興大突破節能智慧玻璃單次塗佈製備技術

由國立中興大學化學系林寬鋸教授與博士生顏吟赬、陳景智所組成的研究團隊，研發出「節能智慧玻璃單次塗佈製備技術」，所開發出的二氧化鈦奈米線玻璃基板，具有製備簡單、成本低廉、具高穿透度且同時具備電致變色與抗反射之特性。不但刊登於國際前5%頂尖奈米期刊(ACS NANO)，並獲世界最多會員之美國化學協會(ACS)官方新聞綱站 (C&EN news)大幅報導。

根據美國國家再生能源實驗室的研究指出，美國建築物的電力使用量約佔全部電力的70%，其中有高達30%的電力是經由窗戶而損失。節能玻璃-電致變色窗戶(Electrochromic Windows)可藉由施加電壓來調控玻璃的明與暗，當窗戶玻璃顏色變為暗色時，可以有效阻絕窗戶內外之紅外光熱量的傳遞，減少經由窗戶之電力的損失，但製作電致變色窗戶的過程需要塗佈多層材料與多次繁瑣的步驟且價格昂貴。

電致變色窗戶的結構像電池，是個三明治式的結構，兩片玻璃間夾有一層電致變色層和電解液，電致變色層最典型的材料為氧化鎢(tungsten oxide)，電解液中則含有鋰離子(lithium ions)。當施加電壓通過電致變色元件時，會促使電解液中的鋰離子進入到電致變色層中而使元件改變顏色進而吸收可見光與紅外光；當施加反向電壓時，鋰離子會從電致變色層中遷移出來，而使元件恢復原本的顏色。

此外，電致變色窗戶也需要額外塗佈一層抗反射層(antireflective layer)來增加玻璃的穿透度，假如缺少這一層抗反射層將會使窗戶呈現暗黑色，然而此項額外的塗佈過程卻也增加了窗戶的成本。

為了要減少此項成本的支出，林寬鋸教授積極投入研發，經歷3年的時間，終於成功開發出一套以單次塗佈之技術，可同時製備具有電致變色與抗反射特性的電致變色元件。

林寬鋸教授指出，二氧化鈦(titanium dioxide)奈米線(nanowire)同時具有電致變色與抗反射之特性，但是要將其成長在玻璃基板上並不容易。因此，研究團隊開發出一種簡單的製程。

先在玻璃基板上先濺鍍(sputter)上一層鈦金屬層，將其浸泡在80℃之氫氧化鈉鹼性溶液中一個小時，此過程中鹼性分子會與鈦金屬表面反應形成二氧化鈦奈米線，藉由改變鹼性溶液的濃度可形成不同厚度之二氧化鈦奈米線，並經過不斷的測試找出了具有最大穿透度與孔洞性之參數。研究發表，當鹼溶液濃度為2.5M時可以製備出最佳之二氧化鈦奈米線。

研究團隊再將最佳條件之二氧化鈦奈米線基板組裝成電致變色元件，面積大小約為1.69 cm2，當施加電壓到-4.5伏特時電致變色之元件會產生深藍色，當施加一反向電壓到達1伏特時，電致變色之元件就會變回無色。同時，二氧化鈦奈米線的折射率為1.37，其與一般使用其他抗反射材料的折射率相同。

研究團隊表示，此技術未來相當具有市場潛力與學術價值，除了可作為建築與移動式車輛之智慧型窗戶外，也將投入於光電科技之研究，如太陽能電池、水裂解能源與生物質能源。