全固态无机电致变色器件及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电致变色技术领域，特别是涉及一种全固态无机电致变色器件及其制备方法。
【背景技术】
[0002]电致变色材料是指加电压后，其光学属性(发射率、通过率、吸收率等)会发生稳定可逆的变化的材料。电致变色材料包括的范围较广，大致可分为无极电致变色材料和有机电致变色材料两种。用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件，电致变色器件具有高效、低耗、无污染、智能化等优点，在汽车后视镜，建筑、飞机、轮船等的玻璃窗上均具有广阔的应用前景。
[0003]电致变色器件一般包括透明导电层、电致变色层和电解质层，并由一个透明衬底支撑，或置于两个透明衬底之间。电解质层是电致变色效应所需离子的传输通道，分为固态电解质和液态电解质。液态电解质能提供良好的电致变色响应和高的离子电导率，但其耐腐蚀性和化学稳定性差且封装困难。固态电解质一般为有机聚合物，其热稳定性差，在实际应用中受到极大限制，且不利于电致变色器件的规模化生产。
【发明内容】
[0004]基于上述问题，本发明提供了一种全固态无机电致变色器件及其制备方法，解决了液态电解质耐腐蚀性差、化学稳定性差、封装困难及聚合物电解质热稳定性差、不利于规模化生产的问题。
[0005]为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案:
[0006]一种全固态无机电致变色器件，包括透明导电层、电致变色层以及电解质层，所述电解质层为二氧化硅或磷掺杂的二氧化硅的透明纳米颗粒膜。
[0007]在其中一个实施例中，所述透明导电层在可见光范围内的透过率> 80%，厚度为50nm ?5 μ m0
[0008]在其中一个实施例中，所述电致变色层在可见光范围内的透过率> 80%，厚度为50nm ?2 μ m0
[0009]在其中一个实施例中，所述二氧化硅或磷掺杂的二氧化硅的透明纳米颗粒膜的粒度为Inm?20nm。
[0010]在其中一个实施例中，所述二氧化硅或磷掺杂的二氧化硅的透明纳米颗粒膜在可见光范围内的透过率彡80%,厚度为10nm?10 μ m。
[0011]一种所述的全固态无机电致变色器件的制备方法，包括以下步骤:
[0012]①.选取一定面积的透明衬底并清洗干净；
[0013]②.采用镀膜工艺在所述透明衬底表面沉积第一透明导电层；
[0014]③.将所述第一透明导电层的一角遮盖，作为电极接触区，并采用镀膜工艺在所述第一透明导电层的未遮盖部分的表面沉积第一电致变色层；
[0015]④.用等离子体增强化学气相沉积法在所述第一电致变色层表面沉积二氧化硅或磷掺杂的二氧化硅的透明纳米颗粒膜，作为电解质层；
[0016]⑤.采用镀膜工艺在所述透明纳米颗粒膜表面沉积第二透明导电层，得到单层电致变色器件；或者是采用镀膜工艺在所述透明纳米颗粒膜表面先沉积第二电致变色层，然后在所述第二电致变色层表面再沉积所述第二透明导电层，得到双层电致变色器件。
[0017]在其中一个实施例中，在步骤④中，还包括对所述透明纳米颗粒膜进行H+或Li+溶液浸泡的步骤。
[0018]在其中一个实施例中，所述第一透明导电层、第二透明导电层、第一电致变色层和第二电致变色层均采用磁控溅射镀膜工艺。
[0019]本发明提供的全固态无机电致变色器件，由多层固态无机复合膜组成，具有电致变色器件最典型、最简单的结构，能够实现大规模产业化、全固态、器件性能稳定的目标，可以直接用于智能窗户和显示技术等的领域，具有良好的应用前景。
[0020]另外，本发明采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术制备的无机氧化物纳米颗粒膜作为固态电解质，成本低廉，制作方法简单易行。因此，本发明突破了现有的电致变色器件的有机一无机复合膜结构限制，创新性地提出了具有全固态的无机电致变色器件，其成本低廉、制作简单、容易实现规模化生产，具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0021]图1为本发明实施例1的电致变色器件的立体剖视图；
[0022]图2为本发明实施例2的电致变色器件的立体剖视图；
[0023]图3为本发明实施例1的透明纳米颗粒膜的透射电子显微镜图。
【具体实施方式】
[0024]本发明提供了一种全固态无机电致变色器件及其制备方法，该电致变色器件为多层复合膜结构，包括透明导电层、电致变色层和电解质层。在本发明的实施例中，透明导电层包括第一透明导电层和第二透明导电层，分别作为阴极/阳极电极和阳极/阴极电极；电致变色层分为阴极变色层和阳极变色层，在电致变色器件中，可以只包含一层阴极变色层或一层阳极变色层，也可以同时包含阴极变色层和阳极变色层；电解质层为离子传输层，在本发明中，电解质层为二氧化硅或磷掺杂的二氧化硅的透明纳米颗粒膜。作为优选，各个膜层在可见光范围内的透过率达80%以上。下面对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
[0025]实施例1:
[0026]如图1所示，本实施例提供一种单层全固态无机电致变色器件，透明衬底I为普通玻璃片；第一透明导电层2为铟锌氧(IZO)膜，与外界电源连通，作为阴极电极；第一电致变色层3为氧化钨(WOx)膜，作为阴极变色层；电解质层4为二氧化硅(S12)透明纳米颗粒膜，作为电解质层；第二透明导电层5为铟锌氧膜，与外界电源连通，作为阳极电极。
[0027]上述全固态无机电致变色器件的制作方法包括如下步骤:
[0028]步骤1:经丙酮和无水乙醇溶液超声清洗洁净的面积为2.5X2.5cm2的普通玻璃作为透明衬底1，该普通玻璃在可见光范围内的透过率达80%以上，且表面光滑并具有平面结构；
[0029]步骤2:采用磁控溅射法在透明衬底I上沉积一层厚度为50nm?5 μ m的铟锌氧膜；
[0030]步骤3:将铟锌氧膜的一角遮盖，作为电极接触区，利用磁控溅射法在铟锌氧膜上未遮盖区沉积一层氧化鹤膜，其厚度优选50nm?2 μ m ;
[0031]步骤4:利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术在氧化钨膜上沉积一层二氧化娃(S12)纳米颗粒膜；
[0032]步骤5:利用磁控溅射法在二氧化硅(S12)膜上沉积一层铟锌氧(IZO)膜，厚度为50nm?5 μ m,得到单层电致变色器件。
[0033]在得到的单层电致变色器件的阴极电极和阳极电极之间加5V和-1OV的方压，该单层电致变色器在透明和蓝色之间可逆变化。本器件采用PECVD沉积二氧化硅(S12)膜作为无机电致变色器件的电解质层，成本低廉，制作方法简单易行，且全固态的制备工艺更有利于产品的规模化生产。较佳地，二氧化硅(S12)纳米颗粒膜的厚度为10nm?10 μ m，在此厚度下，二氧化硅(S12)膜具有较高的透明度和良好的离子吸附一脱附性能。优选地，二氧化娃(S12)纳米颗粒膜的粒度为Inm?20nm,图3为本实施例中透明纳米颗粒膜的透射电子显微镜图，由图可看出，该膜层颗粒分布均匀且致密多孔，其有利于离子的吸附-脱附和转移，可提升电致变色器件的灵敏度。
[0034]实施例2:
[0035]如图2所示，本实施例提供一种双层全固态无机电致变色器件，透明衬底I为普通玻璃片；第一透明导电层2为铟锡氧(ITO)膜，作为阴极电极；第一电致变色层3是氧化钨(WOx)膜，作为阴极变色层；电解质层4为磷掺杂的二氧化硅(Si02:P)膜，作为电解质层；第二透明导电层5为铟锡氧(ITO)膜，作为阳极电极；第二电致变色层6是氧化镍(N1)膜，作为阳极变色层。
[0036]上述无机电致变色器件的制作方法包括如下步骤:
[0037]步骤1:经丙酮和无水乙醇溶液超声清洗洁净的面积为2.5X2.5cm2的普通玻璃作为透明衬底I ;
[0038]步骤2:采用磁控溅射法在透明衬底I上沉积一层铟锡氧(ITO)膜，厚度为50nm?5 μ m ；
[0039]步骤3:将铟锡氧(ITO)膜的一角遮盖，作为电极接触区，利用磁控溅射法在铟锡氧(ITO)膜上未遮盖区沉积一层厚度为50nm?2