CN104834145A - 一种叠层电致变色玻璃及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电致变色玻璃，尤其涉及一种叠层电致变色玻璃。它包括透明基材层，至少一层生长在透明基材层上的下层透明电极层；至少一层生长在下层透明电极上的第一电致变色层；至少一层生长在第一电致变色层上的第一离子传导层；至少一层生长在第一离子传导层上的第一离子存储层；至少一层生长在第一离子存储层上的中间层透明电极层；至少一层生长在中间层透明电极层上的第二离子存储层；至少一层生长在第二离子存储层上的第二离子传导层；至少一层生长在第二离子传导层上的第二电致变色层；至少一层生长在第二电致变色层上的上层透明电极层。本发明开发了电致变色玻璃作为智能窗户的应用；节能环保的同时，为用户提供足够的私密性。

Description

一种叠层电致变色玻璃及其应用
技术领域
本发明涉及一种电致变色玻璃，尤其涉及一种叠层电致变色玻璃及其应用。
背景技术
电致变色是指在外加电场的极性和强度变化作用下，材料发生可逆的氧化或还原反应，从而导致材料的颜色可以发生可逆的稳定的变化。利用该性能制备的电致变色玻璃能对太阳光的辐射进行智能调节，可选择性的吸收或反射外界的热辐射，降低建筑物的能耗，并解决日渐严重的城市光污染问题，代表着当今最先进的建筑节能玻璃技术。
电致变色玻璃由底层导电电极层、电致变色层、离子传导层、离子存储层以及顶层导电电极层所构成。在电场作用下，离子存储层的离子经由离子传导层进入电致变色层实现变色效应；加上反向电场，离子会离开电致变色层经由离子传导层回到离子存储层从而实现褪色。全固态智能电致变色玻璃技术以无机过渡金属氧化物为电致变色材料，利用无机含锂化物为离子传导层，依靠锂离子的抽取和注入控制玻璃的变色。目前生产的电致变色玻璃完全变色后最小透过率只能达到3%左右。
CN103345097A(2013-10-9)公开了一种基于EC型电致变色夹胶玻璃的智能调光系统，包括EC型电致变色夹胶玻璃、直流电源、感应装置和控制器，EC型电致变色夹胶玻璃为由第一导电玻璃、第一电致变色膜层、导离子电解质胶片、第二电致变色膜层和第二导电玻璃组成变色互补式EC型电致变色夹胶玻璃，或由第一导电玻璃、第一电致变色膜层、导离子电解质胶片、离子储存膜层和第二导电玻璃组成变色非互补式EC型电致变色夹胶玻璃，其中的直流电源包括太阳能电池。然而该电致变色夹胶玻璃是通过夹胶粘结而成，并且在提供私密空间、舒适程度以及节能环保方面仍然有待改进。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种可有效降低电致变色玻璃最小透过率到0.1%以下，使电致变色玻璃在着色态下可以更好的提供私密性的保护，为电致变色玻璃的应用开拓了新领域的叠层电致变色玻璃。
本发明的第二目的是提供一种为电致变色玻璃的应用开拓了新领域的叠层电致变色玻璃的应用。
本发明的第一技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种叠层电致变色玻璃，包括透明基材层，它还包括：
至少一层生长在所述透明基材层上的下层透明电极层；
至少一层生长在所述下层透明电极上的第一电致变色层；
至少一层生长在所述第一电致变色层上的第一离子传导层；
至少一层生长在所述第一离子传导层上的第一离子存储层；
至少一层生长在所述第一离子存储层上的中间层透明电极层；
至少一层生长在所述中间层透明电极层上的第二离子存储层；
至少一层生长在所述第二离子存储层上的第二离子传导层；
至少一层生长在所述第二离子传导层上的第二电致变色层；
至少一层生长在所述第二电致变色层上的上层透明电极层。
本发明利用物理气相方法或化学气相方法或溶胶-凝胶方法在玻璃或透明塑料柔性基材层上依次生长下层透明电极、第一电致变色层、第一离子传导层、第一离子存储层、中间层透明电极、第二离子存储层、第二离子传导层、第二电致变色层以及上层透明电极层，形成两个叠层的电致变色器件，共用一个中间层透明电极：在器件着色过程中，中间层透明电极是阳极，在给器件褪色过程中，中间层透明电极是阴极；根据所需要的电致玻璃透明度，两个器件可以同时着色，也可以分开单独着色；两个器件可以由同一个电源驱动进行着色，也可以分开由两个电源分别驱动进行着色；由两个电源分别驱动时，驱动不同器件的电压可以是相同的也可以是不同的。两个器件同时着色时，用分光光度计测透过率，在两个叠层器件完全着色的状态下，可见光区的透过率全都低于0.1%，电致变色玻璃基本上不透明，可提供100%的隐私保护，开发电致变色玻璃作为智能窗户的应用，可完全不需要配备窗帘，着色时给室内提供很好的私密空间和优良的舒适程度，为电致变色玻璃的应用开拓了新领域；同时又能做到节能环保。
作为优选，下层透明电极可以是金属氧化物、掺杂金属氧化物包括氧化铟、氧化铟锡（ITO）、掺杂氧化铟、氧化锡、掺杂氧化锡、氧化锌、掺铝氧化锌（AZO）、或氧化钉以及它们的混合物；也可以是导电的透明氮化物包括氮化钛、氮氧化钛、氮化钽以及氧氮化钽等；还可以是任何足够透明的金属或合金；厚度10-1000nm, 优选250-350nm。
作为优选，第一电致变色层和/或第二电致变色层可以是氧化钨（WO3）、氧化铌（Nb2O5）、氧化钛（TiO2）、氧化钼（MoO3）、氧化铜（CuO）、氧化铬（Cr2O3）、氧化锰（Mn2O3）、氧化钒（V2O5）、氧化钴（Co2O3）、氧化镍（Ni2O3）等；也可以是锂、钠、钾、钒或钛掺杂的上述各种氧化物以及氧化物的混合物；厚度100-800nm，优选300-600nm。
作为优选，第一离子传导层和/或第二离子传导层可以是Li2O、SiO2、Al2O3、Nb2O3、Ta2O5、LiTaO3、LiNbO3、La2TiO7、Li2WO4、ZrO2、HfO2、LaTiO3、SrTiO3、BaTiO3、Li3N、LiPO3、LiI、LiF、Li2O2等以及它们的混合物。为进一步减少漏电流，离子传导层可以由两层或多层相同或不同的离子传导材料组成，比如总共90nm的离子传导层，可以由30nm的Li2O、30nm的SiO2和30nm的Li2WO4组成，也可以由40nm的Li2O、10nm的SiO2和40nm的Li2O组成；不同膜层的厚度可以是相同的也可以是不同的。离子传导层的整体厚度可以是10到300nm，优选50到200nm。
作为优选，第一离子存储层和/或第二离子存储层可以是金属氧化物比如氧化钒（V2O5）、氧化铌（Nb2O5）、氧化镍（NiO）、氧化铱（IrO2）、氧化钴、氧化钼、氧化锰、氧化铬、氧化镍钨、氧化镍钒、氧化镍锰、氧化镍铝、氧化镍铬、氧化镍镁以及它们的混合物；也可以是普鲁士蓝；或者是各种锂盐比如钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、钒酸镍锂、磷酸铁锂等以及它们的混合物；厚度100到500nm，优选150到250nm;
离子存储层也可以是阳极电致变色材料，与阴极电致变色材料在着色褪色过程中互补，使电致变色玻璃着色/褪色对比度更高。
本发明的第二技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种叠层电致变色玻璃，应用于智能窗户，同时具备窗户和窗帘的功用，且可电控或电遥控进行智能调节。
附图说明
图1是本发明一个实施例的叠层电致变色玻璃工作示意图;
图2是本发明另一个实施例的叠层电致变色玻璃工作示意图;
图3是本发明叠层电致变色玻璃在着色态和褪色态下的透过率示意图；
图中，1-透明基材层；
2-下层透明电极层；
3-第一电致变色层；
4-第一离子传导层；
5-第一离子存储层；
6-中间层透明电极层；
7-第二离子存储层；
8-第二离子传导层；
9-第二电致变色层；
10-上层透明电极层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例一
如图1所示，叠层电致变色玻璃包括透明基材层1；生长在透明基材层1上的下层透明电极层2；
生长在下层透明电极2上的第一电致变色层3；
生长在第一电致变色层3上的第一离子传导层4；
生长在第一离子传导层4上的第一离子存储层5；
生长在第一离子存储层5上的中间层透明电极层6；
生长在中间层透明电极层6上的第二离子存储层7；
生长在第二离子存储层7上的第二离子传导层8；
生长在第二离子传导层8上的第二电致变色层9；
生长在第二电致变色层9上的上层透明电极层10。
下层透明电极2为Ag；厚度12nm。
第一电致变色层为氧化钨（WO3）；第二电致变色层为氧化铌（Nb2O5）；厚度分别为300nm。
第一离子传导层Li2O；第二离子传导层为SiO2。离子传导层的厚度分别为20纳米。
第一离子存储层为氧化钒（V2O5）；第二离子存储层为氧化镍（NiO）；厚度分别为100 nm。
两个器件由两个电源分别驱动进行着色；由两个电源分别驱动时，驱动不同器件的电压可以是相同的也可以是不同的。
实施例二
如图2所示，两个器件由同一个电源驱动进行着色。叠层电致变色玻璃包括透明基材层1；生长在透明基材层1上的下层透明电极层2；
生长在下层透明电极2上的第一电致变色层3；
生长在第一电致变色层3上的第一离子传导层4；
生长在第一离子传导层4上的第一离子存储层5；
生长在第一离子存储层5上的中间层透明电极层6；
生长在中间层透明电极层6上的第二离子存储层7；
生长在第二离子存储层7上的第二离子传导层8；
生长在第二离子传导层8上的第二电致变色层9；
生长在第二电致变色层9上的上层透明电极层10。
下层透明电极2为导电的透明掺氟氧化锡；厚度1000nm。
第一电致变色层为氧化钼（MoO3）；第二电致变色层为氧化钼（MoO3）；厚度分别为600nm。
第一离子传导层为Al2O3；第二离子传导层为Li2WO4。离子传导层的厚度分别为50nm和80nm。
第一离子存储层为氧化钒（V2O5），厚度250nm；第二离子存储层为氧化镍钨（NiWO）；厚度150 nm。
实施例三
如图1所示，叠层电致变色玻璃包括透明基材层1；生长在透明基材层1上的下层透明电极层2；
生长在下层透明电极2上的第一电致变色层3；
生长在第一电致变色层3上的第一离子传导层4；
生长在第一离子传导层4上的第一离子存储层5；
生长在第一离子存储层5上的中间层透明电极层6；
生长在中间层透明电极层6上的第二离子存储层7；
生长在第二离子存储层7上的第二离子传导层8；
生长在第二离子传导层8上的第二电致变色层9；
生长在第二电致变色层9上的上层透明电极层10。
下层透明电极2为掺杂氧化锡、掺铝氧化锌的混合物；厚度250nm。
第一电致变色层为Ta2O5；第二电致变色层为锂、钠、钾、钒或钛掺杂的各种氧化物；厚度300nm。
为进一步减少漏电流，离子传导层由两层不同的离子传导材料组成，总共90nm的第一离子传导层，由30nm的Li2O、30nm的SiO2和30nm的Li2WO4组成，第二离子传导层由60nm的Li2O30nm的SiO2和60nm的Li2O组成。
第一离子存储层厚度为90nm，或第二离子存储层为150 nm。
实施例四
同实施例三，不同的是下层透明电极2为氧化铟锡；厚度350nm。
第一电致变色层或第二电致变色层厚度600nm。
第一离子传导层为Li2WO4，第二离子传导层为LiPO3。离子传导层的厚度分别为200nm。
第一离子存储层或第二离子存储层厚度250nm。
结果发现本发明形成电致变色玻璃着色态下的透过率均低于0.1%，见图3；玻璃基本上不透明，可提供100%的隐私保护，开发电致变色玻璃作为智能窗户的应用，可以起到节能环保的效果，同时根据用户需求给室内提供很好的私密空间和优良的舒适程度。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种叠层电致变色玻璃，包括透明基材层，其特征在于它还包括：
至少一层生长在所述透明基材层上的下层透明电极层；
至少一层生长在所述下层透明电极上的第一电致变色层；
至少一层生长在所述第一电致变色层上的第一离子传导层；
至少一层生长在所述第一离子传导层上的第一离子存储层；
至少一层生长在所述第一离子存储层上的中间层透明电极层；
至少一层生长在所述中间层透明电极层上的第二离子存储层；
至少一层生长在所述第二离子存储层上的第二离子传导层；
至少一层生长在所述第二离子传导层上的第二电致变色层；
至少一层生长在所述第二电致变色层上的上层透明电极层。
2.根据权利要求1所述的一种叠层电致变色玻璃，其特征在于：所述下层透明电极为金属氧化物、掺杂金属氧化物包括氧化铟、氧化铟锡、掺杂氧化铟、氧化锡、掺杂氧化锡、氧化锌、掺铝氧化锌、或氧化钉以及它们的混合物；或是导电的透明氮化物包括氮化钛、氮氧化钛、氮化钽以及氧氮化钽；或是透明的金属或合金比如金、银及其合金；厚度为10-1000nm。
3.根据权利要求1所述的一种叠层电致变色玻璃，其特征在于：所述第一电致变色层和/或第二电致变色层为氧化钨、氧化铌、氧化钛、氧化钼、氧化铜、氧化铬、氧化锰、氧化钒、氧化钴或氧化镍；或是锂、钠、钾、钒、铝或钛掺杂的上述各种氧化物以及氧化物的混合物；厚度为100-800nm。
4.根据权利要求1所述的一种叠层电致变色玻璃，其特征在于：所述第一离子传导层和/或第二离子传导层为Li2O、SiO2、Al2O3、Nb2O3、Ta2O5、LiTaO3、LiNbO3、La2TiO7、Li2WO4、ZrO2、HfO2、LaTiO3、SrTiO3、BaTiO3、Li3N、LiPO3、LiI、LiF、Li2O2或它们的混合物中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种叠层电致变色玻璃，其特征在于：着色过程由一个电源驱动两个电致变色器件同时完成；或者由两个电源驱动两个电致变色器件分别完成。
6.根据权利要求5所述的一种叠层电致变色玻璃，其特征在于：所述第一离子传导层或第二离子传导层的整体厚度为10-300纳米。
7.根据权利要求6所述的一种叠层电致变色玻璃，其特征在于：所述第一离子传导层或第二离子传导层的整体厚度为50-200nm。
8.根据权利要求4-7任一项所述的一种叠层电致变色玻璃，其特征在于：所述第一离子存储层和/或第二离子存储层为金属氧化物比如氧化钒（V2O5）、氧化铌（Nb2O5）、氧化镍（NiO）、氧化铱（IrO2）、氧化钴、氧化钼、氧化锰、氧化铬、氧化镍钨、氧化镍钒、氧化镍锰以及它们的混合物；也可以是普鲁士蓝；或者是钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、钒酸镍锂、磷酸铁锂以及它们的混合物的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的一种叠层电致变色玻璃，其特征在于：所述第一离子存储层或第二离子存储层的厚度100-500nm。
10.权利要求1-9任一项所述的一种叠层电致变色玻璃的应用，其特征在于：应用于可电控或电遥控进行智能调节的智能窗户或窗帘。
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