CN109267027A - 一种具有岛状纳米颗粒结构的wo3电致变色薄膜制备方法 - Google Patents

一种具有岛状纳米颗粒结构的wo3电致变色薄膜制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜制备方法，包括以下步骤：S1、采用射频磁控溅射技术，以钨金属靶为阴极靶材，设定相应溅射工艺参数，在洗净的ITO透明导电玻璃衬底上沉积一层WO3薄膜；S2、在钨金属靶上放置若干银金属片，再次设定相应溅射工艺参数，在WO3薄膜上溅射制备一层W、Ag和O混合岛状纳米颗粒结构层；S3、将经过步骤S1和S2制备的样品采用稀硝酸处理，以消除W、Ag和O混合岛状纳米颗粒结构层中的Ag，从而获得具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜。本发明制备的电致变色薄膜具有着色效率高、变色时间快、表面粗糙度大、微结构分布均匀、疲劳特性好、环境污染小和参数易控制的特点。

Description

一种具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜制备方法
技术领域
本发明属于WO3电致变色薄膜制备技术领域，具体涉及一种具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜制备方法。
背景技术
电致变色器件是指在外界电场的作用下，其中的电致变色材料发生氧化还原而对光透射或反射产生的可逆变化，在外观上表现为颜色的可逆变色现象。电致变色材料可应用在建筑智能窗、汽车车窗和无辐射显示等领域。
在众多电致变色材料中，过渡金属氧化物WO3是被研究最广泛的。目前常用的制备WO3薄膜的方法有热蒸发法、溅射法、溶胶凝胶法、脉冲激光沉淀法和电沉积法等，其中溅射法因为其工艺相对简单、稳定性好、均匀性好、适合大面积生产等优势而成为研究热点。采用溅射法制备出的WO3薄膜在响应时间、寿命、可靠性等方面还存在可以改善的地方，一种常见的改善WO3薄膜电致变色性质的方法是：构造薄膜表面微结构，提高材料的比表面积，以此增大材料和电解液的接触面，更利于氧化还原反应的进行，从而改善材料的电致变色性质。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种能有效提升电致变色性能的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜制备方法，包括以下步骤：
S1、采用射频磁控溅射技术，以钨金属靶为阴极靶材，设定相应溅射工艺参数，在洗净的ITO透明导电玻璃衬底上沉积一层WO3薄膜；
S2、在钨金属靶上放置若干银金属片，再次设定相应溅射工艺参数，在WO3薄膜上溅射制备一层W、Ag和O混合岛状纳米颗粒结构层；
S3、将经过步骤S1和S2制备后的样品采用稀硝酸处理，以去除W、Ag和O混合岛状纳米颗粒结构层中的Ag，从而获得具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜。
上述技术方案中，所述步骤S1中，将ITO透明导电玻璃衬底固定在射频磁控溅射设备真空室内的衬底平台上，将钨金属靶安装在射频磁控溅射设备真空室内的靶位上，调节衬底自转速率为10～30r/min，对真空室抽真空至真空度小于3.0×10-3Pa；再分别以30～50sccm和50～70sccm速率通入氩气和氧气，通入氩气和氧气后，真空室工作压强控制在1.0×10-1～6.0×10-1Pa，射频功率源功率为150～250W；溅射时间为100～120min；镀膜完成后，形成厚度为350～450nm的WO3薄膜，钨金属靶的纯度为99.99％，靶直径90～110mm。进一步优选衬底自转速率为15r/min；再分别以40sccm和60sccm速率通入氩气和氧气，通入氩气和氧气后，真空室工作压强控制在3.4×10-1Pa，射频功率源功率为200W；溅射时间为120min；镀膜完成后，形成厚度为420nm的WO3薄膜。优选钨金属靶的纯度为99.99％，靶直径100mm。
上述技术方案中，所述步骤S2中，银金属片放置位置距离靶材中心过远或者过近会影响Ag掺杂浓度，导致岛状纳米颗粒的尺寸和均匀性变差，因此本发明优选银金属片在钨金属靶上的放置位置为径向距离靶材中心0.25～0.75R范围内，并以靶材中心呈对称分布。衬底自转速率优选为10～25r/min，在WO3薄膜表面径向方向上，自转速率过高或过低对于岛状纳米颗粒的尺寸和密度分布产生负面影响。衬底加热温度优选为80～300℃，衬底温度过低则无法形成或者岛状纳米颗粒不稳定，容易被硝酸除去，温度过高导致WO3结晶，材料电致变色效果变差。真空室抽真空至真空度小于3.0×10-3Pa；再分别优选以30～90sccm和20～60sccm速率通入氩气和氧气，氧气是反应气体，通入速率过低无法保证W的氧化程度，过高导致岛状颗粒尺寸均匀性和分布密度均匀性变差，导致材料光学性质变差。氩气通入速率过低则无法启辉，过高导致整体范围内岛状纳米颗粒大小差异大，分布密度不均，光学性变差。调整通入氩气和氧气速率后，真空室工作压强维持在1.0×10-1～6.0×10-1Pa之间，射频功率源功率为100～250W，射频功率源功率过低导致无法形成或形成不稳定的岛状纳米颗粒，功率过大则导致整体范围内岛状纳米颗粒大小差异大，分布密度不均，光学性变差。溅射时间为10～60min，溅射时间过短，无法形成或者形成不牢固的岛状纳米颗粒，且硝酸处理后颗粒结构不明显，时间过长导致短时间的硝酸处理无法很好除去岛状纳米颗粒中的Ag，留下的过多Ag被氧化后导致材料光学性变差，而长时间的硝酸处理会导致膜层破坏，影响薄膜的耐久性。此外长时间的溅射导致岛状纳米颗粒向膜厚方向上生长的同时，出现部分颗粒结构粘连的情况，影响其光学性质；镀膜完成后，形成厚度分布均匀、直径为80～500nm的W、Ag和O混合岛状纳米颗粒结构层。优选银金属片纯度为99.99％，每片厚度为0.2～1.0mm，面积为0.25～1.0cm2。
上述技术方案中，所述步骤S3中稀硝酸处理具体为：采用物质量浓度为0.5～2.0M稀硝酸处理5～600s后。使用常用的稀硝酸浓度，并且处理时间应和浓度匹配，浓度一定时，处理时间过长则会破坏材料结构。可根据本领域常规处理方式选择浓度和处理时间。再使用去离子水清洗以去除残余稀硝酸，清洗时间为10～300s，再使用氮气(高纯氮气枪)将去离子水吹离，获得具有岛状纳米颗粒结构层的WO3电致变色薄膜，所述岛状纳米颗粒结构层颗粒直径为60～400nm、主要成分为WO3。
本发明提供的制备方法相对现有技术的创新点在于：通过射频磁控溅射设备，使用简单的在原有靶材上放置金属片掺杂的方法实现在WO3薄膜表面构造微结构，显著提高材料比表面积。
本发明提供的制备方法，其涉及的原理是：使用射频磁控溅射技术，依据W、Ag和O元素彼此结合能力的差异在WO3薄膜层上形成W、Ag、O混合的岛状纳米颗粒。然后通过硝酸消除大部分混合岛状纳米颗粒中的Ag元素，而硝酸基本不与WO3反应，最终剩下以WO3为主要物质的微结构。微结构层可以显著提高材料的比表面积，增大材料和电解液的接触面，促进氧化还原反应的发生，增强电致变色性能。
本发明的有益效果是：本发明提供的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜制备方法，在WO3薄膜上通过Ag掺杂诱导产生岛状纳米颗粒结构，有效提高材料的比表面积，以解决常规溅射技术制备的未掺杂WO3薄膜表面平滑，薄膜表面和电解液接触面小，电致变色性能无法提升的问题。整体而然，本发明制备的电致变色薄膜由ITO透明导电层、WO3薄膜和岛状纳米颗粒结构层由下至上逐层排列，具有着色效率高、变色时间快、表面粗糙度大、微结构分布均匀、疲劳特性好、环境污染小和参数易控制的特点。
附图说明
图1是本发明具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜制备方法所制备出WO3电致变色薄膜形状示意图；
图2是实施例1制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜硝酸处理前后表面扫描电子显微镜(SEM)图；
图3是实施例2制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜硝酸处理前后表面扫描电子显微镜(SEM)图；
图4是实施例3制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜硝酸处理前后表面扫描电子显微镜(SEM)图；
图5是实施例4制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜硝酸处理前后表面和截面扫描电子显微镜(SEM)图；
图6是实施例5制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜硝酸处理前后表面和截面扫描电子显微镜(SEM)图；
图7是实施例6制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜硝酸处理前后表面和截面扫描电子显微镜(SEM)图；
图8是实施例6制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜硝酸处理前后的X射线衍射(XRD)图；
图9是实施例6制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜硝酸处理前后的能量散射(EDS)谱；
图10是实施例6制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜和对比例制备的纯净WO3薄膜在着色态和褪色态的可见光透过率对比图；
图11是实施例6制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜和对比例制备的纯净WO3薄膜的响应时间对比图；
图12是实施例6制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜和对比例制备的纯净WO3薄膜的着色效率对比图；
图13是实施例6制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜的疲劳特性图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
如图1所示，为采用本发明制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜的形状示意图，下面通过具体实施例对本发明提供的制备方法进行详细的说明，以进一步展示本发明的优点。
实施例1
本实施例的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜制备方法，包括以下步骤：
S1、将ITO透明导电玻璃衬底固定在射频磁控溅射设备真空室内的衬底平台上，将纯度为99.99％、靶直径为100mm的钨金属靶安装在射频磁控溅射设备真空室内的靶位上，调节衬底自转速率为15r/min，对真空室抽真空至真空度小于3.0×10-3Pa，再分别以40sccm和60sccm速率通入氩气和氧气，通入氩气和氧气后，真空室工作压强控制在3.4×10-1Pa，射频功率源功率为200W；溅射时间为120min；镀膜完成后，形成厚度约为420nm的WO3薄膜；
S2、在钨金属靶上放置若干银金属片，银金属片纯度为99.99％，每片厚度为0.2～1.0mm，面积为0.25～1.0cm2，银金属片在钨金属靶上的放置位置为径向距离靶材中心0.25～0.75R范围内，并以靶材中心呈对称分布，衬底自转速率为15r/min，衬底加热温度为100℃；真空室抽真空至真空度为1.0×10-3Pa，再分别以30sccm和20sccm速率通入氩气和氧气，通入氩气和氧气后，真空室工作压强控制在1.7×10-1Pa，射频功率源功率为200W，溅射时间为20min，镀膜完成后，形成厚度分布均匀、直径为180～480nm的W、Ag和O混合岛状纳米颗粒结构层；
S3、将经过步骤S1和S2处理后的样品采用物质量浓度为1.6M稀硝酸处理45s后，采用去离子水浸泡100s以去除残余稀硝酸，采用高纯氮气枪将去离子水吹离，获得具有岛状纳米颗粒结构层的WO3电致变色薄膜，岛状纳米颗粒结构层的颗粒直径为80～300nm，主要成分为WO3。
图2是本实施例制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3薄膜硝酸处理前后表面扫描电子显微镜(SEM)图。该图说明低衬底温度和低氧气、氩气通入速率下，制备出来的岛状纳米颗粒倾向于尺寸差异变大，颗粒度不明显，对于增大比表面积的贡献不足。
实施例2
本实施例的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜制备方法，包括以下步骤：
S1、将ITO透明导电玻璃衬底固定在射频磁控溅射设备真空室内的衬底平台上，将纯度为99.99％、靶直径为100mm的钨金属靶安装在射频磁控溅射设备真空室内的靶位上，调节衬底自转速率为15r/min，对真空室抽真空至真空度小于3.0×10-3Pa，再分别以40sccm和60sccm速率通入氩气和氧气，通入氩气和氧气后，真空室工作压强控制在3.4×10-1Pa，射频功率源功率为200W；溅射时间为120min；镀膜完成后，形成厚度约为420nm的WO3薄膜；
S2、在钨金属靶上放置若干银金属片，银金属片纯度为99.99％，每片厚度为0.2～1.0mm，面积为0.25～1.0cm2，银金属片在钨金属靶上的放置位置为径向距离靶材中心0.25～0.75R范围内，并以靶材中心呈对称分布，衬底自转速率为15r/min，衬底加热温度为100℃；真空室抽真空至真空度为1.0×10-3Pa，再分别以90sccm和60sccm速率通入氩气和氧气，通入氩气和氧气后，真空室工作压强控制在6.5×10-1Pa之间，射频功率源功率为200W，溅射时间为20min，镀膜完成后，形成厚度分布均匀、直径为140～400nm的W、Ag和O混合岛状纳米颗粒结构层；
S3、将经过步骤S1和S2处理后的样品采用物质量浓度为1.6M稀硝酸处理300s后，采用去离子水浸泡100s以去除残余稀硝酸，采用高纯氮气枪将去离子水吹离，获得具有岛状纳米颗粒结构层的WO3电致变色薄膜，岛状纳米颗粒结构层的颗粒直径为80～260nm，主要成分为WO3。
图3是本实施例制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3薄膜硝酸处理前后表面扫描电子显微镜(SEM)图。该结果说明，在低衬底温度和高的氧气、氩气通入速率下，颗粒牢固性下降，经过硝酸处理后，颗粒出现脱落情况，对比表面积增大作用下降。另外此状态下制备的岛状纳米颗粒容易出现颗粒间的粘连，影响材料光学性质。
实施例3
本实施例的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜制备方法，包括以下步骤：
S1、将ITO透明导电玻璃衬底固定在射频磁控溅射设备真空室内的衬底平台上，将纯度为99.99％、靶直径为100mm的钨金属靶安装在射频磁控溅射设备真空室内的靶位上，调节衬底自转速率为15r/min，对真空室抽真空至真空度小于3.0×10-3Pa，再分别以40sccm和60sccm速率通入氩气和氧气，通入氩气和氧气后，真空室工作压强控制在3.4×10-1Pa，射频功率源功率为200W；溅射时间为120min；镀膜完成后，形成厚度约为420nm的WO3薄膜；
S2、在钨金属靶上放置若干银金属片，银金属片纯度为99.99％，每片厚度为0.2～1.0mm，面积为0.25～1.0cm2，银金属片在钨金属靶上的放置位置为径向距离靶材中心0.25～0.75R范围内，并以靶材中心呈对称分布，衬底自转速率为15r/min，衬底加热温度为250℃；真空室抽真空至真空度为1.0×10-3Pa，再分别以60sccm和40sccm速率通入氩气和氧气，通入氩气和氧气后，真空室工作压强控制在3.7×10-1Pa之间，射频功率源功率为200W，溅射时间为20min，镀膜完成后，形成厚度分布均匀、直径为140～500nm的W、Ag和O混合岛状纳米颗粒结构层；
S3、将经过步骤S1和S2处理后的样品采用物质量浓度为1.6M稀硝酸处理300s后，采用去离子水浸泡100s以去除残余稀硝酸，采用高纯氮气枪将去离子水吹离，获得具有岛状纳米颗粒结构层的WO3电致变色薄膜，岛状纳米颗粒结构层的颗粒直径为140～300nm，主要成分为WO3。
图4是本实施例制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3薄膜硝酸处理前后表面扫描电子显微镜(SEM)图。该图说明，高衬底温度下制备的岛状纳米颗粒层，颗粒彼此独立、分布较为均匀；经过长时间硝酸处理后，会出现颗粒脱落现象，影响材料光学和电化学性质。
实施例4
本实施例的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜制备方法，包括以下步骤：
S1、将ITO透明导电玻璃衬底固定在射频磁控溅射设备真空室内的衬底平台上，将纯度为99.99％、靶直径为100mm的钨金属靶安装在射频磁控溅射设备真空室内的靶位上，调节衬底自转速率为15r/min，对真空室抽真空至真空度小于3.0×10-3Pa，再分别以40sccm和60sccm速率通入氩气和氧气，通入氩气和氧气后，真空室工作压强控制在3.4×10-1Pa，射频功率源功率为200W；溅射时间为120min；镀膜完成后，形成厚度约为420nm的WO3薄膜；
S2、在钨金属靶上放置若干银金属片，银金属片纯度为99.99％，每片厚度为0.2～1.0mm，面积为0.25～1.0cm2，银金属片在钨金属靶上的放置位置为径向距离靶材中心0.25～0.75R范围内，并以靶材中心呈对称分布，衬底自转速率为15r/min，衬底加热温度为80℃；真空室抽真空至真空度为1.0×10-3Pa，再分别以60sccm和40sccm速率通入氩气和氧气，通入氩气和氧气后，真空室工作压强控制在3.7×10-1Pa之间，射频功率源功率为200W，溅射时间为20min，镀膜完成后，形成厚度分布均匀、直径为100～270nm的W、Ag和O混合岛状纳米颗粒结构层；
S3、将经过步骤S1和S2处理后的样品采用物质量浓度为1.6M稀硝酸处理300s后，采用去离子水浸泡100s以去除残余稀硝酸，采用高纯氮气枪将去离子水吹离，获得具有岛状纳米颗粒结构层的WO3电致变色薄膜，岛状纳米颗粒结构层的颗粒直径为80～150nm，主要成分为WO3。
图5是本实施例制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3薄膜硝酸处理前后表面和截面扫描电子显微镜(SEM)图。该结果说明，低衬底温度下制备的岛状纳米颗粒层，颗粒不够独立，彼此会存在粘连；经过硝酸适当处理之后，表面形貌变化显著，颗粒度变差。
实施例5
本实施例的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜制备方法，包括以下步骤：
S1、将ITO透明导电玻璃衬底固定在射频磁控溅射设备真空室内的衬底平台上，将纯度为99.99％、靶直径为100mm的钨金属靶安装在射频磁控溅射设备真空室内的靶位上，调节衬底自转速率为15r/min，对真空室抽真空至真空度小于3.0×10-3Pa，再分别以40sccm和60sccm速率通入氩气和氧气，通入氩气和氧气后，真空室工作压强控制在3.4×10-1Pa，射频功率源功率为200W；溅射时间为120min；镀膜完成后，形成厚度约为420nm的WO3薄膜；
S2、在钨金属靶上放置若干银金属片，银金属片纯度为99.99％，每片厚度为0.2～1.0mm，面积为0.25～1.0cm2，银金属片在钨金属靶上的放置位置为径向距离靶材中心0.25～0.75R范围内，并以靶材中心呈对称分布，衬底自转速率为15r/min，衬底加热温度为200℃；真空室抽真空至真空度为1.0×10-3Pa，再分别以60sccm和40sccm速率通入氩气和氧气，通入氩气和氧气后，真空室工作压强控制在3.7×10-1Pa，射频功率源功率为200W，溅射时间为40min，镀膜完成后，形成厚度分布均匀、直径为100～250nm的W、Ag和O混合岛状纳米颗粒结构层；
S3、将经过步骤S1和S2处理后的样品采用物质量浓度为1.6M稀硝酸处理45s后，采用去离子水浸泡100s以去除残余稀硝酸，采用高纯氮气枪将去离子水吹离，获得具有岛状纳米颗粒结构层的WO3电致变色薄膜，岛状纳米颗粒结构层的颗粒直径为80～220nm，主要成分为WO3。
图6是本实施例制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3薄膜硝酸处理前后表面和截面扫描电子显微镜(SEM)图。该图说明，岛状纳米颗粒层制备时间过长，会引起颗粒纵向长度变大，且出现粘连，光学性能受到影响。
实施例6
本实施例的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜制备方法，包括以下步骤：
S1、将ITO透明导电玻璃衬底固定在射频磁控溅射设备真空室内的衬底平台上，将纯度为99.99％、靶直径为100mm的钨金属靶安装在射频磁控溅射设备真空室内的靶位上，调节衬底自转速率为15r/min，对真空室抽真空至真空度小于3.0×10-3Pa，再分别以40sccm和60sccm速率通入氩气和氧气，通入氩气和氧气后，真空室工作压强控制在3.4×10-1Pa，射频功率源功率为200W；溅射时间为120min；镀膜完成后，形成厚度约为420nm的WO3薄膜；
S2、在钨金属靶上放置若干银金属片，银金属片纯度为99.99％，每片厚度为0.2～1.0mm，面积为0.25～1.0cm2，银金属片在钨金属靶上的放置位置为径向距离靶材中心0.25～0.75R范围内，并以靶材中心呈对称分布，衬底自转速率为15r/min，衬底加热温度为200℃；真空室抽真空至真空度为1.0×10-3Pa，再分别以60sccm和40sccm速率通入氩气和氧气，通入氩气和氧气后，真空室工作压强控制在3.7×10-1Pa，射频功率源功率为200W，溅射时间为20min，镀膜完成后，形成厚度分布均匀、直径为100～300nm的W、Ag和O混合岛状纳米颗粒结构层；
S3、将经过步骤S1和S2处理后的样品采用物质量浓度为1.6M稀硝酸处理45s后，采用去离子水浸泡100s以去除残余稀硝酸，采用高纯氮气枪将去离子水吹离，获得具有岛状纳米颗粒结构层的WO3电致变色薄膜，岛状纳米颗粒结构层的颗粒直径为60～200nm，主要成分为WO3。
图7是本实施例制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3薄膜硝酸处理前后表面和截面扫描电子显微镜(SEM)图。
图8是本实施例制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3薄膜硝酸处理前后的X射线衍射(XRD)图。
图9是本实施例制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3薄膜硝酸处理前后的能量散射(EDS)谱。
图13是本实施例制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3薄膜的疲劳特性图。
本例是最佳实施例，该条件下制备的岛状纳米颗粒分布均匀，颗粒尺寸差异较小；经过适当的硝酸处理后光学和电化学性能均达到最佳。
对比例：
一种WO3电致变色薄膜的制备方法，具体步骤为：将ITO透明导电玻璃衬底固定在射频磁控溅射设备真空室内的衬底平台上，将纯度为99.99％、靶直径为100mm的钨金属靶安装在射频磁控溅射设备真空室内的靶位上，调节衬底自转速率为15r/min，对真空室抽真空至真空度小于3.0×10-3Pa，再分别以40sccm和60sccm速率通入氩气和氧气，通入氩气和氧气后，真空室工作压强控制在3.4×10-1Pa，射频功率源功率为200W；溅射时间为120min；镀膜完成后，形成厚度约为420nm的WO3薄膜。
图10是实施例6制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3薄膜和对比例制备的纯净WO3薄膜在着色态和褪色态的可见光透过率对比图。
图11是实施例6制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3薄膜和对比例制备的纯净WO3薄膜的响应时间对比图。
图12是实施例6制备的具有岛状纳米颗粒结构的WO3薄膜和对比例制备的纯净WO3薄膜的着色效率对比图。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、采用射频磁控溅射技术，以钨金属靶为阴极靶材，设定相应溅射工艺参数，在洗净的ITO透明导电玻璃衬底上沉积一层WO3薄膜；
S2、在钨金属靶上放置若干银金属片，再次设定相应溅射工艺参数，在WO3薄膜上溅射制备一层W、Ag和O混合岛状纳米颗粒结构层；
S3、将经过步骤S1和S2制备后的样品采用稀硝酸处理，以去除W、Ag和O混合岛状纳米颗粒结构层中的Ag，从而获得具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜。
2.根据权利要求1所述的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，将ITO透明导电玻璃衬底固定在射频磁控溅射设备真空室内的衬底平台上，将钨金属靶安装在射频磁控溅射设备真空室内的靶位上，衬底自转速率为10～30r/min，对真空室抽真空至真空度小于3.0×10-3Pa；
分别以30～50sccm和50～70sccm速率通入氩气和氧气，通入氩气和氧气后，真空室工作压强控制在1.0×10-1～6.0×10-1Pa，射频功率源功率为150～250W，溅射时间为100～120min；镀膜完成后，形成厚度为350～450nm的WO3薄膜。
3.根据权利要求2所述的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜制备方法，其特征在于：所述钨金属靶的纯度为99.99％，靶直径90～110mm。
4.根据权利要求1所述的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，银金属片在钨金属靶上的放置位置为径向距离靶材中心0.25～0.75R范围内，并以靶材中心呈对称分布，衬底自转速率为10～30r/min，衬底加热温度为80～300℃；对真空室抽真空至真空度小于3.0×10-3Pa；
分别以30～90sccm和20～60sccm速率通入氩气和氧气，通入氩气和氧气后，真空室工作压强控制在1.0×10-1～1.0Pa之间，射频功率源功率为100～250W，溅射时间为10～60min；镀膜完成后，形成厚度分布均匀、直径为80～500nm的W、Ag和O混合岛状纳米颗粒结构层。
5.根据权利要求4所述的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜制备方法，其特征在于：所述银金属片纯度为99.99％，每片厚度为0.2～1.0mm，每片面积为0.25～1.0cm2。
6.根据权利要求1-5任一所述的具有岛状纳米颗粒结构的WO3电致变色薄膜制备方法，其特征在于：所述步骤S3中稀硝酸处理具体为：采用物质量浓度为0.5～2.0M稀硝酸处理5～600s后，使用去离子水清洗以去除残余稀硝酸，清洗时间为10～300s，再使用氮气将去离子水吹离，最终获得具有岛状纳米颗粒结构层的WO3电致变色薄膜，所述岛状纳米颗粒结构层颗粒直径为60～400nm、主要成分为WO3。
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