一种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：

电致变色是指材料在外加电场作用下，离子嵌入材料内部使材料的价态与化学组分发生可逆改变从而导致材料的光学属性发生可逆转变的现象。电致变色材料有很多种，主要包括过渡金属氧化物、导电聚合物、小分子染料和络合物等。由电致变色材料组装的电致变色器件具有广泛的应用，如智能窗、防炫目后视镜、航天热控和飞机舷窗等。因此新型的安全、可靠、低成本的电致变色器件制备技术的研究意义非常重大。

目前全固态电致变色技术多采用独立的含锂电解质层或金属锂作为变色离子，但仍存在一定问题，如使用独立的含锂电解质层时，电解质层本身具有较高的离子阻抗，会影响离子在整个器件中的传输，从而使器件变色速度减慢，一般为十几秒到十几分钟。而采用溅射金属锂的方法虽然可以解决电解质层离子阻抗高的问题，但金属锂性质活泼，靶材本身的制备、运输和存储均较困难，溅射难度大。

技术实现要素：

本发明的目的是要解决现有方法制备的全固态电致变色材料变色速度慢、生产难度大及生产成本高的问题，而提供一种全固态电致变色器件及其制备方法。

一种全固态电致变色器件由基底、底导电层、第一变色层、第二变色层和顶导电层组成；所述的基底为玻璃；所述的底导电层和顶导电层为全固态电致变色器件的两个电极；所述的第一变色层和第二变色层的材质为电致变色材料，且第一变色层和第二变色层中至少一个变色层的材质为含锂盐。

一种全固态电致变色器件的制备方法，是按以下步骤完成的：

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制备底导电层；

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底导电层上制备第一变色层；

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第一变色层上制备第二变色层；

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第二变色层上制备顶导电层，得到全固态电致变色器件。

本发明的原理及优点：

一、本发明一种全固态电致变色器件由基底、底导电层、第一变色层、第二变色层和顶导电层组成，其中底导电层和顶导电层作为全固态电致变色器件的两个电极，第一变色层和第二变色层作为两个电致变色层，与其他方法不同的是，第一变色层和第二变色层中至少一个变色层为含锂盐；这种结构的全固态电致变色器件既拥有良好电致变色性能，又降低生产过程中的难度和成本，具有重要的意义；

二、制备本发明一种全固态电致变色器件不需要性质活泼的金属锂，可以减少生产、存储的成本；本发明一种全固态电致变色器件不含有单独的电解质层，所以整个器件的性能优于具有电解质层结构的电致变色器件；

三、本发明制备的全固态电致变色器件制备完成后即可实现变色功能，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。

四、本发明一种全固态电致变色器件具有良好的电致变色性能，透过率变化调制幅度为1％～75％，变色时间为30秒以内。

本发明适用于制备全固态电致变色器件。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的一种全固态电致变色器件的结构示意图，图中1为基底，2为底导电层，3为第一变色层，4为第二变色层，5为顶导电层。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式一种全固态电致变色器件由基底、底导电层、第一变色层、第二变色层和顶导电层组成；所述的基底为玻璃；所述的底导电层和顶导电层作为全固态电致变色器件的两个电极；所述的第一变色层和第二变色层的材质为电致变色材料，且第一变色层和第二变色层中至少一个变色层的材质为含锂盐。

图1为具体实施方式一所述的一种全固态电致变色器件的结构示意图，图中1为基底，2为底导电层，3为第一变色层，4为第二变色层，5为顶导电层。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：所述的底导电层的厚度为3nm～500nm；所述的顶导电层的厚度为3nm～500nm。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：所述的第一变色层的厚度为30nm～800nm；所述的第二变色层的厚度为30nm～800nm。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：所述的底导电层为氧化铟锡、掺铝氧化锌、掺氟氧化锡、含银薄膜和石墨烯中的一种或其中几种的混合物。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：所述的顶导电层为氧化铟锡、掺铝氧化锌、掺氟氧化锡、含银薄膜和石墨烯中的一种或其中几种的混合物。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：所述的电致变色材料为氧化物和含锂盐中的一种或两种的混合物。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：所述的氧化物为氧化钨、氧化镍、氧化钒、氧化钽、氧化钛和氧化钴中的一种或其中几种的复合物。其它步骤与具体实施方式一至六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：所述的含锂盐为钨酸锂、镍酸锂、钒酸锂、钽酸锂、钛酸锂和钴酸锂中的一种或其中几种的复合物。其它步骤与具体实施方式一至七相同。

具体实施方式九：本实施方式是一种全固态电致变色器件的制备方法，是按以下步骤完成的：

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制备底导电层；

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底导电层上制备第一变色层；

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第一变色层上制备第二变色层；

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第二变色层上制备顶导电层，得到全固态电致变色器件。其它步骤与具体实施方式一至八相同。

本实施方式的原理及优点：

一、本实施方式一种全固态电致变色器件由基底、底导电层、第一变色层、第二变色层和顶导电层组成，其中底导电层和顶导电层作为全固态电致变色器件的两个电极，第一变色层和第二变色层作为两个电致变色层，与其他方法不同的是，第一变色层和第二变色层中至少一个变色层为含锂盐；这种结构的全固态电致变色器件既拥有良好电致变色性能，又降低生产过程中的难度和成本，具有重要的意义；

二、制备本实施方式一种全固态电致变色器件不需要性质活泼的金属锂，可以减少生产、存储的成本；本实施方式一种全固态电致变色器件不含有单独的电解质层，所以整个器件的性能优于具有电解质层结构的电致变色器件；

三、本实施方式制备的全固态电致变色器件制备完成后即可实现变色功能，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；

四、本实施方式一种全固态电致变色器件具有良好的电致变色性能，透过率变化调制幅度为1％～75％，变色时间为30秒以内。

本实施方式适用于制备全固态电致变色器件。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：对步骤四得到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℃～500℃，热处理时间为10min～500min；所述的惰性气体为氩气或氮气。其它步骤与具体实施方式九相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：一种全固态电致变色器件由基底、底导电层、第一变色层、第二变色层和顶导电层组成；所述的基底为玻璃；所述的底导电层和顶导电层作为全固态电致变色器件的两个电极；一种全固态电致变色器件的制备方法是按以下步骤完成的：

一、采用磁控溅射法在基底上制备厚度为200nm的底导电层；

步骤一中所述的底导电层为氧化铟锡；所述的磁控溅射法的参数为：靶材为氧化铟锡靶材，溅射类型为直流溅射，沉积气压为0.5pa，溅射功率为50w，沉积气氛为氩气，溅射时间为20min；

二、采用磁控溅射法在底导电层上制备厚度为420nm的第一变色层；

步骤二中所述的第一变色层为氧化钨；所述的磁控溅射法的参数为：靶材为钨靶材，溅射类型为直流溅射，沉积气压为1pa，溅射功率为100w，沉积气氛为氩气和氧气的混合气体，其中氩气与氧气的体积比为1:1，溅射时间为60min；

三、采用磁控溅射法在第一变色层上制备厚度为400nm的第二变色层；

步骤三中所述的第二变色层为镍酸锂；所述的磁控溅射法的参数为：靶材为镍酸锂靶材，溅射类型为射频溅射，沉积气压为1pa，溅射功率为100w，沉积气氛为氩气和氧气的混合气体，其中氩气与氧气的体积比为1:0.1，溅射时间为150min；

四、采用磁控溅射法在第二变色层上制备厚度为200nm的顶导电层，得到全固态电致变色器件；

步骤四中所述的底导电层为氧化铟锡；所述的磁控溅射法的参数为：靶材为氧化铟锡靶材，溅射类型为直流溅射，沉积气压为0.5pa，溅射功率为50w，沉积气氛为氩气，溅射时间为20min；

五、热处理：将全固态电致变色器件在大气气氛中进行热处理，热处理温度为350℃，热处理时间为100min。

实施例一制备的全固态电致变色器件的变色时间为15秒，透过率变化调制幅度为20％～70％。

实施例二：一种全固态电致变色器件由基底、底导电层、第一变色层、第二变色层和顶导电层组成；所述的基底为玻璃；所述的底导电层和顶导电层作为全固态电致变色器件的两个电极；一种全固态电致变色器件的制备方法是按以下步骤完成的：

一、采用磁控溅射法在基底上制备厚度为180nm的底导电层；

步骤一中所述的底导电层为氧化铟锡；所述的磁控溅射法的参数为：靶材为氧化铟锡靶材，溅射类型为直流溅射，沉积气压为1pa，溅射功率为50w，沉积气氛为氩气，溅射时间为20min；

二、采用磁控溅射法在底导电层上制备厚度为400nm的第一变色层；

步骤二中所述的第一变色层为氧化钨；所述的磁控溅射法的参数为：靶材为钨靶材，溅射类型为直流溅射，沉积气压为1pa，溅射功率为100w，沉积气氛为氩气和氧气的混合气体，其中氩气与氧气的体积比为1:1，溅射时间为60min；

三、采用磁控溅射法在第一变色层上制备厚度为400nm的第二变色层；

步骤三中所述的第二变色层为钨酸锂和镍酸锂的复合物，其中钨酸锂与镍酸锂的摩尔比为1:1；所述的磁控溅射法的参数为：靶材为钨酸锂和镍酸锂的混合物靶材，溅射类型为射频溅射，沉积气压为1pa，溅射功率为100w，沉积气氛为氩气和氧气的混合气体，其中氩气与氧气的体积比为1:0.1，溅射时间为150min；

四、采用磁控溅射法在第二变色层上制备厚度为180nm的顶导电层，得到全固态电致变色器件；

步骤四中所述的底导电层为氧化铟锡；所述的磁控溅射法的参数为：靶材为氧化铟锡靶材，溅射类型为直流溅射，沉积气压为1pa，溅射功率为50w，沉积气氛为氩气，溅射时间为20min；

五、热处理：将全固态电致变色器件在大气气氛中进行热处理，热处理温度为350℃，热处理时间为100min。

实施例二制备的全固态电致变色器件的变色时间为7秒，透过率变化调制幅度为15％～70％。

实施例三：一种全固态电致变色器件由基底、底导电层、第一变色层、第二变色层和顶导电层组成；所述的基底为玻璃；所述的底导电层和顶导电层作为全固态电致变色器件的两个电极；一种全固态电致变色器件的制备方法是按以下步骤完成的：

一、采用磁控溅射法在基底上制备厚度为180nm的底导电层；

步骤一中所述的底导电层为氧化铟锡；所述的磁控溅射法的参数为：靶材为氧化铟锡靶材，溅射类型为直流溅射，沉积气压为1pa，溅射功率为50w，沉积气氛为氩气，溅射时间为20min；

二、采用磁控溅射法在底导电层上制备厚度为400nm的第一变色层；

步骤二中所述的第一变色层为钨酸锂；所述的磁控溅射法的参数为：靶材为钨酸锂靶材，溅射类型为射频溅射，沉积气压为1pa，溅射功率为100w，沉积气氛为氩气和氧气的混合气体，其中氩气与氧气的体积比为1:0.1，溅射时间为150min；

三、采用磁控溅射法在第一变色层上制备厚度为400nm的第二变色层；

步骤三中所述的第二变色层为镍酸锂；所述的磁控溅射法的参数为：靶材为镍酸锂靶材，溅射类型为射频溅射，沉积气压为1pa，溅射功率为100w，沉积气氛为氩气和氧气的混合气体，其中氩气与氧气的体积比为1:0.1，溅射时间为150min；

四、采用磁控溅射法在第二变色层上制备厚度为180nm的顶导电层，得到全固态电致变色器件；

步骤四中所述的底导电层为氧化铟锡；所述的磁控溅射法的参数为：靶材为氧化铟锡靶材，溅射类型为直流溅射，沉积气压为1pa，溅射功率为50w，沉积气氛为氩气，溅射时间为20min；

五、热处理：将全固态电致变色器件在大气气氛中进行热处理，热处理温度为350℃，热处理时间为100min。

实施例三制备的全固态电致变色器件的变色时间为10秒，透过率变化调制幅度为10％～70％。

实施例四：一种全固态电致变色器件由基底、底导电层、第一变色层、第二变色层和顶导电层组成；所述的基底为玻璃；所述的底导电层和顶导电层作为全固态电致变色器件的两个电极；一种全固态电致变色器件的制备方法是按以下步骤完成的：

一、采用磁控溅射法在基底上制备厚度为180nm的底导电层；

步骤一中所述的底导电层为氧化铟锡；所述的磁控溅射法的参数为：靶材为氧化铟锡靶材，溅射类型为直流溅射，沉积气压为1pa，溅射功率为50w，沉积气氛为氩气，溅射时间为20min；

二、采用磁控溅射法在底导电层上制备厚度为400nm的第一变色层；

步骤二中所述的第一变色层为氧化钨和钨酸锂的混合物，其中氧化钨和钨酸锂的摩尔比为1:1；所述的磁控溅射法的参数为：靶材为钨靶材和钨酸锂靶材，溅射类型为直流溅射和射频溅射共溅射，沉积气压为1pa，直流溅射功率为80w，射频溅射功率为120w，沉积气氛为氩气和氧气的混合气体，其中氩气与氧气的体积比为1:0.1，溅射时间为80min；

三、采用磁控溅射法在第一变色层上制备厚度为400nm的第二变色层；

步骤三中所述的第二变色层为镍酸锂；所述的磁控溅射法的参数为：靶材为镍酸锂靶材，溅射类型为射频溅射，沉积气压为1pa，溅射功率为100w，沉积气氛为氩气和氧气的混合气体，其中氩气与氧气的体积比为1:0.1，溅射时间为150min；

四、采用磁控溅射法在第二变色层上制备厚度为180nm的顶导电层，得到全固态电致变色器件；

步骤四中所述的底导电层为氧化铟锡；所述的磁控溅射法的参数为：沉积气压为1pa，溅射功率为50w，沉积气氛为氩气，溅射时间为20min；

五、热处理：将全固态电致变色器件在大气气氛中进行热处理，热处理温度为350℃，热处理时间为100min。

实施例四制备的全固态电致变色器件的变色时间为6秒，透过率变化调制幅度为2％～65％。