文献前沿丨Chemical Engineering Journal：集成热管理与防霜功能的汽车玻璃透明AIP薄膜

汽车玻璃既要保证驾驶视野，又要应对夏季太阳辐照导致的车厢过热、冬季热量散失以及雨雪天气下的起雾结霜问题，传统方案又主要依赖高能耗空调和独立除雾加热装置。针对这些功能彼此分散、能耗较高的问题，本文设计了一种Al₂O₃/ITO/Glass/PDMS（AIP）多层透明玻璃，将辐射制冷、Low-E保温、透明电加热、除雾除霜和电磁屏蔽集成于同一车窗中。ITO通过磁控溅射形成透明导电及低发射层，Al₂O₃作为致密保护层抑制氧和水汽侵入并稳定ITO电阻，PDMS则通过高长波红外发射实现夏季辐射散热。优化后AIP玻璃兼具79.8%的可见光透过率、26%的太阳光谱透过率和约94%的8–13μm发射率；其透明加热层在5V下120s内可升至约171℃，2V低功率下80s即可完成除霜。室外测试结果表明AIP玻璃夏季相较普通玻璃最高可降温9.9℃，冬季平均可提高室内温度4.3℃。此外，EnergyPlus模拟表明该结构在不同气候城市均具有冷、热负荷节能潜力，为面向汽车及建筑的全年透明热管理提供了可行方案。相关工作以Transparent films for automotive glass with integration of thermal management and anti-frosting为题发表于Chemical Engineering Journal期刊。

本文设计了Al₂O₃/ITO/Glass/PDMS（AIP）透明多层玻璃，实现了汽车玻璃的全年热管理与防雾除霜。其夏季利用PDMS高红外发射进行辐射制冷，冬季通过ITO低发射特性减少车内热损失，并利用ITO焦耳加热快速除雾除霜（图1）。使用结构表征证明各层功能能够稳定运行，并且提升了ITO的优异透明导电性能和37.66dB电磁屏蔽能力（图2）。AIP在5V下120s即可升至约171℃，2V可在80s内完成除霜，且Al₂O₃保护层显著提高一个月循环加热稳定性（图3-4）。AIP具有79.8%可见光透过率、26%太阳光透过率和94.57%大气窗口发射率，夏季相较普通玻璃最高降温9.9℃，冬季平均升温4.3℃（图5）。

图1.多功能Al2O3/ITO/Glass/PDMS玻璃示意图。(a)涉及磁控溅射和旋涂的制造工艺。(b)用于构建应用程序的智能窗口的功能概念。(c)夏季辐射制冷，冬季保温。(d)恶劣天气条件下的除雾和除霜性能。

图2. (a)AIP玻璃的层状结构示意图。(b)所制备的AIP玻璃的照片。(c)-(f)AIP玻璃的表面和横截面SEM图像。(g)ITO/Al2O3双层膜的EDS线扫描剖面。(h)ITO/Al2O3薄膜的XRD图谱。(i)PDMS、Al2O3和玻璃表面的水接触角。(j)ITO薄膜与其他报道材料的综合光电性能(FOM)的比较。(k)AIP玻璃在8.212.4GHz频率范围内的电磁屏蔽效率(EMI SE)。

图3. (a)ITO和(b)ITO/Al2O3薄膜在1V至5V施加电压下的加热响应曲线。(c)ITO和(d)ITO/Al2O3薄膜在5V下加热的红外相机图像。(e)ITO和(f)ITO/Al2O3薄膜的连续加热曲线，其中电压从1V增加到5V，然后降至1V。(g)安装在模型车上的AIP玻璃在2V电压下持续80秒的电加热除霜性能，以玻璃作为对照组。ITO和ITO/Al2O3薄膜的稳定性示意图。

图4. (a)ITO和ITO/Al2O3一个月的循环稳定性测试。(b)循环测试期间ITO和AIP的平均最高加热温度和(c)平均响应时间与存储时间的关系。(d)ITO和AIP储存1个月后的最大加热温度变化与加热循环之间的关系。(e)具有不同薄层电阻的ITO的加热温度倒数与薄层电阻之间的线性拟合。(f)ITO和ITO/Al2O3薄膜稳定性示意图。

图5. (a)玻璃、玻璃/PDMS、玻璃/ITO和AIP玻璃的太阳透过率光谱(0.2-2.5μm)和红外发射率光谱(2.5-25μm)。(b)玻璃、玻璃/PDMS、玻璃/ITO和AIP玻璃之间的可见光透射率(0.4-0.8μm)、太阳光透射率(0.2-2.5μm)和长波红外发射率(8-13μm)的比较。(c)室外测试室示意图。(d)样品处于水平位置的测试室示意图。(e)水平放置的玻璃、玻璃/PDMS、玻璃/ITO和AIP玻璃的实时温度曲线，(f)及其相应的平均和最高温度。(g)样品处于45°方向的测试室示意图。(h)玻璃、玻璃/PDMS、玻璃/ITO和AIP玻璃在45°倾斜角下的实时温度曲线，(i)以及它们相应的平均和最高温度。(j)样品处于垂直方向的测试室示意图。(k)垂直放置的玻璃、玻璃/PDMS、玻璃/ITO和AIP玻璃的实时温度曲线，(l)及其相应的平均和最高温度。

小结：本文开发了一种集成热管理和除霜功能的Al₂O₃/ITO/Glass/PDMS（AIP）多功能透明玻璃。优化ITO层具有89%的可见光透过率、4.366 Ω/sq.的方阻以及37.66dB的X波段电磁屏蔽效能；PDMS层具有约94%的长波红外发射率，可实现有效辐射制冷。得益于ITO的高电导率，AIP玻璃在5V下120s即可升至约171℃，阶梯升降电压测试进一步证明其连续加热的稳定性。Al₂O₃薄层能够阻止氧物种进入ITO晶格并稳定其电阻，一个月循环测试中裸ITO最高温度可下降约20℃、响应时间增加，而AIP几乎无明显衰减。模型汽车实验显示，AIP玻璃在2V低电压下80s即可完成除霜。室外热管理测试表明，与普通玻璃相比，AIP玻璃夏季最高可降温9.9℃，冬季平均可提高内部温度4.3℃。总体而言，该AIP玻璃将透明辐射制冷、Low-E保温、稳定电加热和除雾除霜集成于同一结构，为下一代节能、气候自适应汽车智能玻璃提供了可行路径。

论文信息：Junda Shi, Rumin Liu, Ruihao Xiao, Shikuan Yang, Feng Gao, Qinghua Zhang, Jianguo Lu, Transparent films for automotive glass with integration of thermal management and anti-frosting. Chemical Engineering Journal, 2026, 534: 175051.

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