高通量筛选固态无机电致变色材料的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材料领域，尤其涉及一种高通量筛选固态无机电致变色材料的电致变色器件及其制备方法。
【背景技术】
[0002]电致变色是指材料的光学属性(反射率、透光率及吸收率等)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，具有电致变色性能的材料称为电致变色材料；用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。电致变色的工作原理是电致变色材料在外加电场作用下发生电化学氧化还原反应，得失电子，使材料的颜色发生变化。电致变色材料按物质形态分为固体和液体;按着色方式分为阴极着色和阳极着色;按化学性质分为无机电致变色材料和有机电致变色材料。其中，由于固态无机电致变色材料的化学稳定性好、制备工艺简单、抗辐射能力强及易实现全固化，且该材料的透光率可在较大范围内连续调节，并可由人工随意调节，驱动变色所需电压低，电源简单，可满足节能、视觉舒适度、隐私保护等不同的个性化需要。
[0003]为了将无机电致变色材料应用于更多领域，需对该材料的性能进行改进，例如将单色变色改进为多色连续变化，或通过改进以提高该材料的透光率;为了有效解决上述问题，一般通过将无机电致变色材料改进为多元掺杂与复合材料来提高该材料的性能。但由于多元掺杂与复合材料涉及的成分较多，为得到组分种类、组分含量及材料结构能够互相匹配而得到变色性能及透光性能均满足使用要求的多元掺杂与复合材料，研究人员需要制备大量的样品，通过变色或透过率的性能测试来分析该材料的成分和结构等特征，这种方法研发周期长，费用高，使得在实际工作中对掺杂元素的选取与最佳掺杂量的确定均受到限制。因此，现有技术中通常采用高通量筛选技术从众多样品材料中筛选出掺杂种类、组分含量均设置合理的具有最佳结构特征的材料以获得变色效果和透过率均较好的固态无机电致变色材料。其中，高通量筛选技术是将多种技术方法有机结合而形成的一种新技术体系，它以微板形式作为实验工具载体，以自动化操作系统执行实验过程，以灵敏快速的检测仪器采集实验数据，以计算机对数以千计的样品数据进行分析处理，从而得出科学准确的实验结果和特色效用。
[0004]研究人员在使用高通量筛选技术从单组分电致变色材料中筛选变色效果或透光率最优的材料时，一般利用电致变色材料膜层的不同厚度验证筛选，电致变色材料膜层的不同厚度具有不同的变色效果和透光率，研究人员可通过验证其变色效果和透光率选出最优厚度的电致变色材料，但采用现有技术制备的电致变色材料膜层的厚度种类较少，不能制备出厚度种类较多，厚度差别更小及制备方法简捷准确的电致变色材料，以至于通过高通量技术选出的电致变色材料的最优厚度不真实不准确；
[0005]尤其对于应用更多的多元掺杂与复合电致变色材料，为了从其中筛选出电致变色材料的最优组分含量配比及提高电致变色器件的研发速率，现有技术通过将配置的不同浓度的溶液经过干燥来制备不同配方的复合电致变色材料，该方法存在以下问题:要得到多元掺杂材料需配置多种不同浓度的溶液，使用上述溶液制备的无机电致变色材料的组分含量配比类型较少，可能会因遗漏掺杂组分的最佳含量而影响筛选结果的真实性;要得到多种类型的配方，技术难度大，操作繁琐，误差较大;对于多元掺杂材料中的低含量物质的配制易因为配制误差而影响检测结果的准确性，还限制了对难溶物质制备多元掺杂材料的研究；
[0006]综上所述，在制备单组分电致变色材料或多元掺杂与复合电致变色材料时均存在一个相同的技术问题，即利用现有技术较难制备出多种类型的电致变色材料以供高通量技术筛选而得到最优电致变色材料，采用高通量技术从较少类型的电致变色材料中选出的最优材料不真实不准确。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，本发明实施例提供了一种高通量筛选固态无机电致变色材料的电致变色器件及其制备方法，主要目的是制备出可供高通量筛选技术准确筛选出最优固态无机电致变色材料的电致变色器件。
[0008]为达到上述目的，本发明主要提供了如下技术方案:
[0009]—方面，本发明实施例提供了一种高通量筛选固态无机电致变色材料的电致变色器件，所述电致变色器件包括基板、沉积于基板表面的下透明导电层和沉积于下透明导电层表面的多个电致变色器件单元;所述多个电致变色器件单元分为至少两组；
[0010]每一个电致变色器件单元自所述下透明导电层起从内至外依次镀制有阴极电致变色层、固态电解质层、阳极电致变色层及上透明导电层;其中，阴极电致变色层、固态电解质层和阳极电致变色层三个功能层中的至少一个功能层在不同组的电致变色器件单元之间形成厚度渐变层;其中，
[0011]当所述阴极电致变色层、固态电解质层或阳极电致变色层由一种材料形成时，所述阴极电致变色层、固态电解质层或阳极电致变色层在不同组的电致变色器件单元中的厚度不同，从而在不同组的电致变色器件单元之间形成厚度渐变层，所述厚度渐变层为单膜层；
[0012]当所述阴极电致变色层、固态电解质层或阳极电致变色层由两种或两种以上材料分别形成的膜层组合而成时，所述阴极电致变色层、固态电解质层或阳极电致变色层在不同组的电致变色器件单元中的各材料形成的膜层之间的厚度比不同，从而在不同组的电致变色器件单元之间形成厚度渐变层，所述厚度渐变层为复合膜层。
[0013]作为优选，所述多个电致变色器件单元以矩阵形式沉积于所述下透明导电层的表面;所述矩阵的行数m为2-10，所述矩阵的列数η为2-10;所述电致变色器件单元的长为Imm-5mm,宽为；所述电致变色器件单元之间具有间距，所述间距均为。
[0014]作为优选，所述电致变色器件单元的数量为10-100，所述多个电致变色器件单元分为5-20组。
[0015]作为优选，所述多个电致变色器件单元以矩阵形式沉积于所述下透明导电层的表面;所述不同组的电致变色器件单元为不同行的电致变色器件单元或不同列的电致变色器件单元。
[0016]作为优选，所述多个电致变色器件单元以矩阵形式沉积于所述下透明导电层的表面；当任意一个功能层是由一种材料形成的厚度渐变层时，第一行至最后一行的电致变色器件单元的厚度渐变层的厚度，以一个固定变化值，沿所述矩阵的行数递增的方向递减，或者第一列至最后一列的电致变色器件单元的厚度渐变层的厚度，以一个固定变化值，沿所述矩阵的列数递增的方向递减。
[0017]作为优选，所述多个电致变色器件单元以矩阵形式沉积于所述下透明导电层的表面；当任意一个功能层是由两种材料分别形成的膜层组合而成的厚度渐变层时，第一列至最后一列的电致变色器件单元的厚度渐变层中的第一膜层的厚度，以第一厚度变化值，沿所述矩阵的列数递增的方向递减，第一列至最后一列的电致变色器件单元的厚度渐变层中的第二膜层的厚度，以第二厚度变化值，沿所述矩阵的列数递增的方向递增;或者，
[0018]第一行至最后一行的电致变色器件单元的厚度渐变层中的第一膜层的厚度，以第一厚度变化值，沿所述矩阵的行数递增的方向递减，第一行至最后一行的电致变色器件单元的厚度渐变层中的第二膜层的厚度，以第二厚度变化值，沿所述矩阵的行数递增的方向递增;所述第一厚度变化值和所述第二厚度变化值不同；
[0019]所述电致变色器件单元的阴极电致变色层、固态电解质层或阳极电致变色层的厚度渐变层是由两种材料形成的复合膜层时，所述电致变色器件上的每一个电致变色器件单元的阴极电致变色层、固态电解质层或阳极电致变色层的膜层总厚度均相同。
[0020]作为优选，所述多个电致变色器件单元以矩阵形式沉积于所述下透明导电层的表面；当任意两个功能层均是由两种材料分别形成的膜层组合而成的厚度渐变层时，两个功能层分别为第一厚度渐变层和第二厚度渐变层，第一列至最后一列的电致变色器件单元的第一厚度渐变层中的第一膜层的厚度，以第一厚度变化值，沿所述矩阵的列数递增的方向递减，所述第一厚度渐变层中的第二膜层的厚度，以第二厚度变化值，沿所述矩阵的列数递增的方向递增，所述第一厚度变化值和所述第二厚度变化值不同；第一列至最后一列的电致变色器件单元的第二厚度渐变层中的第一膜层的厚度，以第三厚度变化值，沿所述矩阵的列数递增的方向递减，所述第二厚度渐变层中的第二膜层的厚度，以第四厚度变化值，沿所述矩阵的列数递增的方向递增，所述第三厚度变化值和所述第四厚度变化值不同；或者，
[0021]第一行至最后一行的电致变色器件单元的第一厚度渐变层中的第一膜层的厚度，以第一厚度变化值，沿所述矩阵的行数递增的方向递减，所述第一厚度渐变层中的第二膜层的厚度，以第二厚度变化值，沿所述矩阵的行数递增的方向递增，所述第一厚度变化值和所述第二厚度变化值不同；第一行至最后一行的电致变色器件单元的第二厚度渐变层中的第一膜层的厚度，以第三厚度变化值，沿所述矩阵的行数递增的方向递减，所述第二厚度渐变层中的第二膜层的厚度，以第四厚度变化值，沿所述矩阵的行数递增的方向递增，所述第三厚度变化值和所述第四厚度变化值不同；
[0022]所述电致变色器件单元的阴极电致变色层、固态电解质层或阳极电致变色层的厚度渐变层是由两种材料形成的复合膜层时，所述电致变色器件上的每一个电致变色器件单元的阴极电致变色层、固态电解质层或阳极电致变色层的膜层总厚度均相同。
[0023]另一方面，本发明提供了一种制备上述高通量筛选固态无机电致变色材料的电致变色器件的方法，包括:在基板表面沉积的下透明导电薄膜表面覆盖一层掩膜，所述掩膜具有多个镂空单元格，覆盖有所述掩膜的基板为预镀体;在预镀体的表面依次镀制阴极电致变色层、固态电解质层、阳极电致变色层及上透明导电层，镀制结束后去掉所述掩膜，得到具有多个电致变色器件单元的电致变色器件;其中，阴极电致变色层、固态电解质层或阳极电致变色层为单膜层或复合膜层；
[0024]镀制过程为:在预镀体与靶材之间设一可移动挡板，调节控制挡板沿设定方向连续移动，挡板连续移动同时对所述预镀体的表面连续镀膜，所述预镀体的表面随着挡板沿设定方向连续移动而沿挡板的移动方向连续露出，先露出的预镀体的表面先被镀上膜并被持续镀膜，后露出的预镀体的表面后被镀上膜并被持续镀膜，先露出的预镀体的表面镀制的薄膜的厚度大于后露出的预镀体的表面镀制的薄膜的厚度;所述挡板的同一部位从预镀体表面的第一位置移动至第二位置的同时，处于所述第一位置至所述第二位置之间的预镀体表面镀制得到第一个膜层，所述第一个膜层为所述单膜层；
[0025]所述第一个膜层镀制结束后，变换靶材，变换所述挡板的移动方向，使所述挡板从预镀体表面的第二位置移动至第一位置，所述挡板的同一部位从预镀体表面的第二位置移动至第一位置的同时，在所述第二位置至所述第一位置之间的预镀体表面的所述第一个膜层的表面上镀制了第二个膜层；
[0026]采用镀制所述第一个膜层或所述第二个膜层的步骤，在所述第二膜层的表面上继续镀制多个膜层，至少两个膜层形成所述复合膜层。
[0027]作为优选，所述挡板设置于镀膜设备中的真空室内；所述挡板的长与宽分别对应大于所述基板的长与宽；所述挡板的运动速率和运动方向由镀膜设备内的马达控制和调节;所述挡板做勾速直线运动，所述挡板的运动速率选自0.lmm/s-2mm/s。