CN106249500B - 一种基于非晶态-纳米晶复合结构的柔性电致变色器件及其制备方法 - Google Patents

一种基于非晶态-纳米晶复合结构的柔性电致变色器件及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106249500B
CN106249500B CN201610729707.5A CN201610729707A CN106249500B CN 106249500 B CN106249500 B CN 106249500B CN 201610729707 A CN201610729707 A CN 201610729707A CN 106249500 B CN106249500 B CN 106249500B
Authority
CN
China
Prior art keywords
amorphous
high temperature
film
nano
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610729707.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106249500A (zh
Inventor
王丽
苏雪琼
李树峰
李宬汉
高东文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN201610729707.5A priority Critical patent/CN106249500B/zh
Publication of CN106249500A publication Critical patent/CN106249500A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106249500B publication Critical patent/CN106249500B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/1514—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect characterised by the electrochromic material, e.g. by the electrodeposited material
    • G02F1/1523—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect characterised by the electrochromic material, e.g. by the electrodeposited material comprising inorganic material

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

Abstract

一种基于非晶态‑纳米晶复合结构的柔性电致变色器件及其制备方法，属于电致变色技术领域。包括柔性衬底、非晶态透明导电层、非晶‑纳米晶复合结构电致变色层和离子导电层。其中柔性透明衬底为PET或PDMS，非晶态透明导电层为(In2O3)x(ZnO)y(Ga2O3)1‑x‑y薄膜，非晶‑纳米晶复合结构电致变色层为(ITO)x(Nb2O5)y(Ga2O3)1‑x‑y薄膜，离子导电层为非晶态LiTaO3薄膜。其中，非晶‑纳米晶复合结构电致变色层的制备是先用固相烧结法制备出铟锡铌镓氧靶材，再用脉冲激光沉积法制备出非晶态铟锡铌镓氧化物薄膜。本发明的电致变色器件具有较好的柔韧性和明显的颜色变化。

Description

一种基于非晶态-纳米晶复合结构的柔性电致变色器件及其 制备方法
技术领域
本发明属于电致变色技术领域，具体涉及一种基于非晶态-纳米晶复合结构的柔性电致变色器件及其制备方法。
背景技术
电致变色是指材料的光学属性(吸收率、透过率或反射率等)在外加电场的作用下发生稳定、可逆变化的现象,外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。电致变色现象的实质是一种电化学反应的过程,随着施加电压的变化,材料的物相发生变化导致材料光学性能发生变化。电致变色一词最早是在1961年由Piatt提出。直到1969和1973年Deb详细描述了三氧化钨(WO3)薄膜在一定电压作用下,其颜色可以在无色和蓝色之间相互转变的现象。他第一次使用非晶的WO3薄膜制备了电致变色器件,并且提出了“氧空位色心”的变色机理,标志着电致变色科学与技术研究的开端。从此以后,人们相继发现新的变色材料,包括NiO、Co3O4、TiO2、MoO3等过渡金属氧化物与聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy)和聚噻吩(Polythiophene)等一些有机高分子材料。
20世纪80年代末以后，新型有机高分子电致变色材料的制备和电致变色器件的组装成为一个日益活跃的研究领域。瑞典科学家C.G.Granqvist和美国科学家C.M.Lampert等提出的一种以电致变色薄膜为基础的新型节能窗，即智能窗(Smart window),成为电致变色技术研究的一个里程碑[9-10]。1999年，Stadt Sparkasse储蓄银行成为拥有欧洲首面用具有电致变色性能的玻璃制成可控光强度外墙的新型建筑物。2005年,意大利法拉利公司展出的“Ferrari Superamerica”敞篷跑车的顶棚玻璃与挡风玻璃也采用了电致变色技术。2008年,美国波音公司的波音787客船窗玻璃釆用了电致变色技术,淘汰了以前机械式般窗遮阳板。2009年,欧洲最大的玻璃制造商一一法国圣戈班集团宣布进军“智能窗”市场。截止2009年6月,美国Ntera公司已经为很多种汽车生产了几千万个汽车防炫目后视镜。2010年,京沪高铁主力车型CRH380A动车组采用液晶调光玻璃。2011年,美国Canvas杂志新一期封面采用全印刷互动式电致变色显示技术；2013年,日本理光公司发布了实现64灰阶全彩显示的电致变色显示器，这些成果的取得标志着电致变色材料的应用进入了新时代。目前为止，日本、欧洲和美国一些工业强国在电致变色技术应用研究方面处于领先地位。我国在电致变色材料和器件方面的研究起步比较晚,与国外的先进应用研究技术还有一定的差距。目前,浙江大学、吉林大学、清华大学、电子科技大学等高等院校和中国科学院长春应用化学研究所、宁波材料工程所等科研单位取得了一些相对突出的成绩。
发明内容
本发明目的是发明一种基于非晶态-纳米晶复合结构的柔性电致变色器件及其制备方法，所得电致变色器件在柔性衬底弯曲条件下具有较好的稳定性及明显的颜色变化。
一种基于非晶-纳米晶复合结构的柔性电致变色器件，包括柔性透明衬底、透明导电层、电致变色层和离子导电层，其特征在于：柔性透明衬底为PET或PDMS，透明导电层为非晶态(In2O3)x(Nb2O5)y(Ga2O3)1-x-y薄膜，电致变色层为非晶-纳米晶复合结构(ITO)x(Nb2O5)y(Ga2O3)1-x-y薄膜，离子导电层为非晶态LiTaO3薄膜。
上述基于非晶-纳米晶复合结构的柔性电致变色器件的制备方法，包括透明导电层制备、电致变色层制备和离子导电层制备，其特征在于：其中电致变色层制备包括以下步骤：
步骤1，将4N级ITO、Nb2O5、Ga2O3的高纯粉末混合研磨，得到铟锡铌镓
氧化物高纯混合粉料；
步骤2，将混合粉料放入高温管式炉中，高温预烧结；
步骤3，将高温预烧结后混合粉料放入压靶机中，压制成圆柱形靶材；
步骤4，将压制后靶材再次放入高温管式炉中，高温烧结；
步骤5，将高温烧结后的靶材放入真空腔内，抽至本底真空度，关闭分子泵
和闸板阀，通入氧气，用355nm脉冲激光轰击靶材，在基底上沉积非晶-纳米
晶复合结构的柔性电致变色薄膜。
进一步地，所述的一种基于非晶-纳米晶复合结构的柔性电致变色器件及其制备方法，步骤1中所述的ITO、Nb2O5、Ga2O3的高纯混合粉末的摩尔比即x：y：(1-x-y)为0.7-0.9:0.05-0.25:0.05-0.25。
进一步地，所述的一种基于非晶-纳米晶复合结构的柔性电致变色器件及其制备方法，步骤1中所述的ITO、Nb2O5、Ga2O3的高纯混合粉末在高通量研磨仪中，使用800-1700转/分转速，研磨时间2-10小时。
进一步地，所述的一种基于非晶-纳米晶复合结构的柔性电致变色器件及其制备方法，步骤2中所述的高温预烧结和步骤4中所述的高温烧结为：在高温管式炉中烧结温度1000℃-1300℃，时间为6小时-15小时。
进一步地，所述的一种基于非晶-纳米晶复合结构的柔性电致变色器件及其制备方法，步骤3中所述的压制靶材压强为8-12MPa，压制时间为5-20分钟。
进一步地，一种基于非晶-纳米晶复合结构的柔性电致变色器件及其制备方法，步骤5中所述的本底真空度为8*10-4Pa-1*10-5Pa，工作气氛压强为0.1Pa-5Pa，衬底温度为15℃-45℃，基底距离靶材3-6cm。
进一步地，所述的一种基于非晶-纳米晶复合结构的柔性电致变色器件及其制备方法，各层厚度为150nm-3000nm。
类似方法(包括固相烧结靶材制备、脉冲激光沉积法)依次制备(In2O3)x(Nb2O5)y(Ga2O3)1-x-y和LiTaO3靶材和非晶态薄膜，逐层沉积在柔性衬底上实现智能变色窗器件。
本发明提供的一种基于非晶-纳米晶复合结构的柔性电致变色器件，基于元素掺杂对分子结构改变和功能性能出现产生重要影响，铟(In)元素掺杂具有产生纳米晶态和近红外区域透光率提升作用，镓(Ga)元素掺杂具有分子保持非晶结构作用，铌(Nb)元素掺杂提高电致变色效应颜色对比度和形成玻璃态共价结构，从而使电致变色器件在柔性弯曲条件下具有较好的稳定性以及更明显是颜色变化。
本发明采用固相烧结和脉冲激光沉积技术，有效的改善了柔性氧化物半导体薄膜电致变色特性提升，研制成柔性全固态超薄智能变色窗。
附图说明
图1为基于非晶-纳米晶复合结构铟锡铌镓氧化物的电致变色器件结构示意图；
图2为实施例1制备的非晶-纳米晶复合结构电致变色层铟锡铌镓氧化物薄膜的X射线衍射图谱。
图3为实施例1非晶-纳米晶复合结构铟锡铌镓氧化物的电致变色薄膜电致变色透射谱。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
一种基于非晶-纳米晶复合结构的柔性电致变色器件，包括柔性衬底、透明导电层、电致变色层和离子导电层，其特征在于：柔性透明衬底为PET或PDMS，透明导电层为非晶态(In2O3)x(Nb2O5)y(Ga2O3)1-x-y薄膜，电致变色层为非晶-纳米晶复合结构(ITO)x(Nb2O5)y(Ga2O3)1-x-y薄膜，离子导电层为非晶态LiTaO3薄膜。
透明导电层厚度为100nm-500nm,电致变色层厚度为300nm-1000nm,,离子导电层厚度为100nm-500nm。
所述的一种基于非晶-纳米晶复合结构的柔性电致变色器件，包括透明导电层制备、电致变色层制备和离子导电层制备，其特征在于：
电致变色层制备包括以下步骤：
步骤1，将4N级ITO、Nb2O5、Ga2O3的高纯粉末混合，混合粉末的摩尔比为0.7:0.05:0.25，在高通量研磨仪中，使用1500转/分转速，研磨时间2小时研磨，得到铟锡铌镓氧化物高纯混合粉料；
步骤2，将混合粉料放入高温管式炉中，在1000℃温度下，烧结6小时。
步骤3，将预烧结后混合粉料放入压靶机中，在压强10MPa下，压制5分钟，制成4mm厚圆柱形靶材；
步骤4，将压制后靶材再次放入高温管式炉中，在1200℃温度下，高温烧结6小时；
步骤5，将靶材放入真空腔内，抽至4*10-4Pa本底真空度，关闭分子泵和闸板阀，在18℃下通入氧气至3Pa氧压，用355nm脉冲激光轰击靶材，在基底距离5cm处，在基底上沉积非晶-纳米晶复合结构的柔性电致变色薄膜。
采用类似方法或现有技术依次制备(In2O3)x(Nb2O5)y(Ga2O3)1-x-y和LiTaO3靶材和非晶态薄膜，逐层沉积在柔性衬底上实现智能变色窗器件。

Claims (7)

1.一种基于非晶-纳米晶复合结构的柔性电致变色器件，包括柔性透明衬底、透明导电层、电致变色层和离子导电层，其特征在于：柔性透明衬底为PET或PDMS，透明导电层为非晶态(In2O3)x(Nb2O5)y(Ga2O3)1-x-y薄膜，电致变色层为非晶-纳米晶复合结构(ITO)x(Nb2O5)y(Ga2O3)1-x-y薄膜，离子导电层为非晶态LiTaO3薄膜；非晶-纳米晶复合结构(ITO)x(Nb2O5)y(Ga2O3)1-x-y薄膜中ITO、Nb2O5、Ga2O3的摩尔比即x：y：(1-x-y)为0.7-0.9:0.05-0.25:0.05-0.25。
2.制备权利要求1所述的基于非晶-纳米晶复合结构的柔性电致变色器件的方法，包括透明导电层制备、电致变色层制备和离子导电层制备，其特征在于：其中电致变色层制备包括以下步骤：
步骤1，将4N级ITO、Nb2O5、Ga2O3的高纯粉末混合研磨，得到铟锡铌镓氧化物高纯混合粉料；
步骤2，将混合粉料放入高温管式炉中，高温预烧结；
步骤3，将高温预烧结后混合粉料放入压靶机中，压制成圆柱形靶材；
步骤4，将压制后靶材再次放入高温管式炉中，高温烧结；
步骤5，将高温烧结后的靶材放入真空腔内，抽至本底真空度，关闭分子泵和闸板阀，通入氧气，用355nm脉冲激光轰击靶材，在基底上沉积非晶-纳米晶复合结构的柔性电致变色薄膜。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1中所述的ITO、Nb2O5、Ga2O3的高纯混合粉末在高通量研磨仪中，使用800-1700转/分转速，研磨时间2-10小时。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2中所述的高温预烧结和步骤4中所述的高温烧结为：在高温管式炉中烧结温度1000℃-1300℃，时间为6小时-15小时。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤3中所述的压制靶材压强为8-12MPa，压制时间为5-20分钟。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤5中所述的本底真空度为8*10-4Pa-1*10-5Pa，工作气氛压强为0.1Pa-5Pa，衬底温度为15℃-45℃，基底距离靶材3-6cm。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，各层厚度为150nm-3000nm。
CN201610729707.5A 2016-08-25 2016-08-25 一种基于非晶态-纳米晶复合结构的柔性电致变色器件及其制备方法 Active CN106249500B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610729707.5A CN106249500B (zh) 2016-08-25 2016-08-25 一种基于非晶态-纳米晶复合结构的柔性电致变色器件及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610729707.5A CN106249500B (zh) 2016-08-25 2016-08-25 一种基于非晶态-纳米晶复合结构的柔性电致变色器件及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106249500A CN106249500A (zh) 2016-12-21
CN106249500B true CN106249500B (zh) 2019-03-22

Family

ID=57595500

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610729707.5A Active CN106249500B (zh) 2016-08-25 2016-08-25 一种基于非晶态-纳米晶复合结构的柔性电致变色器件及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106249500B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107608156B (zh) * 2017-08-25 2023-12-29 北京工业大学 一种柔性可调谐可见-近红外波段分支光波导器件及其制备方法
CN110376817A (zh) * 2019-06-25 2019-10-25 西安交通大学 一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件及其控制方法
CN113777842B (zh) * 2020-06-10 2024-05-07 Skc株式会社 柔性电致变色器件
CN115261792B (zh) * 2022-07-05 2023-10-13 锦西化工研究院有限公司 一种电致变色涂层的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6712999B2 (en) * 1999-03-27 2004-03-30 Daimlerchrysler Ag Electrochromic element
CN1938395A (zh) * 2004-03-31 2007-03-28 伊斯曼柯达公司 新的电致变色材料和器件
US7646526B1 (en) * 2008-09-30 2010-01-12 Soladigm, Inc. Durable reflection-controllable electrochromic thin film material
CN101930142A (zh) * 2009-06-22 2010-12-29 财团法人工业技术研究院 光电致变色元件及其制造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6712999B2 (en) * 1999-03-27 2004-03-30 Daimlerchrysler Ag Electrochromic element
CN1938395A (zh) * 2004-03-31 2007-03-28 伊斯曼柯达公司 新的电致变色材料和器件
US7646526B1 (en) * 2008-09-30 2010-01-12 Soladigm, Inc. Durable reflection-controllable electrochromic thin film material
CN101930142A (zh) * 2009-06-22 2010-12-29 财团法人工业技术研究院 光电致变色元件及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106249500A (zh) 2016-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106249500B (zh) 一种基于非晶态-纳米晶复合结构的柔性电致变色器件及其制备方法
Buch et al. Review on electrochromic property for WO3 thin films using different deposition techniques
CN102929063B (zh) 一种基于纳米粒子的电致变色器件及其制备方法
CN102933496B (zh) 金属氧化物膜的制造方法及金属氧化物膜、使用该金属氧化物膜的元件、带有金属氧化物膜的基板以及使用该基板的器件
CN102598160B (zh) 透明导电膜及其制造方法、和元件、透明导电基板及器件
US9939662B2 (en) Electrochromic nanocomposite films
CN106932992A (zh) 一种调控近红外光的柔性电致变色器件及制备方法
AU663382B2 (en) Electrochromic structures and methods
Rakibuddin et al. Sol-gel fabrication of NiO and NiO/WO3 based electrochromic device on ITO and flexible substrate
TWI281054B (en) Electrochromic device based on poly-(3,4-dioxy-thiophene)derivatives
Georg et al. Switchable windows with tungsten oxide
CN103135306A (zh) 具有复合电致变色材料的电致变色组件
CN103744246B (zh) 一种镜面反射型电致变色器件及其制备方法
CN103186004A (zh) 具有纳米电致变色材料结构的电致变色装置
CN104181745A (zh) 电致变色元件制造方法
WO2015160829A1 (en) Methods for producing electrochromic films by low temperature condensation of polyoxometalates
CN207586602U (zh) 一种全固态电致变色防眩光后视镜
CN102449115A (zh) 制备可变透射比的表面涂层的方法以及包括该表面涂层的电光装置
CN112285982A (zh) 一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件及其制备方法
JPWO2017141528A1 (ja) エレクトロクロミックデバイス、およびエレクトロクロミックデバイスを備えるスマートウインドウ
CN103692730A (zh) 一种热致变色智能窗及其制备方法
Zhang et al. Amorphous titanium dioxide film with improved electrochromism in near-infrared region
CN108803183A (zh) 一种双层全无机电致变色器件及其制备方法
Yaseen et al. State-of-the-art electrochromic thin films devices, fabrication techniques and applications: a review
CN202404340U (zh) 一种电致变色组件

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant