一种快速响应的全固态电致变色器件及其制备方法与流程

本发明涉及一种电致变色器件及其制备方法。

背景技术：

电致变色材料在外加电场的作用下，材料的化学价态和组分发生可逆的变化，从而导致其光学性质发生变化，在可见波段主要表现为颜色的变化。电致变色材料种类繁多，主要分为有机电致变色材料如导电聚合物、有机小分子染料等和无机电致变色材料如过渡金属氧化物、金属配位络合物等。电致变色在智能窗、防炫目后视镜、航天热控和飞机舷窗等领域具有广泛的应用潜力。

传统全固态电致变色器件一般包含底电极层、电致变色层、电解质层或离子传导层、离子存储层或互补变色层和顶电极层五层结构。目前电致变色器件通常采用含锂无机盐为电解质层提供变色离子，但电解质层存在一方面降低了制备效率，另一方面使整个器件的内部电阻较大，降低离子传输效率从而使器件的响应速度变慢。采用液态或凝胶态电解质组装虽然可以降低器件的离子阻抗，但会带来一系列新的问题如不易封装、漏液、起泡等。

技术实现要素：

本发明的目的是要解决现有电致变色器件的制备效率低，响应速度慢的问题，而提供一种快速响应的全固态电致变色器件及其制备方法。

一种快速响应的全固态电致变色器件由基底、底电极层、电致变色层、互补变色层、锂层和顶电极层组成；在基底上自下而上依次为底电极层、电致变色层、互补变色层和顶电极层或在基底上自下而上依次为底电极层、互补变色层、电致变色层和顶电极层；所述的锂层分布在电致变色层和互补变色层中。

一种快速响应的全固态电致变色器件的制备方法，是按以下步骤完成的：

采用以下四种方法之一制备快速响应的全固态电致变色器件：

方法一：采用真空镀膜法、磁控溅射法、真空热蒸镀法或电子束蒸镀法在基底上依次沉积底电极层、电致变色层、互补变色层、锂层和顶电极层；

方法二：采用真空镀膜法、磁控溅射法、真空热蒸镀法或电子束蒸镀法在基底上依次沉积底电极层、电致变色层、锂层、互补变色层和顶电极层；

方法三：采用真空镀膜法、磁控溅射法、真空热蒸镀法或电子束蒸镀法在基底上依次沉积底电极层、互补变色层、电致变色层、锂层和顶电极层；

方法四：采用真空镀膜法、磁控溅射法、真空热蒸镀法或电子束蒸镀法在基底上依次沉积底电极层、互补变色层、锂层、电致变色层和顶电极层。

本发明的原理及优点：

一、本发明可获得一种新型快速响应的全固态电致变色器件结构，该结构包含底电极层、电致变色层、互补变色层和顶电极层四层结构，变色离子通过直接溅射或蒸发金属锂引入，由于锂原子半径较小，在制备过程中锂扩散进入电致变色层和互补变色层中，并不独立存在；这种结构的固态器件具有较快的响应速度，在智能窗等方面有较大应用潜力；

二、本发明制备的一种快速响应的全固态电致变色器件制备完成后通过施加电压即可实现变色，也可以进行热处理优化变色功能，热处理在真空、大气气氛或惰性气体气氛中进行；

三、本发明一种快速响应的全固态电致变色器件制备不需要中间电解质层或离子传导层，可以减少生产成本，提高制备效率，同时降低器件的内部阻抗，所以器件的性能优于具有电解质层或离子传导层结构的电致变色器件，响应时间小于5秒。

本发明可获得一种快速响应的全固态电致变色器件。

附图说明

图1为实施例一制备的一种快速响应的全固态电致变色器件的截面sem图；

图2为实施例一制备的一种快速响应的全固态电致变色器件的响应时间图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式是一种快速响应的全固态电致变色器件由基底、底电极层、电致变色层、互补变色层、锂层和顶电极层组成；在基底上自下而上依次为底电极层、电致变色层、互补变色层和顶电极层或在基底上自下而上依次为底电极层、互补变色层、电致变色层和顶电极层；所述的锂层分布在电致变色层和互补变色层中。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：所述的基底为耐热基底或柔性基底；所述的耐热基底为玻璃；所述的柔性基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚二甲基硅氧烷。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：所述的底电极层为氧化铟锡层、掺氟氧化锡层或金属层；所述的金属为银、金或铂。其它步骤与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述的电致变色层为氧化钨层或氧化钒层；所述的氧化钨的钨氧比为1:(1～3)。其它步骤与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：所述的互补变色层为氧化镍层、氧化钒层、氧化钽层、氧化钛层、氧化钴层、氧化锆层、氧化钇层和氧化镍钨层；所述的氧化镍钨层中钨的掺杂量为1％～50％。其它步骤与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：所述的顶电极层为氧化铟锡层、掺氟氧化锡层或金属层；所述的金属为银、金或铂。其它步骤与具体实施方式一至五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：所述的底电极层的厚度为2nm～600nm，电阻为1ω～10000ω；所述的电致变色层的厚度为10nm～800nm；所述的互补变色层的厚度为10nm～800nm；所述的顶电极层的厚度为2nm～600nm，电阻为1ω～10000ω。其它步骤与具体实施方式一至六相同。

具体实施方式八：本实施方式是一种快速响应的全固态电致变色器件的制备方法是按以下步骤完成的：

采用以下四种方法之一制备快速响应的全固态电致变色器件：

方法一：采用真空镀膜法、磁控溅射法、真空热蒸镀法或电子束蒸镀法在基底上依次沉积底电极层、电致变色层、互补变色层、锂层和顶电极层；

方法二：采用真空镀膜法、磁控溅射法、真空热蒸镀法或电子束蒸镀法在基底上依次沉积底电极层、电致变色层、锂层、互补变色层和顶电极层；

方法三：采用真空镀膜法、磁控溅射法、真空热蒸镀法或电子束蒸镀法在基底上依次沉积底电极层、互补变色层、电致变色层、锂层和顶电极层；

方法四：采用真空镀膜法、磁控溅射法、真空热蒸镀法或电子束蒸镀法在基底上依次沉积底电极层、互补变色层、锂层、电致变色层和顶电极层。

本实施方式的原理及优点：

一、本实施方式可获得一种新型快速响应的全固态电致变色器件结构，该结构包含底电极层、电致变色层、互补变色层和顶电极层四层结构，变色离子通过直接溅射或蒸发金属锂引入，由于锂原子半径较小，在制备过程中锂扩散进入电致变色层和互补变色层中，并不独立存在；这种结构的固态器件具有较快的响应速度，在智能窗等方面有较大应用潜力；

二、本实施方式制备的一种快速响应的全固态电致变色器件制备完成后通过施加电压即可实现变色，也可以进行热处理优化变色功能，热处理在真空、大气气氛或惰性气体气氛中进行；

三、本实施方式一种快速响应的全固态电致变色器件制备不需要中间电解质层或离子传导层，可以减少生产成本，提高制备效率，同时降低器件的内部阻抗，所以器件的性能优于具有电解质层或离子传导层结构的电致变色器件，响应时间小于5秒。

本发明可获得一种快速响应的全固态电致变色器件。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：所述的底电极层的沉积速率为0.01nm/s～100nm/s；顶电极层的沉积速率为0.01nm/s～100nm/s；电致变色层的沉积速率为0.01nm/s～100nm/s；互补变色层的沉积速率为0.01nm/s～100nm/s；锂层的沉积速率为0.01nm/s～100nm/s，锂层的沉积时间为2min～60min。其它步骤与具体实施方式一至八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：所述的基底为耐热基底，对快速响应的全固态电致变色器件进行热处理，热处理在真空、大气气氛或惰性气体气氛中进行，热处理温度为10℃～600℃，热处理时间为10min～400min；所述的惰性气体为氩气或氮气。其它步骤与具体实施方式一至九相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：一种快速响应的全固态电致变色器件由基底、底电极层、电致变色层、互补变色层、锂层和顶电极层组成；在基底上自下而上依次为底电极层、电致变色层、互补变色层和顶电极层；所述的锂层分布在电致变色层和互补变色层中，具体制备方法如下：

一、采用真空热蒸镀法在玻璃上沉积氧化铟锡，氧化铟锡的厚度为200nm，沉积速率为0.8nm/s，电阻为50ω；

二、采用真空热蒸镀法在氧化铟锡上沉积氧化钨，氧化钨的厚度为450nm，沉积速率为2nm/s，氧化钨的钨氧比为1:2.8；

三、采用真空热蒸镀法在氧化钨上沉积氧化镍，氧化镍的厚度为250nm，沉积速率为1nm/s；

四、采用真空热蒸镀法在氧化镍上沉积金属锂，金属锂的沉积速率为0.1nm/s，金属锂的沉积时间为10min；

五、最后采用真空热蒸镀法沉积氧化铟锡，氧化铟锡的厚度为200nm，沉积速率为0.8nm/s，电阻为50ω，得到快速响应的全固态电致变色器件；

六、将快速响应的全固态电致变色器件在大气气氛中热处理，热处理温度为300℃，热处理时间为120min。

图1为实施例一制备的一种快速响应的全固态电致变色器件的截面sem图；

图1中ito为氧化铟锡，glass为玻璃，从图1可知，锂扩散到氧化钨和氧化镍中，锂层并不独立存在。

图2为实施例一制备的一种快速响应的全固态电致变色器件的响应时间图。

从图2可知，实施例一制备的快速响应的全固态电致变色器件的响应时间为2.5s(着色)和2.2s(退色)。

实施例二：一种快速响应的全固态电致变色器件由基底、底电极层、电致变色层、互补变色层、锂层和顶电极层组成；在基底上自下而上依次为底电极层、电致变色层、互补变色层和顶电极层；所述的锂层分布在电致变色层和互补变色层中，具体制备方法如下：

一、采用真空热蒸镀法在玻璃上沉积氧化铟锡，氧化铟锡的厚度为150nm，沉积速率为1nm/s，电阻为90ω；

二、采用真空热蒸镀法在氧化铟锡上沉积氧化钨，氧化钨的厚度为300nm，沉积速率为2.5nm/s，氧化钨的钨氧比为1:2.89；

三、采用真空热蒸镀法在氧化钨上沉积氧化钒，氧化钒的厚度为300nm，沉积速率为0.5nm/s；

四、采用真空热蒸镀法在氧化镍上沉积金属锂，金属锂的沉积速率为0.05nm/s，金属锂的沉积时间为20min；

五、最后采用真空热蒸镀法沉积氧化铟锡，氧化铟锡的厚度为150nm，沉积速率为1nm/s，电阻为90ω，得到快速响应的全固态电致变色器件；

六、将快速响应的全固态电致变色器件在大气气氛中热处理，热处理温度为350℃，热处理时间为120min。

实施例二制备的快速响应的全固态电致变色器件的响应时间为4.5s(着色)和2.8s(退色)。

实施例三：一种快速响应的全固态电致变色器件由基底、底电极层、电致变色层、互补变色层、锂层和顶电极层组成；在基底上自下而上依次为底电极层、互补变色层、电致变色层和顶电极层；所述的锂层分布在电致变色层和互补变色层中，具体制备方法如下：

一、采用真空热蒸镀法在玻璃上沉积氧化铟锡，氧化铟锡的厚度为180nm，沉积速率为1.5nm/s，电阻为60ω；

二、采用真空热蒸镀法在氧化铟锡上沉积钨掺杂氧化镍，钨掺杂氧化镍中钨的掺杂量为50％，钨掺杂氧化镍的厚度为300nm，沉积速率为1nm/s；

三、采用真空热蒸镀法在钨掺杂氧化镍上沉积氧化钨，氧化钨的厚度为400nm，沉积速率为2.5nm/s，氧化钨的钨氧比为1:2.7；

四、采用真空热蒸镀法在氧化钨上沉积金属锂，金属锂的沉积速率为0.05nm/s，沉积时间为25min；

五、最后采用真空热蒸镀法沉积氧化铟锡，氧化铟锡的厚度为180nm，沉积速率为1.5nm/s，电阻为60ω，得到快速响应的全固态电致变色器件；

六、将快速响应的全固态电致变色器件在大气气氛中热处理，热处理温度为300℃，热处理时间为100min。

实施例三制备的快速响应的全固态电致变色器件的响应时间为4.0s(着色)和1.9s(退色)。