一种电致变色器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种电致变色器件及其制备方法。一种电致变色器件，其包括由下至上依次堆叠的：载体、底电极、第二层、电解质层、第四层和顶电极；所述第二层和第四层中的其中一个为电致变色层，另一个为离子存储层；所述电解质层采用SiO2。本发明专利技术解决了现有技术工艺温度高、原料昂贵、电子阻隔能力差、电解质层过厚的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种电致变色器件及其制备方法


[0001]本申请涉及材料领域，具体涉及一种电致变色器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]电致变色是指材料的光学属性(反射率、透过率、吸收率等)在外加电场的作用下发生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，用电致变色材料制作的变色器件称为电致变色器件。近年来在航空、汽车等领域已有产品采用电致变色玻璃，进一步调动了该技术的开发热潮。随着相关技术的进一步成熟和生产成本的降低，电致变色技术将迎来更广泛的市场应用。
[0003]电致变色器件有多种类型，根据其电极和电解质状态大致可分为液态、凝胶态、固态三种。其中整体为无机材料的固态电致变色器件具有最优的环境稳定性、安全性和适用性，以及优异的循环寿命。无机全固态电致变色器件主要由基材/盖板(玻璃等透明或反光材质)、底电极、顶电极、电致变色层、离子存储层和电解质层组成。其中电解质层的性能与器件记忆性能、变色速度、工作能耗和循环寿命密切相关。
[0004]目前常见报道的无机固态电解质主要有Ta2O5、LiTaO3、Nb2O3、LiNbO2等金属氧化物和它们的含锂盐。以上材料需要用到Ta、Nb等较为稀少的金属，通常需要高温制备，且在大规模商品化后会产生资源瓶颈。同时由于这种类型电解质电子阻隔能力差，容易产生漏电流，导致器件颜色记忆效果差，如果需要维持一定的颜色或透过率，就需要持续施加电压，抵消漏电流影响。这样会导致器件能耗提升，器件寿命下降。此外，由于这些材质在电子阻隔能力方面性能较差，因而需要沉积较高的厚度来提高电子阻隔性，相应厚度通常达到数百纳米，制备时间长。较厚的薄膜制备时不仅降低了器件的制备效率，还增加了成本和损耗。
[0005]为此，提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的是提供一种电致变色器件及其制备方法，解决了现有技术工艺温度高、原料昂贵、电子阻隔能力差、电解质层过厚的问题。
[0007]为了实现以上目的，本专利技术提供了以下技术方案。
[0008]本专利技术的第一方面提供了一种电致变色器件，其包括由下至上依次堆叠的：载体、底电极、第二层、电解质层、第四层和顶电极；所述第二层和第四层中的其中一个为电致变色层，另一个为离子存储层；所述电解质层采用SiO2。
[0009]本专利技术采用SiO2作为电解质层，代替Ta2O5、LiTaO3、Nb2O3、LiNbO2等昂贵材料，解决了现有技术存在的诸多问题。例如：SiO2在常温条件即可溅射形成，全器件制备过程可采用室温制备，因此可以适用于聚合物基底等不耐温基材。SiO2中的元素都属于丰量元素，不会发展成为资源瓶颈。SiO2作为电解质膜层电子阻隔能力高，不存在显著的漏电流效应，因此在使用能耗和循环寿命方面性能得到显著提高。SiO2厚度仅有数十纳米，远低于传统电解
质厚度，并且具有优良的电子阻隔性能，因此在制备效率和成本方面优势得到显著提高。
[0010]另外，相比多层电解质结构的电致变色器件，本专利技术采用SiO2单层电解质的结构更简单，更容易制备，且单层电解质厚度薄，漏电流低，有利于变色响应速度提高。
[0011]本专利技术中各层的材料和厚度还可以进一步优化，以改善记忆性能、变色速度、工作能耗和循环寿命等性能，如下文列举。
[0012]进一步地，所述电致变色层采用Li
x
WO3，x为0.2～1。
[0013]当锂的掺杂浓度满足以上条件时，能达到变色的技术效果。
[0014]进一步地，所述离子存储层采用NiO，其与Li
x
WO3变色层具有更好的适配效果，能同时改善记忆性能、变色速度、工作能耗和循环寿命等性能。
[0015]进一步地，所述底电极和所述顶电极采用ITO，这种电极材料具有高的导电率、高的可见光透过率、高的机械硬度和良好的化学稳定性，到目前为止具有突出优势。
[0016]进一步地，所述载体为玻璃，或者其他基材，基材根据器件应用领域而定。
[0017]进一步地，所述底电极和所述顶电极的厚度各自独立地为50nm～500nm。
[0018]进一步地，所述电解质层的厚度为20～150nm，该厚度远小于现有电致变色器件中电解质层的厚度，能够大幅提高变色速度。
[0019]进一步地，所述电致变色层的厚度为100～500nm。
[0020]进一步地，所述离子存储层的厚度为100～400nm。
[0021]在一些实施方式中，各层的厚度同时满足以上条件，将具有更好的适配性，在记忆性能、变色速度、工作能耗和循环寿命等方面都有改善。
[0022]本专利技术的第二方面提供了上文所述的电致变色器件的制备方法，其包括：在所述载体上依次沉积底电极、第二层、电解质层、第四层和顶电极；其中，优选采用室温磁控溅射法或电子束蒸发法形成所述电解质层。
[0023]该方法与现有电致变色器件的制备工艺兼容，只需要调整材料即可。
[0024]本专利技术中的“室温”通常指是指不主动加热和制冷的状态。
[0025]进一步地，所述电解质层在0.5～3Pa的气压下磁控溅射而成，溅射功率密度优选2～10W/cm2；磁控溅射电解质层时优选以Si为靶材，优选在Ar:(Ar
‑
O2)
a
流量比为15～20:14的气氛中进行，(Ar
‑
O2)
a
指Ar与O2以9:1的混合气体。本专利技术采用磁控溅射方式比热蒸发可控性高，更适合工程化制备。
[0026]另外，本专利技术还可以SiO
x
(0＜x＜2)为靶材，适应性调整气流中各气体流量比，磁控溅射形成SiO2。
[0027]进一步地，所述电致变色层包括两步：沉积WO3和沉积锂，优选采用真空物理溅射沉积锂，真空物理溅射的气压优选0.5Pa以下，该方法能够使锂更均匀地渗入WO3中。沉积SiO2和沉积锂的顺序可以互相调换。
[0028]综上，与现有技术相比，本专利技术达到了以下技术效果：
[0029](1)以SiO2代替现有电致变色器件中的电解质材料，满足室温制备需求、不存在原料昂贵、电子阻隔能力差、电解质层过厚的问题。
[0030](2)将高气压磁控溅射技术应用于SiO2的制备，易获得共形性良好、元素分布均匀的膜层。
[0031](3)电致变色层中的锂以真空物理沉积技术掺杂，能够提高变色响应速度。
[0032]上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
[0033]通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电致变色器件，其特征在于，包括由下至上依次堆叠的：载体、底电极、第二层、电解质层、第四层和顶电极；所述第二层和第四层中的其中一个为电致变色层，另一个为离子存储层；所述电解质层采用SiO2。2.如权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于，所述电致变色层采用Li
x
WO3，x为0.2～1。3.如权利要求2所述的电致变色器件，其特征在于，所述离子存储层采用NiO。4.如权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于，所述底电极和所述顶电极采用ITO；和/或，所述载体为玻璃。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的电致变色器件，其特征在于，所述底电极和所述顶电极的厚度各自独立地为50～500nm。6.如权利要求1
‑
4任一项所述的电致变色器件，其特征在于，所述电解质层的厚度为20～150nm。7.如权利要求1
‑
4任一项所述的电致变色器件，其特征在于，所述电致变色层的厚度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟明，李久勇，颜悦，韦友秀，望咏林，
申请(专利权)人：北京航空材料研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：