导读
据澳大利亚皇家墨尔本理工大学官网近日报道，该校研究人员开发出一个制造阻热且导电的透明涂层的简单方法，可以大幅消减节能的智能窗户和隔热玻璃的成本。
背景
如今，透明电极已广泛应用于信息显示、固体照明、太阳能电池、电子皮肤等一系列领域。
含有透明电极的柔性超薄光电子皮肤（图片来源：东京大学）
透明电极可在单个元件中将玻璃与金属的最佳特性结合到一起，成为一种允许可见光通过的高度导电的透明涂层。这些涂层是智能窗户、触摸屏显示器、LED照明以及太阳能面板等一系列技术的关键元件。
智能窗户（图片来源：劳伦斯伯克利国家实验室）
然而，目前制造透明电极的标准方案是基于稀有且昂贵的元素铟，以及笨重、缓慢、昂贵的真空沉积法。这使得透明电极成为光电器件生产过程中的一项重要开支。
创新
近日，在《先进材料接口（Advanced Materials Interfaces）》杂志上发表的一项新研究中，澳大利亚皇家墨尔本理工大学理科学院的研究人员采用便宜许多的材料二氧化锡来制造透明电极，并掺杂了一种特殊的化学物质组合来提升导电性和透明度。
这种超薄透明涂层，比人类头发丝细100倍以上，只允许可见光通过，同时阻挡有害的紫外线以及红外线辐射形式的热量。不仅超薄，这种喷涂涂层还可以节省成本，性能比得上符合目前工业标准的透明电极。
（图片来源：皇家墨尔本理工大学）
技术
科学家们采用了一项称为“超声喷雾热解”的工艺来制造光学和电气品质高、光滑、均匀的涂层。
前体溶液的雾化是采用已商用的技术来实现的，这种技术会创造出一种细腻喷雾，进而形成超小且尺寸均匀的液滴。该溶液喷涂在加热的支撑层例如玻璃上。
当溶液碰到热层时，会触发一个化学反应，将前体分解成一种固体残渣，以超薄涂层的形式沉积下来。这个反应的所有副产品都以蒸汽的形式消失，留下具有所需成分的纯净涂层。
价值
这种新型喷涂方法是快速、可扩展的，并基于较廉价的现成材料。该方法简化了智能窗户以及低辐射玻璃的制造。智能窗户不仅节能而且可调节光线，而低辐射玻璃则是通过为传统玻璃面板涂上一层特殊涂料来尽量减少紫外线和红外线。
首席研究员恩里科·德拉·加斯佩拉（Enrico Della Gaspera）博士表示，这个开拓性的方案可用于大幅消减节能窗户的成本，并有望使它们成为新建和改建建筑的一个标准部分。
皇家墨尔本理工大学高级讲师、澳大利亚研究理事会DECRA董事德拉·加斯佩拉表示：“智能窗户和低辐射玻璃能够帮助调节建筑物内的温度，带来重大的环境效益并节约财务成本，但它们仍然很昂贵，并且难以制造。我们渴望展开行业合作，以进一步开发这种创新型涂层。最终的目标是打造使用更广泛、能源开销更少，并且降低新建和改建建筑碳足迹的智能窗户。”
这种新方法也可以经过精确优化，来制造为满足透明电极的许多种不同应用的透明和导电需求而定制的涂层。
市场
智能玻璃和智能窗户的全球市场规模有望在2022年达到69亿美元，同时全球的低辐射玻璃市场估计在2024年将达到394亿美元。
纽约帝国大厦表示，在安装智能玻璃窗之后，节省的能量达240万美元，减少碳排放达4000公吨。
墨尔本尤里卡大厦在其“边缘地带（Edge）”旅游景点中使用了智能玻璃。一个玻璃立方体可向建筑物外延伸出3米，使游客停留在城市上空300米处。当立方体从建筑物边缘向外移动时，玻璃是不透明的，而一旦它完全移出建筑物，玻璃就变得透明了。
未来
皇家墨尔本理工大学应用化学系博士研究员、论文第一作者金载沅（Jaewon Kim） 表示，这项研究的下一步是开发可在更低温度下分解的前体，使得涂层可沉积到塑料上并在柔性电子产品中使用，以及通过扩大沉积来生产更大的原型。
他说：“我们使用的这种喷涂机可以被自动控制和编程，所以制造更大的概念验证型面板将会相对简单。”
【1】Jaewon Kim, Billy J. Murdoch, James G. Partridge, Kaijian Xing, Dong‐Chen Qi, Josh Lipton‐Duffin, Christopher F. McConville, Joel Embden, Enrico Della Gaspera.Ultrasonic Spray Pyrolysis of Antimony‐Doped Tin Oxide Transparent Conductive Coatings. Advanced Materials Interfaces, 2020; 2000655 DOI: 10.1002/admi.202000655
【2】https://www.rmit.edu.au/news/all-news/2020/aug/smart-windows
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