透明ガラスは「時代遅れ」、色が変わるガラスの登場です！

制作：中国科学普及協会

著者：石宮

プロデューサー: 中国科学博覧会

朝目が覚めて最初に携帯電話を見て、寝る前に最後に携帯電話を見る人は誰でしょうか? 「立っているより横になっている方が好きで、運動は好きではない」のに、常にスマートウォッチを使って健康指標を監視しているこの人は一体誰なのでしょうか？多くの友人は、「実は私は重度の携帯電話中毒者で、健康法に熱心なパンクな人間なんです！」と叫ぶかもしれません。

テクノロジーの継続的な進歩により、スマートフォン、スマートテレビ、スマートウォッチなどのスマート家電が私たちの身近に存在しています。これらのインテリジェントテクノロジーの応用により、私たちの生活はより便利で多彩なものになります。しかし、スマートフォンやスマートウォッチはたくさん見かけますが、スマートな色が変わるガラスを見たことがありますか？

さまざまなスタイルのインテリジェントな色変化ガラス

通常のガラスは通常、無色透明です。フォトクロミックガラスとは、特定の外部条件下で色が一時的に変化するガラスを指します。現在、さまざまなインテリジェントな変色ガラスが市場に投入されていますが、主にフォトクロミックガラス、エレクトロクロミックガラス、サーモクロミックガラス、メカノクロミックガラス、ガスクロミックガラスなどが含まれます。では、これらのガラスはどのようにしてインテリジェントになるのでしょうか?

フォトクロミックガラス（写真提供：Veer Gallery）

フォトクロミックガラス

光によって色が変わるガラスはフォトクロミックガラスと呼ばれ、通常は原料に感光性物質を加えることによって実現されます。最も一般的な感光材料はハロゲン化銅とハロゲン化銀です。

ガラスに光が当たると、ガラス内部に分布している塩化銀の微結晶が分解して銀が生成されます。多数の微結晶が多数の銀原子を生成し、それが集まって銀コロイドを形成します。銀コロイドは光を吸収する力が強いため、ガラスの透過率が低下し、色が濃くなります。

光から保護された後、銀とハロゲンが再結合し、ガラスの光透過率が再び向上し、色が明るくなります。

フォトクロミックガラス（画像提供：Veer Gallery）

エレクトロクロミックガラス

エレクトロクロミックガラスは、一般的に電界を加えることによって色が変わります。通常、ガラス内部に三酸化タングステン、テトラチアフルバレン、金属フタロシアニンなどのエレクトロクロミック材料をドーピングします。

外部電界が印加されると、ガラス内部のイオンがエレクトロクロミック層に入ります。 2つが混ざると化学反応が起こり、ガラスの色が変わります。電圧の大きさは色の深さと密接に関係しています。停電後、ガラスは元の色に戻ります。エレクトロクロミックガラスは光の吸収と透過を調整できます。

また、電気曇りガラスの原理は、電気変色ガラスの原理と似ています。電気霧化ガラスは、電気の印加を制御することによってガラスの透明度と霧化状態を変化させます。曇りガラス中間層には液晶材料を含む調光フィルムが含まれています。液晶は液体です。電源が投入されると電荷が誘導され、静電トルクが発生して規則的なパターンに整列します。そのため、光の透過率が良く、ガラスの色も透明です。電源を切ると液晶はその性質上、すぐに不規則に分散した状態に戻り、光の透過率が低下し、ガラスが曇ったように見えます。

サーモクロミックガラス

温度の変化によってガラスの色が変わることもあります。ガラスの内側にインテリジェントナノゲルフィルムを追加することで、外部温度が上昇すると、ナノ粒子がエネルギーを吸収し、規則的に配列します。温度が下がると粒子の配列が乱れ、ガラスの光透過率もそれに応じて変化します。

メカノクロミックガラス

上記の 3 種類のフォトクロミックガラスと比較すると、メカノクロミックガラスが生活の中で使用されている割合は、現在のところ比較的少ないです。外力の作用によって構造が変化する材料をガラスに加えることで、ガラスの色を変えることができます。

研究によると、ポリアクリルアミドハイドロゲル内に疎水性物質を埋め込むことで形成されたフォトニック結晶ハイドロゲルは、外力の作用によって色が変わることがわかっています。外力の作用により、これで構成されるガラスは色が変化することがあります。

ハイドロゲル（画像提供：Veer Library）

ガスクロミックガラス

ガラスは特定のガスにさらされると色が変わることもあります。ガスクロミックガラスには通常、金属板に覆われた薄い多孔質の三酸化タングステン膜で構成されたガス感応層が含まれています。

通常、ガラスは透明に見えますが、水素が導入されると感光層で化学反応が起こり、ガラスが青色に変わります。水素濃度が高くなるほどガラスの色が濃くなり、赤外線を遮断する効果が得られます。このとき、ガラスを再び透明にしたい場合は、酸素を導入するだけで済みます。

フォトクロミックガラス（写真提供：Veer Gallery）

意外にも、一見目立たないガラスも「カメレオン」に変身することができます。では、色が変わった後は何が起こるのかと疑問に思う人もいるかもしれません。フォトクロミックガラスは何に使用できますか?実際、フォトクロミックガラスは、人がかけるメガネから建物の外装デザインまで、幅広い用途に使用されています。

フォトクロミックグラス

メガネは室内では透明ですが、屋外の日当たりの良い場所ではサングラスに変わることに気づいた人もいるかもしれません。実際、これらのフォトクロミック グラスのレンズはフォトクロミック ガラスで作られています。屋外でサングラスとして使用されるだけでなく、フォトクロミック グラスは紫外線を効果的に吸収してフィルタリングし、人間の目への損傷を軽減または回避することもできます。

フォトクロミックグラス（画像提供：Veer Gallery）

バスルームのすりガラス

バスルームでは、透明と曇りガラスが交互に現れるガラスがよく見られます。この種のガラスは、透明度のランダムな変化を実現するために電源を制御します。この種のガラスを浴室に設置すれば、プライバシーについて心配する必要がなくなります。別の方法で考えてみましょう。家の窓に曇りガラスが取り付けられている場合、カーテンは不要になりますか?

バスルームの曇ったガラス（写真提供：Veer Gallery）

建物の色が変わるガラス

建物の色が変わるガラスは主にサーモクロミックガラスで、追加の電力制御を必要とせず、環境の影響に応じて色が変わります。太陽光の温度が上昇すると、ガラスは暗くなり、赤外線透過率が低下します。温度が下がるとガラスは明るくなり、赤外線透過率が高まります。それに応じて、屋内で得られる太陽エネルギーが増加します。

したがって、サーモクロミックガラスは室内の温度を一定に保つのに役立ち、居住者の快適性を大幅に向上させます。同時に、エネルギーを節約し、環境を保護することもできます。

建物の色が変わるガラス（写真提供：Veer Gallery）

上記のさまざまな用途に加えて、スマートガラスは自動車や航空機の窓の設計や製造にも使用できます。近い将来、スマートフォトクロミックガラスは私たちの生活のあらゆる側面に広く普及すると信じています。さまざまな新興テクノロジーの全面的なサポートにより、私たちはよりインテリジェントでテクノロジーに富んだ明るい未来に向かって進んでいます。

参考文献:

[1] 魏紅麗、何峰、王平。無機エレクトロクロミックガラスの研究における新たな進歩[J]。グラス、2006年、33(1):4。

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[4] ロン・ホイ、ヘ・シャオ、ティアン・ルー。サーモクロミックガラス材料の製造に関する簡単な分析[J]。中国建築材料科学技術、2015(2):2.