一种固态全薄膜电致变色器件的结构及制备方法与流程

本发明属于电致变色加工领域，具体涉及一种固态全薄膜电致变色器件的结构及制备方法。

背景技术：

电致变色是指材料的光学属性(反射率、透过率、吸收率等)在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。电致变色智能玻璃在电场作用下具有光吸收透过的可调节性，可选择性地吸收或反射外界的热辐射和内部的热的扩散，起到改善自然光照程度、防窥的目的。因此，电致变色器件在建筑领域、车用防眩光、太阳变色眼镜方面具有很广阔的利用价值。

电致变色器件工作区域一般由一个变色材料层、一个离子导体层、一个离子储存层组成。现有的电致变色器件，其变色材料层、离子导体层、离子储存层往往需要通过不同的多种工艺制成，随后需要经过复杂的封装工艺才能制成。采用无机离子储存层的全固态器件比有机离子储存层的全固态器件能经受更长时间的太阳辐射。而无机全固态器件中锂源来源于锂氧化物离子传导层或锂氧化物离子储存层。现有的技术采用直接溅射锂氧化物离子传导层或锂氧化物离子储存层，存在锂氧化物中单位体积有效锂含量低、锂氧化物膜层成分一致性控制困难、溅射速率较低导致的该段设备投入成本昂贵的缺陷。

技术实现要素：

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服了现有技术中电致变色器件成分一致性控制困难、锂源化合物沉积慢的瓶颈，从而提出一种固态全薄膜电致变色器件的结构及制备方法。

为解决上述技术问题，本发明公开了一种全固态电致变色器件(如图1所示)，所述电致变色器件送上到下依次由金属反射层或透明导电层、电致变色层、介质层、锂合金层、离子储存层、透明导电层组成。

优选的，所述金属反射层为银、铝中的一种。

优选的，所述透明导电层为氧化铟锡、铝掺杂氧化锌、氟掺杂氧化锡的一种。

优选的，所述电致变色层可为过渡金属氧化物。

优选的，所述过渡金属氧化物为氧化钨、五氧化二钒、氧化铌、氧化钛、氧化钇、氧化钴、氧化钼中的一种。

优选的，所述介质层为硅氧化物、硅氧氮化物的一种。

优选的，所述锂合金层为锂铝合金、锂镁铝合金的一种。

优选的，所述介质层厚度为10～500nm；所述锂合金层为5～100nm；所述离子储存层厚度为300～1000nm；所述电致变色层厚度为300～1000nm；所述金属反射层厚度为20～500nm。

本发明还公开了一种制备任一项所述电致变色器件的方法，所述方法步骤如下：

a.取玻璃或柔性高聚物为衬底，并将其洗净后置于炉膛内；

b.使用磁控溅射在所述衬底的表面沉积金属反射层或透明导电层；

c.取掩膜板置于所述金属反射层上方，以留出接线区；随后通过物理气相沉积设备沉积出电致变色层；

d.随后通过磁控溅射或热蒸发或电子束蒸发或化学气相沉积设备在所述电致变色层上沉积一层介质层；

e.在所述介质层上物理气相沉积一层金属锂或锂合金层。

f.在所述锂合金层上通过磁控溅射方式沉积出离子储存层；

g.在所述离子储存层上，覆上掩模板，以留出接线区，镀出第二层透明导电膜。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：本发明提供的全固态电致变色器件，由多层复合膜层组成，具有工艺简洁、镀膜速率快、成分控制良好、器件耐候性好、循环稳定性高的优点。所述工艺中的靶材可以使用直流电源，相比使用射频电源的传统工艺，在镀膜速率上是传统的8-11倍，大幅提高了产能，在整体器件的变色速率上也有大幅改进。本发明突破了现有全固态电致变色器件结构锂源层镀膜速率过慢的限制，创新性的提出了通过物理气相沉积设备解决磁控溅射在溅射锂化物陶瓷靶效率低的问题，更容易实现规模化生产。在应用前景方面，根据底层材料的选择，可用于两大方向的产业。如：底层使用金属反射层可用于电致变色汽车后视镜，底层使用透明导电层则可用于建筑幕墙节能玻璃。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是实施例所述的用于汽车后视镜电致变色器件的纵切面结构示意图；

图2是实施例所述的用于汽车后视镜电致变色器件的正面示意图；

图3是实施例所述的用于汽车后视镜电致变色器件的褪变色反射率的对比图；

图4是实施例所述的用于汽车后视镜电致变色器件的反射率随相应时间的变化曲线；

图5是实施例所述的用于建筑幕墙节能玻璃的电致变色器件的纵切面结构示意图；

图6是实施例所述的用于建筑幕墙节能玻璃的电致变色器件的褪色与变色状态透过率效果对比图；

图7是实施例所述的用于建筑幕墙节能玻璃的电致变色器件在850nm波长下透过率随响应时间变化的效果图；

附图标记为：1-全固态电致变色器件膜。

具体实施方式

实施例1

实施例1本实施例公开了一种用于汽车后视镜的全固态电致变色器件(如图1、2所示)，将车镜大小玻璃倒边磨角后置于磁控溅射腔体内，在玻璃表面依次镀膜形成器件，所述电致变色器件送上到下依次包括：

银反射层、氧化钨层、硅氧化物层、锂镁合金层、钛掺杂磷酸铁锂层、氧化铟锡层。随后对其进行了后视镜性能表征测试，如图3、4所示，其反射率调节幅度大且具有快速响应能力。

所述银反射层厚度为60nm；氧化钨层厚度为350nm；硅氧化物层厚度为30nm；锂镁合金层层厚度为20nm；钛掺杂磷酸铁锂层厚度为600nm；氧化铟锡层为200nm；

实施例2本实施例公开了一种全固态电致变色器件，所述电致变色器件送上到下依次包括铝反射层、氧化钨层、硅氮氧化物层、锂铝合金层、氧化镍、透明导电层。

所述铝反射层厚度为100nm；氧化钨层厚度为400nm；硅氮氧化物层厚度为50nm；锂镁合金层层厚度为25nm；氧化镍层厚度为650nm；氧化铟锡层为200nm；

实施例3本实施例公开了一种全固态电致变色器件(其整体纵切面结构示意图如图5所示)，所述电致变色器件送上到下依次包括铝合金反射层、氧化钨层、硅氮氧化物层、锂铝合金层、铜掺杂磷酸铁锂层。

所述氧化钨厚度为500nm；所述锂铝合金层为30nm；硅氮氧化物层为100nm；氧化镍层为500nm；

实施例4本实施例公开了一种用于建筑幕墙节能玻璃的全固态电致变色器件的制备工艺，步骤如下：

1.8mm玻璃经等离子体清洗后置于磁控溅射镀膜设备中。

采用直流磁控溅射透明导电层ito膜：本底真空度为1.8x10^-3pa，通入纯氩气至腔体气压0.3pa，功率设置为6w/cm²，玻璃加热200度下溅射膜层厚度为100nm的ito透明导电层。

随后将掩膜版置于银层上方，采用金属钨靶直流反应溅射镀电致变色氧化钨层：本底真空度为1.8x10^-3pa，通入纯氩气至氩分压1.3pa，通入氧气至氧分压2.2pa，功率设置为12w/cm²，溅射膜层厚度为600nm的氧化钨电致变色层。

随后在工艺3基础上采用中频电源磁控溅射薄膜作为离子传导层：靶材使用硅铝靶材，将仪器抽至本底真空1.8x10^-3pa，腔体通入氧气至压力达到1.3pa，射频功率为2.2w/cm²，溅射膜层厚度为50nm的硅铝氧化物离子传导层。

在工艺4基础上采用直流电源磁控溅射锂钛共掺杂氧化镍薄膜作为离子储存层：靶材采用7％锂、5％钛掺杂的氧化镍陶瓷靶材，将仪器抽至本底真空1.8x10^-3pa，通入纯氩气至1.3pa，直流功率为5w/cm²，溅射膜层厚度为700nm的锂钛共掺杂氧化镍薄膜。

在碳掺杂磷酸铁锂薄膜上，采用直流磁控溅射透明导电层ito膜：本底真空度为1.8x10^-3pa，通入纯氩气至腔体气压0.3pa，功率设置为6w/cm²，溅射膜层厚度为100nm的ito透明导电层。

实验例

实验例1

测试了器件变色前后透过率变化曲线图，如图6所示。器件变色前后透过率调节幅度大，最大可由85％调节至5％，非常适合电致变色建筑幕墙使用。

实验例2

测试了器件在850nm波长下，透过率随响应时间变化的性能。如图7所示，该器件具有快速响应能力，在数秒下即可完成高透过率至高吸收率的变化。

实验例3对所述的电致变色器件进行褪变色通过率和随相应时间的变化实验测试

结果如图3、图4所示，可以看出实施例所得到电致变色器件的响应速度很快，能在数秒内完成高透到高光吸收的状态。

图3退变色对比图：整体器件在变色褪色下的透过率对比图。整体器件变色幅度很大，具有很高的光调制作用。

图4变色响应时间图：整体器件响应速度很快，能在数秒内完成高透到高光吸收的状态。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。