CN114326241A - 一种无机电致变色用离子传输层及组件复合膜系制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无机电致变色用离子传输层及组件复合膜系制备方法，通过化学液相方法或磁控溅射方法，在玻璃基底/TCO层上依次制备WO₃基薄膜、AlPO₄基薄膜、NiO基薄膜和TCO层，其中WO₃基薄膜、NiO基薄膜和TCO层采用磁控溅射方法制备，离子传输层AlPO₄基薄膜采用磁控溅射或者化学液相沉积法制备。本发明的有效增益是：采用一种新型的固态电解质材料：AlPO₄基材料作为离子传输层。并可采用化学液相沉积法来制备AlPO₄基离子传输层。相比磁控溅射需要射频方式来说，液相法成本更低，效率更高。同时液相法制备的AlPO₄基离子传输层由于制备方法本身特性使得薄膜结构较为疏松，离子迁移率更高，最终制备的组件拥有更高的变色效率。

Description

一种无机电致变色用离子传输层及组件复合膜系制备方法

技术领域

本发明属于薄膜制备领域，特别涉及一种无机电致变色用离子传输层及组件复合膜系制备方法。

技术背景

电致变色组件分为全固态无机电致变色、有机电致变色、无极-有机结合的电致变色组件，对于面向未来的产业化而言，有机电致变色虽然具有变色幅度大、响应速度快、颜色易调控等优点，但其使用寿命和环境耐受度是具有一定缺陷的，而全固态无极电致变色组件由于采用全固态无机材料，其使用寿命得到很大程度保障，其变色性能虽然不如有机组件，但仍有很广泛的应用场景与空间，市场潜力巨大。全固态无机电致变色玻璃组件结构为：玻璃基底/透明导电层/无机电致变色层/离子传输电解质层/对电极层(离子存储层)/透明导电层。其中离子传输电解质层传统为LiTaO₃，离子传输层由于LiTaO₃本身特性，并且采用陶瓷靶需射频溅射，因此耗能较高，制膜效率较低。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的耗能较高制膜效率较低的缺陷，提供的一种无机电致变色用离子传输层及组件复合膜系制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种无机电致变色用离子传输层及组件复合膜系制备方法，采用TCO玻璃作为基底，其特征在于：包括以下步骤：

（1）.电致变色层制备：以金属W靶采用磁控溅射法于TCO玻璃基底的TCO层上制备厚度为100～500nm的WO₃基材料薄膜；

（2）.离子传输层制备：采用化学液相沉积法或者以AlPO₄陶瓷靶采用磁控溅射法，于WO₃基薄膜上制备AlPO₄基材料薄膜；

（3）.离子存储层制备：以金属Ni靶采用磁控溅射法于AlPO₄基薄膜上制备NiO基薄膜；

（4）.TCO电极制备：最后采用磁控溅射法在NiO基薄膜上制备ITO薄膜，得到最终的全固态无机电致变色的有玻璃基底/TCO层/WO₃基薄膜/AlPO₄基薄膜/NiO基薄膜/ITO薄膜构成的复合膜系。

进一步的，所述AlPO₄中掺杂一定比例的Li+或Na+构成掺杂的AlPO4薄膜。

进一步的，所述AlPO₄基材料薄膜的化学液相沉积法制备是首先制备镀膜溶胶，然后采用提拉、旋涂或者喷涂等液相制膜方法制膜，将其置于100℃～300℃温度下热处理使得湿膜固化，最终得到50～600nm厚度的AlPO₄基薄膜。

进一步的，所述化学液相沉积法制备AlPO₄基材料薄膜，以异丙醇为溶剂，以异丙醇铝、高氯酸锂、磷酸为前驱体制备Li+掺杂的AlPO4镀膜溶胶，Li+掺杂浓度为1.0%～10%，以浸渍提拉、旋涂、刮涂、辊涂制备Li+掺杂的AlPO4薄膜作为离子传输层或称电解质层，经过100℃～300℃温度的热处理使得湿膜固化，控制AlPO₄基厚度为100～500nm。

本发明的有效增益是：采用一种新型的固态电解质材料：AlPO₄基材料作为离子传输层。并可采用化学液相沉积法来制备AlPO₄基离子传输层。相比磁控溅射需要射频方式来说，液相法成本更低，效率更高。同时液相法制备的AlPO₄基离子传输层由于制备方法本身特性使得薄膜结构较为疏松，离子迁移率更高，最终制备的组件拥有更高的变色效率。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明制备的典型组件在不同电压下的电致变色光学变化图谱。

具体实施方式

下面实施例结合附图进一步介绍本发明，但是实施例不会构成对本发明的限制。

实施例1

复合膜系的制备包括以下步骤：

（1）电致变色层制备：以5～50Ω/sq的ITO或FTO玻璃为镀膜基底，采用磁控溅射方法于该基底上制备WO₃基材料薄膜，溅射靶材为金属W靶或者金属W、Ti合金靶等(除金属W以外的合金元素掺量为1%～15%)，溅射功率为500～2000W，溅射压强为0.2~2.0Pa；氩氧气体流量比为10:1～1:1，控制制备厚度为100～500nm。

（2）离子传输层制备：采用磁控溅射方法于制备的TCO玻璃层/WO₃基薄膜上制备AlPO₄基材料薄膜。以AlPO₄陶瓷靶作为溅射靶材，以射频磁控溅射镀膜。功率200W～1000W，溅射气压0.1Pa～1.0Pa，控制厚度100～600nm。

（3）离子存储层制备：采用磁控溅射方法于TCO玻璃层/WO₃基薄膜/AlPO₄基薄膜上制备NiO基薄膜。溅射靶材为金属Ni靶或者金属Ni、Al、Li合金靶等(除金属Ni以外的合金元素掺量为1%～15%)，溅射功率为600～2200W，溅射压强为0.2~2.0Pa；氩氧气体流量比为10:1～1:1，控制制备厚度为100～500nm。

（4）TCO电极制备：最后采用磁控溅射方法制备TCO薄膜，得到最终的全固态无机电致变色复合膜系：TCO玻璃层/WO₃基薄膜/AlPO₄基薄膜/NiO基薄膜/TCO薄膜。

实施例2

复合膜系的制备包括以下步骤：

（1）电致变色层制备：以5～50Ω/sq的ITO或FTO玻璃为镀膜基底，采用磁控溅射方法于该基底上制备WO₃基材料薄膜，溅射靶材为金属W靶或者金属W、Ti合金靶等(除金属W以外的合金元素掺量为1%～15%)，溅射功率为500～2000W，溅射压强为0.2~2.0Pa；氩氧气体流量比为10:1～1:1，控制制备厚度为100～500nm。

（2）离子传输层制备：采用化学液相沉积法于制备的TCO玻璃层/WO₃基薄膜上制备AlPO₄基材料薄膜。以异丙醇为溶剂，以异丙醇铝、高氯酸锂、磷酸为前驱体制备Li+掺杂的AlPO₄镀膜溶胶，Li+掺杂浓度为1.0%～10%。以浸渍提拉、旋涂、刮涂、辊涂制备Li+掺杂的AlPO₄薄膜作为离子传输层（电解质层），经过100℃～300℃温度的热处理使得湿膜固化，控制厚度为100～500nm。

（3）离子存储层制备：采用磁控溅射方法于TCO玻璃层/WO₃基薄膜/AlPO₄基薄膜上制备NiO基薄膜。溅射靶材为金属Ni靶或者金属Ni、Al、Li合金靶等(除金属Ni以外的合金元素掺量为1%～15%)，溅射功率为600～2200W，溅射压强为0.2~2.0Pa；氩氧气体流量比为10:1～1:1，控制制备厚度为100～500nm。

（4）TCO电极制备：最后采用磁控溅射方法制备TCO薄膜，得到最终的全固态无机电致变色复合膜系：TCO玻璃层/WO₃基薄膜/AlPO₄基薄膜/NiO基薄膜/TCO薄膜。

Claims (5)

1.一种无机电致变色用离子传输层及组件复合膜系制备方法，采用TCO玻璃作为基底，其特征在于：包括以下步骤：

.电致变色层制备：以金属W靶采用磁控溅射法于TCO玻璃基底的TCO层上制备厚度为100～500nm的WO₃基材料薄膜；

.离子传输层制备：采用化学液相沉积法或者磁控溅射法，于WO₃基薄膜上制备AlPO₄基材料薄膜；

.离子存储层制备：采用磁控溅射法于AlPO₄基薄膜上制备NiO基薄膜；

.TCO电极制备：最后采用磁控溅射法在NiO基薄膜上制备ITO薄膜，得到最终的全固态无机电致变色的玻璃基底/TCO层/WO₃基薄膜/AlPO₄基薄膜/NiO基薄膜/ITO薄膜的复合膜系。

2.根据权利要求1所述的一种无机电致变色用离子传输层及组件复合膜系制备方法，其特征也在于：所述AlPO₄中掺杂一定比例的Li+或Na+构成掺杂的AlPO4薄膜。

3.根据权利要求1或2所述的一种无机电致变色用离子传输层及组件复合膜系制备方法，其特征也在于：所述AlPO₄基材料薄膜的化学液相沉积法制备是首先制备镀膜溶胶，然后采用提拉、旋涂或者喷涂等液相制膜方法制膜，将其置于100℃～300℃温度下热处理使得湿膜固化，最终得到50～600nm厚度的AlPO₄基薄膜。

4.根据权利要求3所述的一种无机电致变色用离子传输层及组件复合膜系制备方法，其特征也在于：所述化学液相沉积法制备AlPO₄基材料薄膜，以异丙醇为溶剂，以异丙醇铝、高氯酸锂、磷酸为前驱体制备AlPO4镀膜溶胶，以浸渍提拉、旋涂、刮涂、辊涂制备AlPO4薄膜作为离子传输层或称电解质层，经过100℃～300℃温度的热处理使得湿膜固化，控制AlPO₄基厚度为100～500nm。

5.根据权利要求3所述的一种无机电致变色用离子传输层及组件复合膜系制备方法，其特征也在于：所述化学液相沉积法制备AlPO₄基材料薄膜，以异丙醇为溶剂，以异丙醇铝、高氯酸锂、磷酸为前驱体制备Li+掺杂的AlPO4镀膜溶胶，Li+掺杂浓度为1.0%～10%，以浸渍提拉、旋涂、刮涂、辊涂制备Li+掺杂的AlPO4薄膜作为离子传输层或称电解质层，经过100℃～300℃温度的热处理使得湿膜固化，控制AlPO₄基厚度为100～500nm。

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