本发明属于透明半导体薄膜制备方法技术领域，具体涉及一种有效调制太阳光透射率的电致变色薄膜；本发明还涉及该有效调制太阳光透射率的电致变色薄膜的制备方法。
背景技术：
电致变色薄膜因具有太阳光透射率的动态可调性，在建筑节能镀膜玻璃领域拥有巨大的应用潜力。太阳光谱是一种由不同波长组成的连续光谱，从200～2500nm波段，涵盖紫外、可见和近红外光区。其中紫外光区、可见光区、近红外光区的辐射能量所占比重依次为4％、43％和53％。电致变色薄膜对紫外光是全吸收的，通常所说的电致变色波段是指可见光和近红外光波段，体现在两波段透射率的变化，其中对近红外透射率的调整可以使薄膜达到建筑节能的目的。然而，现有的电致变色薄膜可调控波段并非完全覆盖可见和近红外光区，如目前商用的氧化钨电致变色薄膜，其可调控波段主要集中在400～1500nm范围，对于1500～2500nm波段范围的近红外光调控能力十分有限，影响了对太阳热辐射的调控效果。为了获得节能效果更好的电致变色薄膜，要求该薄膜能够有效调控400～2500nm波长范围的透射光线，并且随着人们对居住舒适度要求的提高，迫切需要电致变色薄膜拥有独立调控近红外透射率的能力，这样便可以在调节太阳热辐射的同时，不降低该薄膜的采光效果，此外，人们也可以利用该薄膜对可见光的动态可调节性，适时调整该薄膜的采光能力，不需要窗帘即可达到保护个人隐私的效果。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种有效调制太阳光透射率的电致变色薄膜，解决商用电致变色薄膜可调控波段范围窄以及无法实现对近红外辐射热独立调控的问题。
本发明的另一个目的是提供一种有效调制太阳光透射率的电致变色薄膜的制备方法。
本发明所采用的技术方案是：一种有效调制太阳光透射率的电致变色薄膜，该电致变色薄膜为含有csxwo3纳米点阵嵌入型的非晶氧化钨复合薄膜，其中，x为0.06～0.2，格点直径为80～300nm，相邻格点间距为200～600nm，格点高度为30～80nm。
本发明所采用的另一种技术方案是：一种有效调制太阳光透射率的电致变色薄膜的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，配制感光的氧化钨溶胶a和含有cs掺杂的氧化钨感光溶胶b；
步骤1.1，将wcl6与无水乙醇在室温下混合，搅拌2小时，得到黄色氧化钨溶胶，接着，向该溶胶中加入一定量的2，2-吡啶，在45～60℃下回流2小时，即得感光的氧化钨溶胶a；
步骤1.2，向步骤1.1制备得到的感光的氧化钨溶胶a中加入一定量的cscl，并于60℃下搅拌10小时，即得含有cs掺杂的氧化钨感光溶胶b；
步骤2，采用旋涂技术将溶胶b涂敷于透明导电镀膜玻璃基板上形成凝胶膜；
步骤3，将涂覆有溶胶b的凝胶膜基片放置于干燥箱中于70℃烘干5分钟取出，放置于激光干涉曝光系统中进行双光束曝光10分钟，然后将凝胶膜基片顺时针旋转90°，继续曝光10分钟后取出凝胶膜基片；
步骤4，将曝光后的凝胶膜基片放入配制好的有机溶剂中溶洗10～80秒，然后取出，放置于预设温度为550℃的马弗炉中退火处理30分钟，即得csxwo3纳米点阵；
步骤5，通过旋涂技术，将溶胶a均匀涂覆于csxwo3纳米点阵上，形成氧化钨凝胶膜，然后将其放置于马弗炉中于300℃下退火1小时，空冷，即得电致变色薄膜。
本发明的特点还在于，
步骤1中，wcl6、无水乙醇、2，2-吡啶、cscl的摩尔比为1：30：1：0.06～0.2。
步骤2中，采用的转盘转速为2500～3000转/分钟，旋转时间为20～40秒。
步骤3中，激光干涉曝光系统选取的参数为：激光波长为325nm，功率为50mw，双光束间夹角设定在30～108°范围。
步骤4中，有机溶剂选取丙酮与正丁醇的混合溶液，其中丙酮与正丁醇的体积比为1：2。
步骤4中，溶洗时需采用磁力搅拌方法使有机溶液按照一定方位旋转，旋转速度为800～1000转/分钟，凝胶膜表面顺着有机溶液流动方向放置。
步骤5制备得到的电致变色薄膜含有csxwo3纳米点阵嵌入型的非晶氧化钨复合薄膜，其中，x为0.06～0.2，格点直径为80～300nm，相邻格点间距为200～600nm，格点高度为30～80nm。
本发明的有益效果是：选用合适的点阵材料(csxwo3，x＝0.06～0.2)和结构参数(格点直径80～300nm，格点间距200～600nm，格点高度30～80nm)，使csxwo3纳米点阵的局域表面等离子吸收位于800～2500nm的波段范围，并且该吸收波段可随外加电化学电场的变化，在近红外(800～2500nm)至短波中红外区(2500～5000nm)进行调整，从而使具有csxwo3纳米点阵嵌入型的非晶氧化钨复合薄膜获得独立调控近红外透射光的能力，结合非晶氧化钨的电致变色特性，可使复合薄膜拥有宽频电致变色性能。而制备该复合薄膜所采用的方法——激光干涉结合感光溶胶凝胶法和溶胶凝胶技术，均可实现大面积制膜，该方法有望应用于工业化大批量生产，具有重大的现实意义。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种有效调制太阳光透射率的电致变色薄膜，该电致变色薄膜为含有csxwo3纳米点阵嵌入型的非晶氧化钨复合薄膜，其中，x为0.06～0.2，格点直径为80～300nm，相邻格点间距为200～600nm，格点高度为30～80nm。
本发明还提供了一种有效调制太阳光透射率的电致变色薄膜的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，配制感光的氧化钨溶胶a和含有cs掺杂的氧化钨感光溶胶b；
步骤1.1，将wcl6与无水乙醇在室温下混合，搅拌2小时，得到黄色氧化钨溶胶，接着，向该溶胶中加入一定量的2，2-吡啶，在45～60℃下回流2小时，即得感光的氧化钨溶胶a；
步骤1.2，向步骤1.1制备得到的感光的氧化钨溶胶a中加入一定量的cscl，并于60℃下搅拌10小时，即得含有cs掺杂的氧化钨感光溶胶b；
步骤1中，wcl6、无水乙醇、2，2-吡啶、cscl的摩尔比为1：30：1：(0.06～0.2)；
步骤2，采用旋涂技术将溶胶b涂敷于透明导电镀膜玻璃基板上形成凝胶膜；通过调整转盘旋转速度和旋转时间来控制凝胶膜厚度；
步骤2中，采用的转盘转速为2500～3000转/分钟，旋转时间为20～40秒。
步骤3，将涂覆有溶胶b的凝胶膜基片放置于干燥箱中于70℃烘干5分钟取出，放置于激光干涉曝光系统中进行双光束曝光10分钟，然后将凝胶膜顺时针旋转90°，继续曝光10分钟后取出凝胶膜基片；
步骤3中，激光干涉曝光系统选取的参数为：激光波长为325nm，功率为50mw，双光束间夹角设定在30～108°范围；
步骤4，将曝光后的凝胶膜基片放入配制好的有机溶剂中溶洗10～80秒，然后取出，放置于预设温度为550℃的马弗炉中退火处理30分钟，即得csxwo3纳米点阵；
步骤4中，有机溶剂选取丙酮与正丁醇的混合溶液，其中丙酮与正丁醇的体积比为1：2；
步骤4中，溶洗时需采用磁力搅拌方法使有机溶液按照一定方位旋转，旋转速度为800～1000转/分钟，凝胶膜表面顺着有机溶液流动方向放置；
步骤5，通过旋涂技术，将溶胶a均匀涂覆于csxwo3纳米点阵上，形成氧化钨凝胶膜，然后将其放置于马弗炉中于300℃下退火1小时，空冷，即得电致变色薄膜；
步骤5制备得到的电致变色薄膜含有csxwo3纳米点阵嵌入型的非晶氧化钨复合薄膜，其中，x为0.06～0.2，格点直径为80～300nm，相邻格点间距为200～600nm，格点高度为30～80nm。
实施例1
一种有效调制太阳光透射率的电致变色薄膜，是具有csxwo3纳米点阵嵌入型的非晶氧化钨复合薄膜，其中x＝0.06，纳米格点直径为80nm，格点间距为200nm，格点高度为30nm。
具有以上结构参数的制备方法，具体步骤如下：
首先，分别配制无掺杂氧化钨溶胶a及有cs掺杂氧化钨溶胶b。工艺过程如下：
将4gwcl6与13.83g无水乙醇在室温下混合，搅拌2小时，接着，向该溶胶中加入1.56g的2，2-吡啶，在45℃下回流2小时，即得感光的氧化钨溶胶a。
向感光的氧化钨溶胶a中加入0.1g的cscl，并于60℃下搅拌10小时，即得含有cs掺杂的氧化钨感光溶胶b。
其次，采用旋涂技术将溶胶b涂敷于透明导电镀膜玻璃基板，为保证退火后的csxwo3纳米点阵薄膜格点高度为30nm，旋涂工艺中采用的转盘转速为3000转/分钟，旋转时间为20秒。
接着，将涂覆有溶胶b的凝胶膜基片放置于干燥箱中于70℃烘干5分钟取出，放置于激光干涉曝光系统中进行双光束曝光10分钟，然后将凝胶膜基片顺时针旋转90°，继续曝光10分钟后取出凝胶膜基片。其中，选取激光波长为325nm，功率为50mw，为保证格点间距为200nm，该阶段设置双光束间夹角为108°。
然后，将曝光后的凝胶膜基片放入配制好的有机溶剂中溶洗80秒，然后取出，放置于预设温度为550℃的马弗炉中退火处理30分钟，即得csxwo3纳米点阵。其中，有机溶剂选取丙酮与正丁醇的混合溶液，丙酮与正丁醇的体积比为1：2，溶洗时需采用磁力搅拌方法使有机溶液按照一定方位旋转，旋转速度控制在800转/分钟，凝胶膜表面顺着有机溶液流动方向放置，经溶洗及退火后可以获得格点直径为80nm的csxwo3纳米点阵薄膜。
最后，通过旋涂技术，将溶胶a均匀涂覆于csxwo3纳米点阵上，形成氧化钨凝胶膜，随后将其放置于马弗炉中于300℃下退火1小时，空冷，即得含有csxwo3纳米点阵嵌入型的非晶氧化钨复合薄膜。
该复合薄膜对太阳透射光具有较优的分区(可见区和近红外区)调控能力，在632.5nm波长的光学调制值为60％，在900nm波长光学调制值为65％，在2000nm波长光学调制值为55％。
实施例2
一种有效调制太阳光透射率的电致变色薄膜，是具有csxwo3纳米点阵嵌入型的非晶氧化钨复合薄膜，其中x＝0.2，纳米格点直径为300nm，格点间距为600nm，格点高度为80nm。
具有以上结构参数的制备方法，具体步骤如下：
首先，分别配制无掺杂氧化钨溶胶a及有cs掺杂氧化钨溶胶b。工艺过程如下：
将4gwcl6与13.83g无水乙醇在室温下混合，搅拌2小时，接着，向该溶胶中加入1.56g的2，2-吡啶，在60℃下回流2小时，即得感光的氧化钨溶胶a。
向感光的氧化钨溶胶a中加入0.34g的cscl，并于60℃下搅拌10小时，即得含有cs掺杂的氧化钨感光溶胶b。
其次，采用旋涂技术将溶胶b涂敷于透明导电镀膜玻璃基板，为保证退火后的csxwo3纳米点阵薄膜格点高度为80nm，旋涂工艺中采用的转盘转速为2500转/分钟，旋转时间为40秒。
接着，将涂覆有溶胶b的凝胶膜基片放置于干燥箱中于70℃烘干5分钟取出，放置于激光干涉曝光系统中进行双光束曝光10分钟，然后将凝胶膜基片顺时针旋转90°，继续曝光10分钟后取出凝胶膜基片。其中，选取激光波长为325nm，功率为50mw，为保证格点间距为600nm，该阶段设置双光束间夹角为30°。
然后，将曝光后的凝胶膜基片放入配制好的有机溶剂中溶洗10秒，然后取出，放置于预设温度为550℃的马弗炉中退火处理30分钟，即得csxwo3纳米点阵。其中，有机溶剂选取丙酮与正丁醇的混合溶液，丙酮与正丁醇的体积比为1：2，溶洗时需采用磁力搅拌方法使有机溶液按照一定方位旋转，旋转速度控制在1000转/分钟，凝胶膜表面顺着有机溶液流动方向放置，经溶洗及退火后可以获得格点直径为300nm的csxwo3纳米点阵薄膜。
最后，通过旋涂技术，将溶胶a均匀涂覆于csxwo3纳米点阵上，形成氧化钨凝胶膜，随后将其放置于马弗炉中于300℃下退火1小时，空冷，即得含有csxwo3纳米点阵嵌入型的非晶氧化钨复合薄膜。
该复合薄膜对太阳透射光具有较优的分区(可见区和近红外区)调控能力，在632.5nm波长的光学调制值为60％，在900nm波长光学调制值为62％，在2000nm波长光学调制值为60％。
实施例3
一种有效调制太阳光透射率的电致变色薄膜，是具有csxwo3纳米点阵嵌入型的非晶氧化钨复合薄膜，其中x＝0.1，纳米格点直径为200nm，格点间距为400nm，格点高度为50nm。
具有以上结构参数的制备方法，具体步骤如下：
首先，分别配制无掺杂氧化钨溶胶a及有cs掺杂氧化钨溶胶b。工艺过程如下：
将4gwcl6与13.83g无水乙醇在室温下混合，搅拌2小时，接着，向该溶胶中加入1.56g的2，2-吡啶，在55℃下回流2小时，即得感光的氧化钨溶胶a。
向感光的氧化钨溶胶a中加入0.17g的cscl，并于60℃下搅拌10小时，即得含有cs掺杂的氧化钨感光溶胶b。
其次，采用旋涂技术将溶胶b涂敷于透明导电镀膜玻璃基板，为保证退火后的csxwo3纳米点阵薄膜格点高度为50nm，旋涂工艺中采用的转盘转速为2900转/分钟，旋转时间为30秒。
接着，将涂覆有溶胶b的凝胶膜基片放置于干燥箱中于70℃烘干5分钟取出，放置于激光干涉曝光系统中进行双光束曝光10分钟，然后将凝胶膜基片顺时针旋转90°，继续曝光10分钟后取出凝胶膜基片。其中，选取激光波长为325nm，功率为50mw，为保证格点间距为400nm，该阶段设置双光束间夹角为48°。
然后，将曝光后的凝胶膜基片放入配制好的有机溶剂中溶洗30秒，然后取出，放置于预设温度为550℃的马弗炉中退火处理30分钟，即得csxwo3纳米点阵。其中，有机溶剂选取丙酮与正丁醇的混合溶液，丙酮与正丁醇的体积比为1：2，溶洗时需采用磁力搅拌方法使有机溶液按照一定方位旋转，旋转速度控制在925转/分钟，凝胶膜表面顺着有机溶液流动方向放置，经溶洗及退火后可以获得格点直径为200nm的csxwo3纳米点阵薄膜。
最后，通过旋涂技术，将溶胶a均匀涂覆于csxwo3纳米点阵上，形成氧化钨凝胶膜，随后将其放置于马弗炉中于300℃下退火1小时，空冷，即得含有csxwo3纳米点阵嵌入型的非晶氧化钨复合薄膜。
该复合薄膜对太阳透射光具有较优的分区(可见区和近红外区)调控能力，在632.5nm波长的光学调制值为62％，在900nm波长光学调制值为65％，在2000nm波长光学调制值为58％。
实施例4
一种有效调制太阳光透射率的电致变色薄膜，是具有csxwo3纳米点阵嵌入型的非晶氧化钨复合薄膜，其中x＝0.15，纳米格点直径为100nm，格点间距为400nm，格点高度为70nm。
具有以上结构参数的制备方法，具体步骤如下：
首先，分别配制无掺杂氧化钨溶胶a及有cs掺杂氧化钨溶胶b。工艺过程如下：
将4gwcl6与13.83g无水乙醇在室温下混合，搅拌2小时，接着，向该溶胶中加入1.56g的2，2-吡啶，在50℃下回流2小时，即得感光的氧化钨溶胶a。
向感光的氧化钨溶胶a中加入0.25g的cscl，并于60℃下搅拌10小时，即得含有cs掺杂的氧化钨感光溶胶b。
其次，采用旋涂技术将溶胶b涂敷于透明导电镀膜玻璃基板，为保证退火后的csxwo3纳米点阵薄膜格点高度为70nm，旋涂工艺中采用的转盘转速为2600转/分钟，旋转时间为35秒。
接着，将涂覆有溶胶b的凝胶膜基片放置于干燥箱中于70℃烘干5分钟取出，放置于激光干涉曝光系统中进行双光束曝光10分钟，然后将凝胶膜基片顺时针旋转90°，继续曝光10分钟后取出凝胶膜基片。其中，选取激光波长为325nm，功率为50mw，为保证格点间距为400nm，该阶段设置双光束间夹角为48°。
然后，将曝光后的凝胶膜基片放入配制好的有机溶剂中溶洗70秒，然后取出，放置于预设温度为550℃的马弗炉中退火处理30分钟，即得csxwo3纳米点阵。其中，有机溶剂选取丙酮与正丁醇的混合溶液，丙酮与正丁醇的体积比为1：2，溶洗时需采用磁力搅拌方法使有机溶液按照一定方位旋转，旋转速度控制在950转/分钟，凝胶膜表面顺着有机溶液流动方向放置，经溶洗及退火后可以获得格点直径为100nm的csxwo3纳米点阵薄膜。
最后，通过旋涂技术，将溶胶a均匀涂覆于csxwo3纳米点阵上，形成氧化钨凝胶膜，随后将其放置于马弗炉中于300℃下退火1小时，空冷，即得含有csxwo3纳米点阵嵌入型的非晶氧化钨复合薄膜。
该复合薄膜对太阳透射光具有较优的分区(可见区和近红外区)调控能力，在632.5nm波长的光学调制值为61％，在900nm波长光学调制值为64％，在2000nm波长光学调制值为61％。
实施例5
一种有效调制太阳光透射率的电致变色薄膜，是具有csxwo3纳米点阵嵌入型的非晶氧化钨复合薄膜，其中x＝0.08，纳米格点直径为150nm，格点间距为400nm，格点高度为40nm。
具有以上结构参数的制备方法，具体步骤如下：
首先，分别配制无掺杂氧化钨溶胶a及有cs掺杂氧化钨溶胶b。工艺过程如下：
将4gwcl6与13.83g无水乙醇在室温下混合，搅拌2小时，接着，向该溶胶中加入1.56g的2，2-吡啶，在53℃下回流2小时，即得感光的氧化钨溶胶a。
向感光的氧化钨溶胶a中加入0.13g的cscl，并于60℃下搅拌10小时，即得含有cs掺杂的氧化钨感光溶胶b。
其次，采用旋涂技术将溶胶b涂敷于透明导电镀膜玻璃基板，为保证退火后的csxwo3纳米点阵薄膜格点高度为40nm，旋涂工艺中采用的转盘转速为2950转/分钟，旋转时间为25秒。
接着，将涂覆有溶胶b的凝胶膜基片放置于干燥箱中于70℃烘干5分钟取出，放置于激光干涉曝光系统中进行双光束曝光10分钟，然后将凝胶膜基片顺时针旋转90°，继续曝光10分钟后取出凝胶膜基片。其中，选取激光波长为325nm，功率为50mw，为保证格点间距为400nm，该阶段设置双光束间夹角为48°。
然后，将曝光后的凝胶膜基片放入配制好的有机溶剂中溶洗50秒，然后取出，放置于预设温度为550℃的马弗炉中退火处理30分钟，即得csxwo3纳米点阵。其中，有机溶剂选取丙酮与正丁醇的混合溶液，丙酮与正丁醇的体积比为1：2，溶洗时需采用磁力搅拌方法使有机溶液按照一定方位旋转，旋转速度控制在900转/分钟，凝胶膜表面顺着有机溶液流动方向放置，经溶洗及退火后可以获得格点直径为150nm的csxwo3纳米点阵薄膜。
最后，通过旋涂技术，将溶胶a均匀涂覆于csxwo3纳米点阵上，形成氧化钨凝胶膜，随后将其放置于马弗炉中于300℃下退火1小时，空冷，即得含有csxwo3纳米点阵嵌入型的非晶氧化钨复合薄膜。
该复合薄膜对太阳透射光具有较优的分区(可见区和近红外区)调控能力，在632.5nm波长的光学调制值为59％，在900nm波长光学调制值为60％，在2000nm波长光学调制值为59％。
本发明的优点为：
(1)选择合适的材料组分及结构参数获得局域表面等离子体共振吸收涵盖近红外全波段的csxwo3纳米点阵嵌入型的非晶氧化钨复合薄膜；利用该薄膜的局域表面等离子体共振电致变色特性实现复合薄膜对近红外透射率的独立调制，利用该薄膜中非晶氧化钨的氧化还原反应电致变色特性实现复合薄膜对可见光透射率的调制；由于对近红外光的调制和对可见光的调制所需电化学驱动电压不同，因此，可通过控制驱动电压的方法实现复合薄膜对可见-近红外区的分区调控；与商用的氧化钨电致变色薄膜相比，本发明设计的复合薄膜不仅变色波段更宽，而且可以自主地选择薄膜的可调制波段，这样的薄膜电致变色功能更强，更节能；
(2)制备csxwo3纳米点阵所采用的激光干涉结合感光溶胶凝胶法以及制备非晶氧化钨所采用的溶胶凝胶技术，皆可制备大面积薄膜，工艺可控，十分适合产业化大批量薄膜制备，具有广阔的应用前景。