉的空間內，玻璃窗材能夠帶給人較寬視野的舒適感受，所以在一般建築或汽車設計上，都可以看到玻璃窗材的應用，但是要使室內空間（車內）有充分的採光與節約能源是一項挑戰。在傳統的作法中，係以增加窗戶的設置面積來增加採光的方式，卻使得大量太陽熱能隨之進入封閉空間內，增加了空調能源的消耗。而節能窗（Energy saving window）就在希望能兼顧採光與隔熱的需求下開始受到重視。
目前節能窗的作用型式可以分為非變色型（Non-change color）與變色型（Change color）兩大類，非變色型包括：色板玻璃、反射玻璃、膠合玻璃、雙層玻璃以及低輻射玻璃等；變色型的依其驅動原理可分為電致色變（Electrochromism）、熱致色變（Thermochromism）及光致色變（Photochromism）三大類。電致色變材料及其裝置具有較高的使用者控制性和較寬廣的可調整波長範圍及高光學密度，可阻擋大部分可見光與近紅外光，因具此一優勢，使電致色變技術成為在近年來受到重視及研究的智慧型材料科技。
電致色變技術目前之應用
變色型節能窗現在的主要研究開發技術是以電致色變為主。電致色變技術是一項應用相當廣泛的材料科技，舉凡在感測器（氣體、溫度、壓力）、光學及面板科技（濾光片、數字顯示器、平面顯示器）、節能技術（節能窗、汽車天窗）、航太科技（用於人造衛星）等等，都可見其相關研究與應用，由此可見電致色變材料的發展是極具潛力的。
應用於航太科技
電致色變技術使用起源於航太科技上，係基於其可調式放射率在紅外光波段優越表現的特性。例如在太空中運行的人造衛星與飛行的太空船會遭受到帶電粒子和太陽光的輻射，易造成表面的電位差過高而擾亂周圍的電磁場，而吸收過多的輻射亦會使得表面溫度過高，兩者都易造成機器本身運作異常而發生事故，若能將電致色變技術運用在阻隔太空中輻射的直接接觸，將可確保太空船表面電位的相同和控制所想要的溫度範圍，也可延長衛星的壽命。
應用於住行育樂
電致色變技術基於其可調節的穿透率（Transmittance）、反射率（Reflectance）、吸收率（Absorptance）以及發射率（Emittance）等特性，可應用於建築物、汽車及飛機等玻璃上，以達到節能、調節光線及控制熱負荷之智慧型窗戶（Smart windows）。如圖1所示，左圖為從屋外看節能窗，右圖為從室內觀看節能窗的情形。其使用原理為：當室外陽光很強時，只要控制電位或電流便可由改變玻璃窗在特定波段的穿透率，亦即可隨意的控制陽光通過窗戶的強度且阻擋大部分的熱量，而達到調節及降低熱負荷之目的。
傳統玻璃窗材因為無法控制光線進入的強度多寡，當天氣熱時則會造成冷氣空調的過度使用，增加電力的消耗。以往的改善途徑，是在玻璃表面塗佈上一層薄膜來吸收或反射光線，或是使用窗簾來降低室內溫度，但卻因此減少採光，為提高室內照明而需增加更多的電力消耗，一樣造成能源的耗用，所以效果不盡理想。智慧型玻璃可以降低空間內的空調及照明等電力負荷，有冬暖夏涼的效果，並符合綠色建築與環境保護的要求。
電致色變技術亦可應用在汽車之後照鏡上，為解決過大的太陽光照射或過強的後方車來燈而導致光線反射的問題，鏡子上可鍍上一層電致色變材料，用來吸收大部分的反射光線。在夜間行車時，可因後方來車強光照射時，自動調光，降低後視鏡之強光反射，避免造成駕駛者眩光，提高夜間行車舒適性與安全性。另一項應用技術則為，使用電致色變薄膜製成的元件，運用在顯示器，其最大的優點是驅動電位較低以及沒有視角的問題，即螢幕的顏色不會隨著看螢幕的角度不同而改變，同時具有反應時間短、高對比等特性。
未來研發展望
上述說明了電致色變材料的用途與其做為節能窗所具有之優勢，然而目前的研究都常見於可見光與紫外光波段區的研究，但是紅外光區為光熱的主要來源波段，要如何從紅外光波段著手研究更形重要。但現今的研究不僅是從基礎研究觀點著手，同時顧及目前商業需求與發展動力著眼，而影響元件商品化成功與否的關鍵在於其變色特性（響應時間、驅動電壓、光學密度）以及製程設備費用等。應用於建築上更有造價的觀點考量，如何增加其變色特性優勢來降低花費，也將是未來研究的重要課題。若將當今熱門的奈米技術應用於此，使用奈米晶體來增加許多表面積，將會提高電致變色的效率，克服這些技術上的挑戰，其應用將是無可限量。（作者分別為台灣師範大學工教系教授*與研究生）