CN110282880A - 一种引入离子扩散层的双层氧化镍薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种引入离子扩散层的双层氧化镍薄膜的制备方法，本发明使用射频反应磁控溅射技术在结晶态氧化镍薄膜表面制备了铜掺杂非晶态氧化镍作为离子扩散层，该类型NiO薄膜与传统的结晶态薄膜或非晶态薄膜相比优势明显。首先，薄膜上层的非晶态部分由于内部晶格排布无序度较大，会导致非晶态薄膜内部的存在大量的晶格缺陷，这会为离子的嵌入与脱出提供天然孔道，使离子可以快速进出薄膜，从而缩短该结构薄膜的电致变色响应时间。其次，薄膜下层所沉积的NiO属于结晶状态，其晶格排布紧密，有序度良好，在循环过程中不易降解，这就保证了该结构薄膜在循环过程中的稳定性。

Description

一种引入离子扩散层的双层氧化镍薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种引入离子扩散层的双层氧化镍薄膜的制备方法。
背景技术
材料的透过率、吸收率以及反射率等光学属性在外加电场的作用下发生稳定可逆的变化的现象被称为电致变色现象，具有电致变色现象的材料被称为电致变色材料。电致变色材料在许多领域都有着十分重要的应用，如可以用来制备防炫目后视镜，电致变色显示器，电致变色智能窗等。
无机电致变色材料按其电致变色特性可以分为阳极电致变色材料与阴极电致变色材料。阳极电致变色材料在还原态时为褪色态，氧化态时为着色态，阴极电致变色材料与之相反。氧化镍作为一种重要的阳极电致变色材料，具有着色效率高，原料易得、制备方法简单多样等诸多优点。但是由于其响应速度较慢、光学调制范围较窄且循环稳定性较差，使其商业化推广收受到了一定的限制。
研究表明，薄膜的结晶状态与电致变色性能有着紧密的联系。晶态薄膜由于自身的晶格有序排布导致了薄膜内部的缺陷较少，这会导致薄膜在循环过程中离子嵌入脱出困难，同时也会延缓薄膜在变色循环阶段的降解速率，其直接的反映即是晶态薄膜的响应速度较慢、着色效率较差但循环稳定性较好。非晶态薄膜与之相反，由于非晶薄膜中原子排布的无序度较大，因此起有利于电解质离子向薄膜内部进行嵌入/脱出，因此与结晶态薄膜相比，非晶态薄膜具有较快的响应速度以及较大的着色效率。据此，本发明采用磁控溅射技术在结晶态氧化镍薄膜的表面制备了一层掺杂非晶态氧化镍作为离子扩散层，以期将结晶态薄膜与非晶态薄膜的优点进行整合，从而提高氧化镍的电致变色性能。
由于薄膜上层属于非晶状态，故在变色过程中离子的嵌入/脱出所克服的能量势垒较小，这样既可提高离子与电子的注入效率，又可提高注入/脱出速率；薄膜底层呈结晶态，这可以延缓薄膜在循环过程中的降解速率，提高薄膜的循环稳定性。故此方法可以使制备的氧化镍薄膜的电致变色性能得到提高，有利于氧化镍后期的商业化推广。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种引入离子扩散层的双层氧化镍薄膜的制备方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明本发明利用磁控溅射方法制备结晶性梯度变化的氧化镍电致变色薄膜的方法是按以下步骤实现：
1.将覆盖有ITO的玻璃基片分别于三氯乙烯、丙酮、乙醇中超声清洗5-10min，除去表面覆盖的灰尘及油脂，之后使用去离子水对基片进行清洗，除去上面残留的乙醇，最后使用氮气吹干，得到洁净的ITO基片。
2.结晶层生长过程：本实验采用射频反应溅射方法制备NiO薄膜，使用的靶材为纯度为99.99%的金属镍。首先将得到的洁净的ITO玻璃装入磁控溅射生长托盘中后将托盘放入腔室中的相应的衬底托盘卡位。接下来对真空室抽真空，当腔室内的压强达到4×10-4Pa以下时打开加热器对衬底进行加热，当温度达到设定温度时开始对腔室内充气。设定温度为100℃～450℃，所充入气体为O2与Ar的混合气，O2在混合气体中的比例为1%～90%，生长过程中保持腔室内的压强恒定，压强为0.1Pa～5Pa。溅射功率为10W~200W。生长时间为1min～100min。
3.扩散层生长过程：本实验采用射频反应共溅射方法制备铜掺杂非晶态氧化镍薄膜，使用的靶材为纯度为99.99%的金属镍与纯度为99.9%的金属铜。制备时首先将长有结晶态氧化镍薄膜的ITO玻璃装入磁控溅射生长托盘中后将托盘放入腔室中的相应的衬底托盘卡位，设定温度为100℃～450℃，所充入气体为O2与Ar的混合气，O2在混合气体中的比例为1%～90%，生长过程中保持腔室内的压强恒定，压强为0.1Pa～5Pa，镍靶溅射功率为10W~200W，铜靶溅射功率为10W~200W。生长时间为1min～100min。
本发明的有益效果在于：
本发明是一种引入离子扩散层的双层氧化镍薄膜的制备方法，与现有技术相比，本发明使用射频反应磁控溅射技术在结晶态氧化镍薄膜表面制备了铜掺杂非晶态氧化镍作为离子扩散层，该类型NiO薄膜与传统的结晶态薄膜或非晶态薄膜相比优势明显。首先，薄膜上层的非晶态部分由于内部晶格排布无序度较大，会导致非晶态薄膜内部的存在大量的晶格缺陷，这会为离子的嵌入与脱出提供天然孔道，使离子可以快速进出薄膜，从而缩短该结构薄膜的电致变色响应时间。其次，薄膜下层所沉积的NiO属于结晶状态，其晶格排布紧密，有序度良好，在循环过程中不易降解，这就保证了该结构薄膜在循环过程中的稳定性。综上，我们所制备的晶态-非晶态结晶性梯度变化薄膜能够将晶态薄膜与非晶态薄膜的优点结合起来，使薄膜不仅具有优异的变色性能而且具有稳定的循环性能。
在制备过程中，生长条件，如氧气含量、总压强、溅射功率以及衬底温度等对所制备样品的质量会有很大的影响，各层的生长时间也会在很大程度上影响双层薄膜的工作性，因此对上述条件的控制是本发明的技术重点。
附图说明
图1是双层NiO薄膜经过1000个循环后的原位透过对比。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示：具体实施方式一：本发明利用磁控溅射方法制备双层氧化镍电致变色薄膜的方法是按以下步骤实现：
1.将ITO玻璃分别于三氯乙烯、丙酮、乙醇超声清洗5-10min，除去表面覆盖的灰尘及油脂，之后使用去离子水对基片进行清洗除去上面残留的乙醇，最后使用氮气吹干，得到洁净的ITO基片。
2.结晶层生长过程：本实验采用射频反应溅射方法制备NiO薄膜，使用的靶材为纯度为99.99%的金属镍。首先将得到的洁净的ITO玻璃装入磁控溅射生长托盘中后将托盘放入腔室中的相应的衬底托盘卡位。接下来对真空室抽真空，当腔室内的压强达到4×10-4Pa以下时打开加热器对衬底进行加热，当温度达到设定温度时开始对腔室内充气。设定温度为100℃～450℃，所充入气体为O2与Ar的混合气，O2在混合气体中的比例为1%～90%，生长过程中保持腔室内的压强恒定，压强为0.1Pa～5Pa。溅射功率为10W~200W。生长时间为1min～100min。
3.扩散层生长过程：本实验采用射频反应共溅射方法制备铜掺杂非晶态氧化镍薄膜，使用的靶材为纯度为99.99%的金属镍与纯度为99.9%的金属铜。制备时首先将长有结晶态氧化镍薄膜的ITO玻璃装入磁控溅射生长托盘中后将托盘放入腔室中的相应的衬底托盘卡位，设定温度为100℃～450℃，所充入气体为O2与Ar的混合气，O2在混合气体中的比例为1%～90%，生长过程中保持腔室内的压强恒定，压强为0.1Pa～5Pa，镍靶溅射功率为10W~200W，铜靶溅射功率为10W~200W。生长时间为1min～100min。。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一所述的ITO玻璃用FTO玻璃替代。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：预生长时衬底的温度为200℃～400℃。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：溅射生长时O2在混合气体中的比例为20%～70%。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：溅射生长时腔室内的总压强为1Pa～4Pa。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：镍靶溅射生长时溅射功率为50W~100W。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：铜靶溅射生长时溅射功率为50W~100W。其它与具体实施方式一至六之一相同。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种引入离子扩散层的双层氧化镍薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将覆盖有ITO的玻璃基片分别于三氯乙烯、丙酮、乙醇中超声清洗5-10min，除去表面覆盖的灰尘及油脂，之后使用去离子水对基片进行清洗，除去上面残留的乙醇，最后使用氮气吹干，得到洁净的ITO基片；
（2）结晶层生长过程：本实验采用射频反应溅射方法制备NiO薄膜，使用的靶材为纯度为99.99%的金属镍；首先将得到的洁净的ITO玻璃装入磁控溅射生长托盘中后将托盘放入腔室中的相应的衬底托盘卡位；接下来对真空室抽真空，当腔室内的压强达到4×10-4Pa以下时打开加热器对衬底进行加热，当温度达到设定温度时开始对腔室内充气；设定温度为100℃～450℃，所充入气体为O2与Ar的混合气，O2在混合气体中的比例为1%～90%，生长过程中保持腔室内的压强恒定，压强为0.1Pa～5Pa；溅射功率为10W~200W；生长时间为1min～100min；
（3）扩散层生长过程：本实验采用射频反应共溅射方法制备铜掺杂非晶态氧化镍薄膜，使用的靶材为纯度为99.99%的金属镍与纯度为99.9%的金属铜；制备时首先将长有结晶态氧化镍薄膜的ITO玻璃装入磁控溅射生长托盘中后将托盘放入腔室中的相应的衬底托盘卡位，设定温度为100℃～450℃，所充入气体为O2与Ar的混合气，O2在混合气体中的比例为1%～90%，生长过程中保持腔室内的压强恒定，压强为0.1Pa～5Pa，镍靶溅射功率为10W~200W，铜靶溅射功率为10W~200W；生长时间为1min～100min。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114163139A (zh) * 2021-12-23 2022-03-11 合肥工业大学 一种两层不同结构的复合氧化镍薄膜的制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH072527A (ja) * 1993-04-16 1995-01-06 Toyo Ink Mfg Co Ltd エレクトロクロミック素子用酸化ニッケル粒子及びその使用
CN103135306A (zh) * 2011-11-25 2013-06-05 亚树科技股份有限公司 具有复合电致变色材料的电致变色组件
CN203241673U (zh) * 2013-04-23 2013-10-16 泰特博智慧材料股份有限公司 电致变色薄膜元件
CN104962969A (zh) * 2015-07-10 2015-10-07 哈尔滨工业大学 一种三维电致变色氧化镍薄膜的制备方法
CN107935408A (zh) * 2017-12-16 2018-04-20 西安理工大学 一种复层电致变色薄膜及其制备方法
CN109052969A (zh) * 2018-10-19 2018-12-21 东北大学 一种利用钙铁榴石型赤泥生产微晶玻璃的方法
CN109709737A (zh) * 2019-02-27 2019-05-03 暨南大学 一种新型电致变色薄膜的制作方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH072527A (ja) * 1993-04-16 1995-01-06 Toyo Ink Mfg Co Ltd エレクトロクロミック素子用酸化ニッケル粒子及びその使用
CN103135306A (zh) * 2011-11-25 2013-06-05 亚树科技股份有限公司 具有复合电致变色材料的电致变色组件
CN203241673U (zh) * 2013-04-23 2013-10-16 泰特博智慧材料股份有限公司 电致变色薄膜元件
CN104962969A (zh) * 2015-07-10 2015-10-07 哈尔滨工业大学 一种三维电致变色氧化镍薄膜的制备方法
CN107935408A (zh) * 2017-12-16 2018-04-20 西安理工大学 一种复层电致变色薄膜及其制备方法
CN109052969A (zh) * 2018-10-19 2018-12-21 东北大学 一种利用钙铁榴石型赤泥生产微晶玻璃的方法
CN109709737A (zh) * 2019-02-27 2019-05-03 暨南大学 一种新型电致变色薄膜的制作方法

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JIANG LEI等: "Photoelectrochromic Properties of TiO2-xNx/NiO Bilayer Thin Films", 《ACTA PHYSICO-CHIMICA SINICA》 *
PANNEERSELVAM等: "Role of copper/vanadium on the optoelectronic properties of reactive RF magnetron sputtered NiO thin films", 《APPLIED NANOSCIENCE》 *
RICHARDSON, TJ等: "Electrochromism is copper oxide thin films", 《ELECTROCHIMICA ACTA》 *
SHUAI HOU等: "Improved Electrochemical Cycling Durability in a Nickel Oxide Double-Layered Film", 《CHEMISTRY-AN ASIAN JOURNAL》 *
侯帅: "氧化镍薄膜的射频反应磁控溅射制备与电致变色性能行为", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 *
杨百勤等: "氧化镍薄膜电致变色特性及机理研究", 《化学世界》 *
赵莉丽: "铜掺杂氧化镍电致变色薄膜的制备及性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *
赵莉丽等: "铜掺杂氧化镍电致变色薄膜的制备及性能", 《光学学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114163139A (zh) * 2021-12-23 2022-03-11 合肥工业大学 一种两层不同结构的复合氧化镍薄膜的制备方法
CN114163139B (zh) * 2021-12-23 2024-02-20 合肥工业大学 一种两层不同结构的复合氧化镍薄膜的制备方法

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