CN116339029A - 一种可见光红外光独立调控的调控结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电光调控技术领域，特别涉及一种可见光红外光独立调控的调控结构。该调控结构包括红外调节结构和可见光调节结构，红外调节结构和可见光调节结构分别设置在可见光透过的基底的两侧，红外调节结构沿远离基底的方向依次包括反射层、绝缘层和调节层，可见光调节结构沿远离基底的方向依次包括第一电极层、第一变色层、电解质层、第二变色层、第二电极层；反射层的制备材料包括具有红外反射可见光透过的导体和半导体，调节层的制备材料包括红外半透明可见光透射的导体或半导体；第一变色层和第二变色层的制备材料为金属氧化物。本发明实施例提供了一种可见光红外光独立调控的调控结构，能够提供一种灵活控制红外波段和可见波段的调控结构。
Description
技术领域
本发明涉及电光调控技术领域，特别涉及一种可见光红外光独立调控的调控结构。
背景技术
电致变色是指在阳离子(例如氢离子、锂离子、铝离子等)在外加电场作用下嵌入材料内部，使材料的价态组分发生可逆改变，从而导致材料的光学性质(如透过率、反射率、吸收率等)发生可逆变化的现象。由电致变色材料组装的电致变色器件在智能和节能减排等领域有诸多应用，如调控结构、防炫目后视镜、航天器热控系统和电子标签等。电致变色技术根据调控光谱范围的不同，主要分为两类：(1)可见光谱区(380-780nm)的可逆调控技术；(2)红外光谱区(0.8-25μm)的可逆调控技术。
可见光谱区可逆调控的电致变色技术宏观上呈现出颜色的可逆变化，主要应用在调控结构、防炫目后视镜和电子标签等领域。其中，变色层是核心层，常用的材料有氧化钨、氧化镍、氧化钒、氧化钼等。电解质层提供变色反应所需的金属阳离子，常用材料有钽酸锂、铌酸锂等固态电解质材料、含金属阳离子的凝胶和液态电解质材料。红外光谱区可逆调控的电致变色技术主要应用在航天器热控、辐射制冷和伪装等领域。常用的材料有石墨烯、氧化钨、钛酸锂、聚苯胺等材料。上述材料或器件中，有些如氧化镍、氧化钒、氧化钼等构成的器件仅能实现可见光谱区的透过率或反射率的变化，对红外光谱区没有调控能力；另一些如石墨烯等可实现可见光谱区的透过率和红外光谱区的发射率一起调控的能力。
到目前为止，依然缺乏一种实现对可见光谱区的透过率和红外光谱区的发射率独立调控的技术。
因此，针对以上不足，急需一种可见光红外光独立调控的调控结构。
发明内容
本发明实施例提供了一种可见光红外光独立调控的调控结构，能够提供一种灵活控制红外波段和可见波段的调控结构。
本发明实施例提供了一种可见光红外光独立调控的调控结构，包括红外调节结构和可见光调节结构，所述红外调节结构和所述可见光调节结构分别设置在可见光透过的基底的两侧，所述红外调节结构沿远离所述基底的方向依次包括反射层、绝缘层和调节层，所述可见光调节结构沿远离所述基底的方向依次包括第一电极层、第一变色层、电解质层、第二变色层、第二电极层；
所述第一电极层、所述第二电极层、所述反射层和所述调节层均与电源连接，所述电源分别为所述第一电极层、所述第二电极层、所述反射层和所述调节层提供可调节的正或负偏压；
所述反射层的制备材料包括具有红外反射可见光透过的导体和半导体，所述调节层的制备材料包括红外半透明可见光透射的导体或半导体，当红外光照射到所述调节层时，未被反射的红外光透过所述调节层，在所述调节层和所述反射层之间形成光学谐振腔结构，所述光学谐振腔用于调节红外光的吸收，通过调节所述电源的电压改变所述调节层的红外透过率和吸收率，以调节进入所述光学谐振腔结构的红外光的多少，进而调节调控结构的红外光发射率；
所述第一变色层和所述第二变色层的制备材料为金属氧化物，通过对所述第一电极层和所述第二电极层之间施加电压，所述电解质层中的离子进入所述第一变色层或所述第二变色层以使所述第一变色层或所述第二变色层变色。
在一种可能的设计中，所述第一电极层、所述第二电极层、所述反射层和所述调节层的制备材料包括氧化铟锡、掺铝氧化锌、掺氟氧化锡、含银或其他金属薄膜或石墨烯中的一种或几种组合；
所述第一变色层和所述第二变色层的制备材料为氧化钨、氧化镍、氧化钒、氧化钽、氧化钛、氧化钴、氧化锆、氧化钇中的一种或几种组合；
所述绝缘层的制备材料包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、氧化钨、氧化铝、氧化镍、氧化钒、氧化铍、氧化镁、氧化钽、氧化钛、氧化钴、氧化锆、氧化钇中的一种或几种组合；
所述电解质层的制备材料包括金属锂、铌酸锂、氟化锂、硼酸锂、氟化铝锂、氧化锂中的一种或几种组合。
在一种可能的设计中，所述反射层的厚度为10～1500纳米；
所述绝缘层的厚度为10～1500纳米；
所述调节层的厚度为10～1500纳米；
所述第一变色层的厚度为10～800纳米；
所述第二变色层的厚度为10～800纳米；
所述电解质层的厚度为10～400纳米。
在一种可能的设计中，所述调节层的制备材料包括经过热处理的导体或半导体。
在一种可能的设计中，所述电源施加给所述调节层的电压为-8～0V或0～8V。
在一种可能的设计中，所述反射层厚度为150～250nm，所述调节层厚度为500～800nm；
所述电源正极连接所述调节层施加正偏压时，所述调控结构的红外发射率增加，所述电源负极连接所述调节层施加负偏压时，所述调控结构的红外发射率减少。
在一种可能的设计中，所述反射层厚度为150～250nm，所述绝缘层厚度为150～250nm，所述调节层厚度为45～80nm；
所述电源正极连接所述调节层施加正偏压时，所述调控结构的红外发射率减少，所述电源负极连接所述调节层施加负偏压时，所述调控结构的红外发射率增加。
在一种可能的设计中，所述调控结构通过所述基底依次镀膜制备得到。
在一种可能的设计中，所述反射层的电导率为300～3000S/cm，所述调节层的电导率为1×10-3～2.5S/cm。
在一种可能的设计中，所述热处理的温度为10～600摄氏度，时间为10～600分钟。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
本发明提供的调控结构包括红外调节结构和可见光调节结构，可以通过电源分别调节调控结构的红外光和可见光。
本发明提供的红外调节结构具有三层，沿厚度方向为反射层、绝缘层和调节层。反射层和调节层均为具有导电能力的导体或半导体，反射层具有反射红外光的性质，调节层具有红外半透明性质，既可以反射部分红外光，又允许部分红外光透过。红外光照射到调节层时，部分红外光被反射，部分红外光透过调节层。透过调节层的红外光在反射层和调节层之间的光学谐振腔结构中振荡。通过光学谐振腔结构的振荡作用能够明显增加红外调节结构的红外发射率。进一步地，反射层和调节层分别与电源的两个电极连接，通过调节电源的电压来控制调节层的中的载流子浓度，载流子浓度影响了调节层的红外光透过率，因此，通过调节电源电压能够改变调节层的红外光透过率，进而调节进入光学谐振腔的红外光强度和光学谐振腔的振荡效果，实现红外光发射率可调节的效果。调节层与不同极性的电极连接得到的效果不同，调节层与负极连接，增加载流子浓度，降低调节层的红外透过率；调节层与正极连接，减少载流子浓度，提升调节层的红外透过率。
可见光调节结构包括第一电极层、第一变色层、电解质层、第二变色层、第二电极层。在第一电极层和第二电极层之间施加电压，使电解质层中的离子进入第一变色层或第二变色层，进而使第一变色层或第二变色层变色。通过调节电压值能够调节变色的程度。通过改变电源连接第一电极层和第二电极层的极性，可以控制电解质层中离子进入第一变色层或第二变色层。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种可见光红外光独立调控的调控结构的剖面示意图；
图2是本发明具体实施方式一提供的调控结构的红外光谱区的发射率曲线；
图3是本发明具体实施方式一提供的调控结构的可见光谱区的透射率曲线；
图4是本发明具体实施方式二提供的调控结构的红外光谱区的发射率曲线；
图5是本发明具体实施方式二提供的调控结构的可见光谱区的透射率曲线；
图6是本发明具体实施方式三提供的调控结构的红外光谱区的发射率曲线；
图7是本发明具体实施方式三提供的调控结构的可见光谱区的透射率曲线；
图8是本发明具体实施方式四提供的调控结构的红外光谱区的发射率曲线；
图9是本发明具体实施方式四提供的调控结构的可见光谱区的透射率曲线；
图10是本发明具体实施方式五提供的调控结构的红外光谱区的发射率曲线；
图11是本发明具体实施方式五提供的调控结构的可见光谱区的透射率曲线；
图12是本发明具体实施方式六提供的调控结构的红外光谱区的发射率曲线；
图13是本发明具体实施方式六提供的调控结构的可见光谱区的透射率曲线；
图14是本发明具体实施方式七提供的调控结构的红外光谱区的发射率曲线；
图15是本发明具体实施方式七提供的调控结构的可见光谱区的透射率曲线；
图16是本发明具体实施方式八提供的调控结构的红外光谱区的发射率曲线；
图17是本发明具体实施方式八提供的调控结构的可见光谱区的透射率曲线。
图中：
1-基底；
2-第一电极层；
3-第一变色层；
4-电解质层；
5-第二变色层；
6-第二电极层；
7-反射层；
8-绝缘层；
9-调节层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本说明书的描述中，需要理解的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
如图1所示，本发明实施例提供了一种可见光红外光独立调控的调控结构，包括红外调节结构和可见光调节结构，红外调节结构和可见光调节结构分别设置在可见光透过的基底1的两侧，红外调节结构沿远离基底1的方向依次包括反射层7、绝缘层8和调节层9，可见光调节结构沿远离基底1的方向依次包括第一电极层2、第一变色层3、电解质层4、第二变色层5、第二电极层6；
第一电极层2、第二电极层6、反射层7和调节层9均与电源连接，电源分别为第一电极层2、第二电极层6、反射层7和调节层9提供可调节的正或负偏压；
反射层7的制备材料包括具有红外反射可见光透过的导体和半导体，调节层9的制备材料包括红外半透明可见光透射的导体或半导体，当红外光照射到调节层9时，未被反射的红外光透过调节层9，在调节层9和反射层7之间形成光学谐振腔结构，光学谐振腔用于调节红外光的吸收，通过调节电源的电压改变调节层9的红外透过率和吸收率，以调节进入光学谐振腔结构的红外光的多少，进而调节调控结构的红外光发射率；
第一变色层3和第二变色层5的制备材料为金属氧化物，通过对第一电极层2和第二电极层6之间施加电压，电解质层4中的离子进入第一变色层3或第二变色层5以使第一变色层3或第二变色层5变色。
本发明提供的调控结构包括红外调节结构和可见光调节结构，可以通过电源分别调节调控结构的红外光和可见光。
本发明提供的红外调节结构具有三层，沿厚度方向为反射层7、绝缘层8和调节层9。反射层7和调节层9均为具有导电能力的导体或半导体，反射层7具有反射红外光的性质，调节层9具有红外半透明性质，既可以反射部分红外光，又允许部分红外光透过。红外光照射到调节层9时，部分红外光被反射，部分红外光透过调节层9。透过调节层9的红外光在反射层7和调节层9之间的光学谐振腔结构中振荡。通过光学谐振腔结构的振荡作用能够明显增加红外调节结构的红外发射率。进一步地，反射层7和调节层9分别与电源的两个电极连接，通过调节电源的电压来控制调节层9的中的载流子浓度，载流子浓度影响了调节层9的红外光透过率，因此，通过调节电源电压能够改变调节层9的红外光透过率，进而调节进入光学谐振腔的红外光强度和光学谐振腔的振荡效果，实现红外光发射率可调节的效果。调节层9与不同极性的电极连接得到的效果不同，调节层9与负极连接，增加载流子浓度，降低调节层9的红外透过率；调节层9与正极连接，减少载流子浓度，提升调节层9的红外透过率。
可见光调节结构包括第一电极层2、第一变色层3、电解质层4、第二变色层5、第二电极层6。在第一电极层2和第二电极层6之间施加电压，使电解质层4中的离子进入第一变色层3或第二变色层5，进而使第一变色层3或第二变色层5变色。通过调节电压值能够调节变色的程度。通过改变电源连接第一电极层2和第二电极层6的极性，可以控制电解质层4中离子进入第一变色层3或第二变色层5。
红外调节结构的发射率调控与以下四个因素有关：a.调节层9的红外半透过性能；b.调节层9厚度；c.谐振腔的厚度；d.调节层9的载流子浓度。
在本发明中，调节层9与不同极性的电极连接得到的效果不同，调节层9与负极连接，增加载流子浓度，提升调节层9的红外透过率；调节层9与正极连接，减少载流子浓度，降低调节层9的红外透过率。
在本发明的一些实施例中，第一电极层2、第二电极层6、反射层7和调节层9的制备材料包括氧化铟锡、掺铝氧化锌、掺氟氧化锡、含银或其他金属薄膜或石墨烯中的一种或几种组合；
第一变色层3和第二变色层5的制备材料为氧化钨、氧化镍、氧化钒、氧化钽、氧化钛、氧化钴、氧化锆、氧化钇中的一种或几种组合；
绝缘层8的制备材料包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、氧化钨、氧化铝、氧化镍、氧化钒、氧化铍、氧化镁、氧化钽、氧化钛、氧化钴、氧化锆、氧化钇中的一种或几种组合；
电解质层4的制备材料包括金属锂、铌酸锂、氟化锂、硼酸锂、氟化铝锂、氧化锂中的一种或几种组合。
在实施例中，调节层9为载流子浓度随着电压变化而变化的材料，具体地，结构确定后，电极接好的情况下，施加一个电压，电子注入/抽出引起了材料载流子浓度的改变。
在本发明的一些实施例中，反射层7的厚度为10～1500纳米；
绝缘层8的厚度为10～1500纳米；
调节层9的厚度为10～1500纳米；
第一变色层3的厚度为10～800纳米；
第二变色层5的厚度为10～800纳米；
电解质层4的厚度为10～400纳米。
在本实施例中，调节层9的厚度会影响调节层9本身的红外透过率，调节层9的透过率会影响光学谐振腔的振荡效果。绝缘层8的厚度会影响光学谐振腔结构的效果，两者甚至直接决定是否能够形成光学谐振腔。优选地，绝缘层8的厚度为450～800nm，调节层9的厚度为40～800nm。
在本发明的一些实施例中，调节层9的制备材料包括经过热处理的导体或半导体。
在本实施例中，可根据实际需求制备初始态不同的红外调节结构，初始态即未施加电压时的红外发射率。不进行热处理时，初始态的发射率为高发射态(0.81)，施加负偏压压后为低发射态(0.39)；进行热处理后，初始态为低发射态(0.5)，施加正偏压压后为高发射态(0.81)。本发明提供的红外调节结构的发射率调控幅度大于0.42，响应时间小于30s，太阳吸收率小于0.28。需要说明的是，上述发射率的值为积分发射率，通过黑体辐射(0.25～25μm波段)积分计算得到。
在本发明的一些实施例中，电源施加给调节层9的电压为-8～0V或0～8V。
在本实施例中，由于红外光的振荡调节功能主要来自光学谐振腔，因此，仅需要较低的电压改变调节层9的红外透过率即可。优选地，电源施加给调节层9的电压为-3～0V或0～3V。
在本发明的一些实施例中，反射层7厚度为150～250nm，调节层9厚度为500～800nm；
电源正极连接调节层9施加正偏压时，调控结构的红外发射率增加，电源负极连接调节层9施加负偏压时，调控结构的红外发射率减少。
在本实施例中，调节层9的厚度较厚，初始态的红外透过率较低，此时，施加正偏压抽出电子降低载流子浓度，调节层9的红外透过率增加，进入光学谐振腔的红外光越强，红外发射率越高；施加负偏压充入电子增加载流子浓度，调节层9的红外反射率增加，进入光学谐振腔的红外光越弱，红外发射率越低。
在本发明的一些实施例中，反射层7厚度为150～250nm，绝缘层8厚度为150～250nm，调节层9厚度为45～80nm；
电源正极连接调节层9施加正偏压时，调控结构的红外发射率减少，电源负极连接调节层9施加负偏压时，调控结构的红外发射率增加。
在本实施例中，调节层9的厚度较薄，初始态的红外透过率较高，此时，初始态的红外光大多数穿过调节层9，主要由反射层7反射红外光；施加正偏压抽出电子降低载流子浓度，调节层9的红外透过率进一步增加影响了光学谐振腔的红外光振荡效果，大多红外光被反射层7直接反射，使红外发射率降低；施加负偏压注入电子增加载流子浓度，调节层9的红外反射率增加，进而增加光学谐振腔的红外光震荡，红外发射率增加。
在本发明的一些实施例中，调控结构通过基底1依次镀膜制备得到。
在本实施例中，基底1可以为刚性基底1，如玻璃、石英、铜箔、铝片、硅片；基底1也可以是有机物基底1，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯、有机硅树脂。镀膜处理包括蒸发镀膜、溅射镀膜、离子镀中的一种或几种组合。
在本发明的一些实施例中，反射层7的电导率为300～3000S/cm，调节层9的电导率为1×10-3～2.5S/cm。
在本实施例中，反射层7的电导率为300～3000S/cm，使反射层7具有优异红外反射性能，调节层9的电导率为1×10-3～2.5S/cm，使调节层9在不同电压下的红外透过率灵敏且调节范围大。
在本发明的一些实施例中，热处理的温度为10～600摄氏度，时间为10～600分钟。
具体实施方式一
对于基底1，选用柔性透明基底1材料对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。在基底1上表面采用真空镀膜法先制备红外调节结构，从基底1自下而上依次为反射层7、绝缘层8、调节层9。在基底1下表面采用真空镀膜法制备可见光调节结构，从基底1自下而上依次为第一电极层2、第一变色层3、电解质层4、第二变色层5和第二电极层6。
红外调节结构和可见光调节结构涉及的薄膜采用磁控溅射技术制备。具体制备过程中，先制备红外调节结构再制备可见光调节结构。
首先对基底1进行表面清洗，依次用乙醇、丙酮和去离子水超声清洁各20min。然后进行薄膜沉积。对于红外调节结构，从基底1依序沉积反射层7、绝缘层8、调节层9。
反射层7使用掺铝的氧化锌材料，电导率为300～3000S/cm，厚度为600纳米。
绝缘层8为红外透明材料二氧化铪，为红外无损材料，厚度为500纳米。
调节层9一般为氧化铟锡，该层的电导率为1×10-3～2.5S/cm，厚度为10～400纳米。
对于可见光调节结构，构成第一电极层2和第二电极层6的材料都选用氧化铟锡，厚度为400纳米。
第一变色层3为氧化钨，厚度为800纳米。
电解质层4为含金属阳离子材料钽酸锂，厚度为400纳米。
第二变色层5为氧化钒，特别需要说明的是，第一变色层3和第二变色层5的位置可以互换。第二变色层5厚度为400纳米。
调节结构制备完成后即可实现上述的独立调控功能。另外，可以进行热处理优化调控功能，热处理可以在真空中、大气中或其他气氛中进行。热处理温度为200摄氏度，时间为400分钟。
外部供电电源可选用从简单的碱性电池到复杂的电化学工作站供电，电压为5V，电压施加的时间从60秒。
器件制备完成后进行相应测试，测试结果如图2和图3所示。
具体实施方式二
一种新型的组合型器件制备于基底1上，基底1选用刚性玻璃。
红外调节结构和可见光调节结构涉及的薄膜采用磁控溅射技术制备。具体制备过程中，先制备红外调节结构再制备可见光调节结构。
首先对基底1进行表面清洗，依次用乙醇、丙酮和去离子水超声清洁各20min。然后进行薄膜沉积。对于红外调节结构，从基底1依序沉积反射层7、绝缘层8、调节层9。
反射层7使用掺铝的氧化锌材料，电导率为3000S/cm，厚度为600纳米。
绝缘层8为红外透明材料二氧化铪，为红外无损材料，厚度为400纳米。
调节层9一般为氧化铟锡，该层的电导率为1×10-3～2.5S/cm，厚度为400纳米。
对于可见光调节结构，构成第一电极层2和第二电极层6的材料都选用氧化铟锡，厚度为400纳米。
第一变色层3为氧化钨，厚度为300纳米。
电解质层4为含金属阳离子材料钽酸锂，厚度为5000纳米。
第二变色层5为氧化镍，特别需要说明的是，第一变色层3和第二变色层5的位置可以互换。第二变色层5厚度为200纳米。
外部供电电源可选用从简单的碱性电池到复杂的电化学工作站供电，电压范围为1V，电压施加的时间从10秒。
器件制备完成后进行相应测试，测试结果如图4和图5所示。
具体实施方式三
一种新型的组合型器件制备于柔性基底1上，基底1选用对苯二甲酸乙二醇酯。
红外调节结构和可见光调节结构涉及的薄膜采用真空电子束蒸发制备。具体制备过程中，先制备红外调节结构再制备可见光调节结构。
首先对基底1进行表面清洗，依次用乙醇、丙酮和去离子水超声清洁各20min。然后进行薄膜沉积。对于红外调节结构，从基底1依序沉积反射层7、绝缘层8、调节层9。
反射层7使用掺铝的氧化锌材料，电导率为3000S/cm，厚度为600纳米。
绝缘层8为红外透明材料二氧化铪，为红外无损材料，厚度为800纳米。
调节层9一般为氧化铟锡，该层的电导率为1×10-3～2.5S/cm，厚度为100纳米。
对于可见光调节结构，构成第一电极层2和第二电极层6的材料都选用氧化铟锡，厚度为100纳米。
第一变色层3为氧化钨，厚度为100纳米。
电解质层4为含金属阳离子材料钽酸锂，厚度为600纳米。
第二变色层5为氧化镍，特别需要说明的是，第一变色层3和第二变色层5的位置可以互换。第二变色层5厚度为300纳米。
组合型器件结构制备完成后即可实现上述的独立调控功能。另外，可以进行热处理优化调控功能，热处理可以在真空中、大气中或其他气氛中进行。热处理温度为300摄氏度，时间为10～400分钟。
外部供电电源可选用从简单的碱性电池到复杂的电化学工作站供电，电压范围为8V，电压施加的时间从10～600秒。
器件制备完成后进行相应测试，测试结果如图6和图7所示。
具体实施方式四
一种新型的组合型器件制备于刚性基底1上，选用材料为玻璃。
红外调节结构和可见光调节结构涉及的薄膜采用磁控溅射技术制备。具体制备过程中，先制备红外调节结构再制备可见光调节结构。
首先对基底1进行表面清洗，依次用乙醇、丙酮和去离子水超声清洁各20min。然后进行薄膜沉积。对于红外调节结构，从基底1依序沉积反射层7、绝缘层8、调节层9。
反射层7使用掺氟的氧化锡材料，电导率为300～3000S/cm，厚度为100纳米。
绝缘层8为红外透明材料二氧化铪，为红外无损材料，厚度为100纳米。
调节层9一般为氧化铟锡，该层的电导率为1×10-3～2.5S/cm，厚度为400纳米。
对于可见光调节结构，构成第一电极层2和第二电极层6的材料都选用氧化铟锡，厚度为250纳米。
第一变色层3为氧化钨，厚度为700纳米。
电解质层4为含金属阳离子材料钽酸锂，厚度为500纳米。
第二变色层5为氧化镍，特别需要说明的是，第一变色层3和第二变色层5的位置可以互换。第二变色层5厚度为800纳米。
组合型器件结构制备完成后即可实现上述的独立调控功能。另外，可以进行热处理优化调控功能，热处理可以在真空中、大气中或其他气氛中进行。热处理温度为400摄氏度，时间为400分钟。
外部供电电源可选用从简单的碱性电池到复杂的电化学工作站供电，电压范围为8V，电压施加的时间从10～600秒。
器件制备完成后进行相应测试，测试结果如图8和图9所示。
具体实施方式五
一种新型的组合型器件制备于刚性基底1上，选用材料为玻璃。
红外调节结构和可见光调节结构涉及的薄膜采用磁控溅射技术制备。具体制备过程中，先制备红外调节结构再制备可见光调节结构。
首先对基底1进行表面清洗，依次用乙醇、丙酮和去离子水超声清洁各20min。然后进行薄膜沉积。对于红外调节结构，从基底1依序沉积反射层7、绝缘层8、调节层9。
反射层7使用掺氟的氧化锡材料，电导率为300～3000S/cm，厚度为600纳米。
绝缘层8为红外透明材料二氧化硅，为红外无损材料，厚度为600纳米。
调节层9一般为氧化铟锡，该层的电导率为1×10-3～2.5S/cm，厚度为400纳米。
对于可见光调节结构，构成第一电极层2和第二电极层6的材料都选用氧化铟锡，厚度为400纳米。
第一变色层3为氧化钨，厚度为100纳米。
电解质层4为含金属阳离子材料钽酸锂，厚度为10纳米。
第二变色层5为氧化镍，特别需要说明的是，第一变色层3和第二变色层5的位置可以互换。第二变色层5厚度为100纳米。
组合型器件结构制备完成后即可实现上述的独立调控功能。另外，可以进行热处理优化调控功能，热处理可以在真空中、大气中或其他气氛中进行。热处理温度为500摄氏度，时间为100分钟。
外部供电电源可选用从简单的碱性电池到复杂的电化学工作站供电，电压范围为8V，电压施加的时间从100秒。
器件制备完成后进行相应测试，测试结果如图10和图11所示。
具体实施方式六
一种新型的组合型器件制备于刚性基底1上，选用材料为玻璃。
红外调节结构和可见光调节结构涉及的薄膜采用磁控溅射技术制备。具体制备过程中，先制备红外调节结构再制备可见光调节结构。
首先对基底1进行表面清洗，依次用乙醇、丙酮和去离子水超声清洁各20min。然后进行薄膜沉积。对于红外调节结构，从基底1依序沉积反射层7、绝缘层8、调节层9。
反射层7使用掺氟的氧化锡材料，电导率为300～3000S/cm，厚度为100纳米。
绝缘层8为红外透明材料二氧化铪，为红外无损材料，厚度为600纳米。
调节层9一般为氧化铟锡，该层的电导率为1×10-3～2.5S/cm，厚度为400纳米。
对于可见光调节结构，构成第一电极层2和第二电极层6的材料都选用氧化铟锡，厚度为10～400纳米。
第一变色层3为氧化钨，厚度为800纳米。
电解质层4为含金属阳离子材料钽酸锂，厚度为100纳米。
第二变色层5为氧化镍，特别需要说明的是，第一变色层3和第二变色层5的位置可以互换。第二变色层5厚度为150纳米。
组合型器件结构制备完成后即可实现上述的独立调控功能。另外，可以进行热处理优化调控功能，热处理可以在真空中、大气中或其他气氛中进行。热处理温度为600摄氏度，时间为100分钟。
外部供电电源可选用从简单的碱性电池到复杂的电化学工作站供电，电压范围为6V，电压施加的时间从60秒。
器件制备完成后进行相应测试，测试结果如图12和图13所示。
具体实施方式七
一种新型的组合型器件制备于刚性基底1上，选用材料为玻璃。
红外调节结构和可见光调节结构涉及的薄膜采用磁控溅射技术制备。具体制备过程中，先制备红外调节结构再制备可见光调节结构。
首先对基底1进行表面清洗，依次用乙醇、丙酮和去离子水超声清洁各20min。然后进行薄膜沉积。对于红外调节结构，从基底1依序沉积反射层7、绝缘层8、调节层9。
反射层7使用掺氟的氧化锡材料，电导率为300～3000S/cm，厚度为450纳米。
绝缘层8为红外透明材料氧化钨，为红外无损材料，厚度为550纳米。
调节层9一般为掺铝的氧化锌，该层的电导率为1×10-3～2.5S/cm，厚度为350纳米。
对于可见光调节结构，构成第一电极层2和第二电极层6的材料都选用氧化铟锡，厚度为350纳米。
第一变色层3为氧化钨，厚度为250纳米。
电解质层4为含金属阳离子材料钽酸锂，厚度为150纳米。
第二变色层5为氧化镍，特别需要说明的是，第一变色层3和第二变色层5的位置可以互换。第二变色层5厚度为150纳米。
组合型器件结构制备完成后即可实现上述的独立调控功能。另外，可以进行热处理优化调控功能，热处理可以在真空中、大气中或其他气氛中进行。热处理温度为450摄氏度，时间为150分钟。
外部供电电源可选用从简单的碱性电池到复杂的电化学工作站供电，电压范围为7V，电压施加的时间从10～600秒。
器件制备完成后进行相应测试，测试结果如图14和图15所示。
具体实施方式八
一种新型的组合型器件制备于刚性基底1上，选用材料为玻璃。
红外调节结构涉及的薄膜采用磁控溅射技术制备，可见光调节结构涉及的薄膜采用电阻束蒸发技术制备。
首先对基底1进行表面清洗，依次用乙醇、丙酮和去离子水超声清洁各20min。然后进行薄膜沉积。对于红外调节结构，从基底1依序沉积反射层7、绝缘层8、调节层9。
反射层7使用掺铝的氧化锌材料，电导率为300～3000S/cm，厚度为450纳米。
绝缘层8为红外透明材料氧化钨，为红外无损材料，厚度为650纳米。
调节层9一般为掺氟的氧化锡，该层的电导率为1×10-3～2.5S/cm，厚度为250纳米。
对于可见光调节结构，构成第一电极层2和第二电极层6的材料都选用氧化铟锡，厚度为350纳米。
第一变色层3为氧化钨，厚度为650纳米。
电解质层4为含金属阳离子材料铌酸锂，厚度为350纳米。
第二变色层5为氧化钒，特别需要说明的是，第一变色层3和第二变色层5的位置可以互换。第二变色层5厚度为150纳米。
组合型器件结构制备完成后即可实现上述的独立调控功能。另外，可以进行热处理优化调控功能，热处理可以在真空中、大气中或其他气氛中进行。热处理温度为150摄氏度，时间为400分钟。
外部供电电源可选用从简单的碱性电池到复杂的电化学工作站供电，电压范围为4V，电压施加的时间从15秒。
器件制备完成后进行相应测试，测试结果如图16和图17所示。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种可见光红外光独立调控的调控结构，其特征在于，包括红外调节结构和可见光调节结构，所述红外调节结构和所述可见光调节结构分别设置在可见光透过的基底的两侧，所述红外调节结构沿远离所述基底的方向依次包括反射层、绝缘层和调节层，所述可见光调节结构沿远离所述基底的方向依次包括第一电极层、第一变色层、电解质层、第二变色层、第二电极层；
所述第一电极层、所述第二电极层、所述反射层和所述调节层均与电源连接，所述电源分别为所述第一电极层、所述第二电极层、所述反射层和所述调节层提供可调节的正或负偏压；
所述反射层的制备材料包括具有红外反射可见光透过的导体和半导体，所述调节层的制备材料包括红外半透明可见光透射的导体或半导体，当红外光照射到所述调节层时，未被反射的红外光透过所述调节层，在所述调节层和所述反射层之间形成光学谐振腔结构，所述光学谐振腔用于调节红外光的吸收，通过调节所述电源的电压改变所述调节层的红外透过率和吸收率，以调节进入所述光学谐振腔结构的红外光的多少，进而调节调控结构的红外光发射率；
所述第一变色层和所述第二变色层的制备材料为金属氧化物，通过对所述第一电极层和所述第二电极层之间施加电压，所述电解质层中的离子进入所述第一变色层或所述第二变色层以使所述第一变色层或所述第二变色层变色。
2.根据权利要求1所述的调控结构，其特征在于，所述第一电极层、所述第二电极层、所述反射层和所述调节层的制备材料包括氧化铟锡、掺铝氧化锌、掺氟氧化锡、含银或其他金属薄膜或石墨烯中的一种或几种组合；
所述第一变色层和所述第二变色层的制备材料为氧化钨、氧化镍、氧化钒、氧化钽、氧化钛、氧化钴、氧化锆、氧化钇中的一种或几种组合；
所述绝缘层的制备材料包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、氧化钨、氧化铝、氧化镍、氧化钒、氧化铍、氧化镁、氧化钽、氧化钛、氧化钴、氧化锆、氧化钇中的一种或几种组合；
所述电解质层的制备材料包括金属锂、铌酸锂、氟化锂、硼酸锂、氟化铝锂、氧化锂中的一种或几种组合。
3.根据权利要求1所述的调控结构，其特征在于，所述反射层的厚度为10～1500纳米；
所述绝缘层的厚度为10～1500纳米；
所述调节层的厚度为10～1500纳米；
所述第一变色层的厚度为10～800纳米；
所述第二变色层的厚度为10～800纳米；
所述电解质层的厚度为10～400纳米。
4.根据权利要求1所述的调控结构，其特征在于，所述调节层的制备材料包括经过热处理的导体或半导体。
5.根据权利要求1所述的调控结构，其特征在于，所述电源施加给所述调节层的电压为-8～0V或0～8V。
6.根据权利要求1所述的调控结构，其特征在于，所述反射层厚度为150～250nm，所述调节层厚度为500～800nm；
所述电源正极连接所述调节层施加正偏压时，所述调控结构的红外发射率增加，所述电源负极连接所述调节层施加负偏压时，所述调控结构的红外发射率减少。
7.根据权利要求1所述的调控结构，其特征在于，所述反射层厚度为150～250nm，所述绝缘层厚度为150～250nm，所述调节层厚度为45～80nm；
所述电源正极连接所述调节层施加正偏压时，所述调控结构的红外发射率减少，所述电源负极连接所述调节层施加负偏压时，所述调控结构的红外发射率增加。
8.根据权利要求1所述的调控结构，其特征在于，所述调控结构通过所述基底依次镀膜制备得到。
9.根据权利要求1所述的调控结构，其特征在于，所述反射层的电导率为300～3000S/cm，所述调节层的电导率为1×10-3～2.5S/cm。
10.根据权利要求4所述的调控结构，其特征在于，所述热处理的温度为10～600摄氏度，时间为10～600分钟。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310227080.3A CN116339029A (zh) | 2023-03-10 | 2023-03-10 | 一种可见光红外光独立调控的调控结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310227080.3A CN116339029A (zh) | 2023-03-10 | 2023-03-10 | 一种可见光红外光独立调控的调控结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116339029A true CN116339029A (zh) | 2023-06-27 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202310227080.3A Pending CN116339029A (zh) | 2023-03-10 | 2023-03-10 | 一种可见光红外光独立调控的调控结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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2023
- 2023-03-10 CN CN202310227080.3A patent/CN116339029A/zh active Pending
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