CN205091527U - 互补型无机全固态电致变色器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种互补型无机全固态电致变色器件，包括由下至上依次设置的衬底、透明导电层A、阳极电致变色层、离子储存层、快离子传输层、阴极电致变色层和透明导电层B。本实用新型提供的一种互补型无机全固态电致变色器件，采用互补型电致变色薄膜，器件同时包含阴极电致变色层及阳极电致变色层，在保证变色要求的前提下，实现低电压下电致变色薄膜器件快速互补变色；同时单独引入快离子传输层，使离子储存层与阴极电致变色层有效分离，有效避免电荷残留及电致变色薄膜器件的性能衰退，实现器件良好的电致变色性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及互补型无机全固态电致变色器件，具体属于电致变色调控玻璃透光率技术领域。
背景技术
电致变色玻璃作为一个完整的器件(EC器件)而言，需要各层薄膜之间相互协作，才能完成器件的着色与褪色过程。目前以有机胶状聚合物作为离子导电层的电致变色器件最为成熟，其优点是响应速度快，变色均匀且较少考虑膜层之间的兼容性。但是该器件存在难以克服的缺点，如聚合物凝胶离子导体对电致变色材料有腐蚀作用，不容易封装，在电解质完全聚合胶化的过程中容易出现漏液，聚合时间较长，在器件循环过程中会差生气泡，破坏器件结构，缩短器件寿命等。
全薄膜EC器件由于具有性能稳定、易工业实现等优点受到广泛关注。传统全薄膜EC器件是由透明导电层、电致变色层、离子导电层、离子储存层、透明导电层构成，一般是由单一电致变色层实现器件的着色褪色，但为保证器件的平均调色范围，需加载较高电压或低电压长时间实现着色褪色，因此，在器件的着褪色过程中，离子在多层薄膜结构之间连续往复迁移运动，在薄膜界面处容易引起电荷残留，会导致器件的性能衰退，进而影响器件快速变色的目的。因此，发明一种互补型无机全固态电致变色器件，能够在保证变色要求的前提下，实现低电压下电致变色薄膜器件快速互补变色，有效避免电荷残留及电致变色薄膜器件的性能衰退，显得尤为必要。
实用新型内容
为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种互补型无机全固态电致变色器件，能够实现低电压下电致变色器件快速互补变色。
为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：
互补型无机全固态电致变色器件，包括由下至上依次设置的衬底、透明导电层A、阳极电致变色层、离子储存层、快离子传输层、阴极电致变色层和透明导电层B。
前述互补型无机全固态电致变色器件中，衬底为玻璃基片、PET薄膜或PI薄膜。
前述互补型无机全固态电致变色器件中，透明导电层A和透明导电层B均为掺铝氧化锌薄膜或掺锡氧化铟薄膜。
前述互补型无机全固态电致变色器件中，阳极电致变色层为氧化镍薄膜NiOy，1≤y≤1.5；所述阴极电致变色层为氧化钨薄膜。
前述互补型无机全固态电致变色器件中，离子储存层为钛酸锂薄膜Li4TixO12-x，4≤x≤6；钛酸锂薄膜为非晶膜或微晶膜。
前述互补型无机全固态电致变色器件中，快离子传输层为氧化坦薄膜TaOz，2≤z≤3；氧化坦薄膜为非晶膜。
前述互补型无机全固态电致变色器件中，透明导电层A的厚度为200～800nm；阳极电致变色层的厚度为200～400nm；离子储存层厚度为200～600nm；快离子传输层厚度为150～400nm；阴极电致变色层厚度为200～400nm；透明导电层B厚度为200～800nm。
优选地，前述互补型无机全固态电致变色器件中，透明导电层A的厚度为200～600nm；透明导电层B厚度为200～600nm。
互补型无机全固态电致变色器件的制备方法，包括以下步骤：
S1、取清洗后的衬底干燥后，放入磁控溅射系统真空室中，真空抽至8×10-4Pa，在衬底上，以掺铝氧化锌陶瓷或掺锡氧化铟作为靶材，采用直流磁控溅射法制备透明导电层A；
S2、在透明导电层A上，以金属镍作为靶材，采用直流磁控溅射法制备氧化镍薄膜NiOy，即为阳极电致变色层；
S3、以钛酸锂Li4TixO12-x作为靶材，采用射频溅射法，在阳极电致变色层上制备钛酸锂薄膜Li4TixO12-x，即为离子储存层；
S4、以金属坦作为靶材，采用直流磁控溅射法，在离子储存层上制备氧化坦薄膜TaOz，即为快离子传输层；
S5、以金属钨作为靶材，采用直流磁控溅射法，在快离子传输层上制备氧化钨薄膜，即为阴极电致变色层；
S6、以掺铝氧化锌陶瓷或掺锡氧化铟作为靶材，采用直流磁控溅射法，在阴极电致变色层上制备透明导电层B；
S7、停机，取出样品得互补型无机全固态电致变色器件。
前述制备方法中，步骤S1，清洗后的衬底是通过将衬底经过丙酮、无水乙醇、去离子水依次清洗后得到。
前述制备方法中，步骤S1～S6，在进行直流磁控溅射或射频溅射前，先对靶材进行10～15min预溅射。
前述制备方法中，直流磁控溅射法或射频溅射法中，靶基距：6～8cm，气体流量：20～40sccm，气体：纯氩或者按照体积比，氩:氧＝18～4：2～16，沉积气压：0.8～2.3Pa，基片温度：室温，溅射功率：75～90W。
图1是本实用新型的互补型无机全固态电致变色器件的截面结构示意图，该器件包括由下至上依次设置的玻璃基片、透明导电层A、阳极电致变色层、离子储存层、快离子传输层、阴极电致变色层和透明导电层B。
图2是本实用新型器件中快离子传输层TaOz薄膜的X射线衍射曲线，图4是快离子传输层TaOz薄膜的SEM图。由图2和图4可知，制备得到的快离子传输层TaOz薄膜为非晶膜结构。阴极变色层之所以能够变色是离子储存层中的正离子在正向电压作用下向阴极变色层运动并进入阴极变色层，进而引起变色效应，加反向电压时，正离子从阴极层中出来回到离子储存层，完成褪色效应。在变色褪色过程中，如果离子储存层与阴极变色层直接接触，由于存在离子抽出插入的动态效应，很容易造成界面处离子储存层的坍塌。TaOz薄膜本身具有优良的离子导电能力及自恢复特点，本实用新型引入TaOz薄膜作为快离子传输层可以起到缓冲的作用，使离子储存层与阴极电致变色层有效分离，有效避免电荷残留及电致变色薄膜器件的性能衰退。
图3是本实用新型器件中离子储存层钛酸锂薄膜Li4TixO12-x的SEM图，由图3可知，制备得到的离子储存层钛酸锂薄膜Li4TixO12-x薄膜结构较为致密、平整。
本实用新型的电致变色器件，在2～3V电压下即可实现变色效应。加正向电压，使其颜色加深，为着色态，透光率降低；加反向电压，使其颜色变浅，为褪色态，透光率提升。图5和图6均为互补型无机全固态电致变色器件的透射率曲线，如图5和图6所示，其中图5对应的样品中，着色态：400～800nm平均透射率22.91％，褪色态：400～800nm平均透射率52.03％；图6对应的样品中，褪色态：400～800nm平均透射率68.69％，着色态：400～800nm平均透射率22.43％。由图5和图6可知，本实用新型的互补型无机全固态电致变色器件具有良好的着色、褪色透光性能。
本实用新型的有益之处在于：本实用新型提供一种互补型无机全固态电致变色器件，采用互补型电致变色薄膜，器件同时包含阴极电致变色层及阳极电致变色层，在保证变色要求的前提下，实现低电压下电致变色薄膜器件快速互补变色；同时单独引入快离子传输层，使离子储存层与阴极电致变色层有效分离，有效避免电荷残留及电致变色薄膜器件的性能衰退，实现器件良好的电致变色性能。
附图说明
图1是本实用新型的互补型无机全固态电致变色器件的截面结构示意图；
图2是快离子传输层TaOx薄膜的X射线衍射曲线；
图3是离子储存层钛酸锂Li4TixO12-x薄膜的SEM图；
图4是快离子传输层TaOx薄膜的SEM图；
图5是实施例4中互补型无机全固态电致变色器件的透射率曲线；
图6是实施例5中互补型无机全固态电致变色器件的透射率曲线；
图中附图标记的含义：图1：1-透明导电层B，2-阴极电致变色层，3-快离子传输层，4-离子储存层，5-阳极电致变色层，6-透明导电层A，7-衬底；图5：51-着色态，52-褪色态；图6:61-着色态，62-褪色态。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本实用新型作进一步的介绍。
实施例1
互补型无机全固态电致变色器件，包括由下至上依次设置的衬底7、透明导电层A6、阳极电致变色层5、离子储存层4、快离子传输层3、阴极电致变色层2和透明导电层B1。
其中，衬底7为玻璃基片，透明导电层A6和透明导电层B1均为掺铝氧化锌薄膜。阳极电致变色层5为氧化镍薄膜NiO；阴极电致变色层2为氧化钨薄膜。离子储存层4为钛酸锂薄膜Li4Ti4O8，钛酸锂薄膜为非晶膜。快离子传输层3为氧化坦薄膜TaO2，氧化坦薄膜为非晶膜。
透明导电层A6的厚度为200nm；阳极电致变色层5的厚度为200nm；离子储存层4厚度为200nm；快离子传输层3厚度为150nm；阴极电致变色层2厚度为200nm；透明导电层B1厚度为200nm。
实施例2
互补型无机全固态电致变色器件，包括由下至上依次设置的衬底7、透明导电层A6、阳极电致变色层5、离子储存层4、快离子传输层3、阴极电致变色层2和透明导电层B1。
其中，衬底7为PET薄膜，透明导电层A6和透明导电层B1均为掺锡氧化铟薄膜。阳极电致变色层5为氧化镍薄膜NiO1.5；阴极电致变色层2为氧化钨薄膜。离子储存层4为钛酸锂薄膜Li4Ti6O6，钛酸锂薄膜为微晶膜。快离子传输层3为氧化坦薄膜TaO3，氧化坦薄膜为非晶膜。
透明导电层A6的厚度为800nm；阳极电致变色层5的厚度为400nm；离子储存层4厚度为600nm；快离子传输层3厚度为400nm；阴极电致变色层2厚度为400nm；透明导电层B1厚度为800nm。
实施例3
互补型无机全固态电致变色器件，包括由下至上依次设置的衬底7、透明导电层A6、阳极电致变色层5、离子储存层4、快离子传输层3、阴极电致变色层2和透明导电层B1。
其中，衬底7为PI薄膜，透明导电层A6为掺铝氧化锌薄膜，透明导电层B1为掺锡氧化铟薄膜。阳极电致变色层5为氧化镍薄膜NiO1.2；阴极电致变色层2为氧化钨薄膜。离子储存层4为钛酸锂薄膜Li4Ti5O7，钛酸锂薄膜为非晶膜。快离子传输层3为氧化坦薄膜TaO2.5，氧化坦薄膜为非晶膜。
透明导电层A6的厚度为500nm；阳极电致变色层5的厚度为300nm；离子储存层4厚度为400nm；快离子传输层3厚度为300nm；阴极电致变色层2厚度为300nm；透明导电层B1厚度为600nm。
实施例4
互补型无机全固态电致变色器件，包括由下至上依次设置的衬底7、透明导电层A6、阳极电致变色层5、离子储存层4、快离子传输层3、阴极电致变色层2和透明导电层B1。
其中，衬底7为玻璃基片,透明导电层A6为掺铝氧化锌薄膜，透明导电层B1为掺铝氧化锌薄膜。阳极电致变色层5为氧化镍薄膜NiO1.1；阴极电致变色层2为氧化钨薄膜。离子储存层4为钛酸锂薄膜Li4Ti4O8，钛酸锂薄膜为微晶膜。快离子传输层3为氧化坦薄膜TaO2.3，氧化坦薄膜为非晶膜。
透明导电层A6的厚度为300nm；阳极电致变色层5的厚度为300nm；离子储存层4厚度为500nm；快离子传输层3厚度为300nm；阴极电致变色层2厚度为300nm；透明导电层B1厚度为300nm。
实施例5
互补型无机全固态电致变色器件，包括由下至上依次设置的衬底7、透明导电层A6、阳极电致变色层5、离子储存层4、快离子传输层3、阴极电致变色层2和透明导电层B1。
其中，衬底7为玻璃基片,透明导电层A6为掺锡氧化铟薄膜，透明导电层B1为掺锡氧化铟薄膜。阳极电致变色层5为氧化镍薄膜NiO1.4；阴极电致变色层2为氧化钨薄膜。离子储存层4为钛酸锂薄膜Li4Ti6O6，钛酸锂薄膜为非晶膜。快离子传输层3为氧化坦薄膜TaO2.8，氧化坦薄膜为非晶膜。
透明导电层A6的厚度为200nm；阳极电致变色层5的厚度为300nm；离子储存层4厚度为500nm；快离子传输层3厚度为300nm；阴极电致变色层2厚度为300nm；透明导电层B1厚度为300nm
实施例1～5是通过实施例6中的方法制备得到。
实施例6
互补型无机全固态电致变色器件的制备方法，包括以下步骤：
S1、取清洗后的衬底7干燥后，放入磁控溅射系统真空室中，真空抽至8×10-4Pa，在衬底7上，以掺铝氧化锌陶瓷或掺锡氧化铟作为靶材，采用直流磁控溅射法制备透明导电层A6；
S2、在透明导电层A6上，以金属镍作为靶材，采用直流磁控溅射法制备氧化镍薄膜NiOy，即为阳极电致变色层5；
S3、以钛酸锂Li4TixO12-x作为靶材，采用射频溅射法，在阳极电致变色层5上制备钛酸锂薄膜Li4TixO12-x，即为离子储存层4；
S4、以金属坦作为靶材，采用直流磁控溅射法，在离子储存层4上制备氧化坦薄膜TaOz，即为快离子传输层3；
S5、以金属钨作为靶材，采用直流磁控溅射法，在快离子传输层3上制备氧化钨薄膜，即为阴极电致变色层2；
S6、以掺铝氧化锌陶瓷靶或掺锡氧化铟靶作为靶材，采用直流磁控溅射法，在阴极电致变色层2上制备透明导电层B1；
S7、停机，取出样品得互补型无机全固态电致变色器件。
其中，步骤S1中，清洗后的衬底是通过将衬底经过丙酮、无水乙醇、去离子水依次清洗后得到。步骤S1～S6中，在进行直流磁控溅射或射频溅射前，先对靶材进行10～15min预溅射。直流磁控溅射法或射频溅射法中，靶基距：6～8cm，气体流量：20～40sccm，气体：纯氩或者按照体积比，氩:氧＝18～4：2～16，沉积气压：0.8～2.3Pa，基片温度：室温，溅射功率：75～90W。
Claims (8)
1.互补型无机全固态电致变色器件，其特征在于：包括由下至上依次设置的衬底(7)、透明导电层A(6)、阳极电致变色层(5)、离子储存层(4)、快离子传输层(3)、阴极电致变色层(2)和透明导电层B(1)。
2.根据权利要求1所述的互补型无机全固态电致变色器件，其特征在于：所述衬底(7)为玻璃基片、PET薄膜或PI薄膜。
3.根据权利要求1所述的互补型无机全固态电致变色器件，其特征在于：所述透明导电层A(6)和透明导电层B(1)均为掺铝氧化锌薄膜或掺锡氧化铟薄膜。
4.根据权利要求1所述的互补型无机全固态电致变色器件，其特征在于：所述阳极电致变色层(5)为氧化镍薄膜NiOy，1≤y≤1.5；所述阴极电致变色层(2)为氧化钨薄膜。
5.根据权利要求1所述的互补型无机全固态电致变色器件，其特征在于：所述离子储存层(4)为钛酸锂薄膜Li4TixO12-x，4≤x≤6；钛酸锂薄膜为非晶膜或微晶膜。
6.根据权利要求1所述的互补型无机全固态电致变色器件，其特征在于：所述快离子传输层(3)为氧化坦薄膜TaOz，2≤z≤3；氧化坦薄膜为非晶膜。
7.根据权利要求1所述的互补型无机全固态电致变色器件，其特征在于：所述透明导电层A(6)的厚度为200～800nm；阳极电致变色层(5)的厚度为200～400nm；离子储存层(4)厚度为200～600nm；快离子传输层(3)厚度为150～400nm；阴极电致变色层(2)厚度为200～400nm；透明导电层B(1)厚度为200～800nm。
8.根据权利要求7所述的互补型无机全固态电致变色器件，其特征在于：所述透明导电层A(6)的厚度为200～600nm；透明导电层B(1)厚度为200～600nm。
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| CN201520915338.XU CN205091527U (zh) | 2015-11-17 | 2015-11-17 | 互补型无机全固态电致变色器件 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105278198A (zh) * | 2015-11-17 | 2016-01-27 | 崔玉柱 | 互补型无机全固态电致变色器件及其制备方法 |
| CN113204146A (zh) * | 2021-05-07 | 2021-08-03 | 哈尔滨工业大学 | 一种以水蒸气为电解质的可修复无机全薄膜电致变色器件及其制备方法 |
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2015
- 2015-11-17 CN CN201520915338.XU patent/CN205091527U/zh not_active Withdrawn - After Issue
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| CN105278198B (zh) * | 2015-11-17 | 2019-08-09 | 崔雪 | 互补型无机全固态电致变色器件及其制备方法 |
| CN113204146A (zh) * | 2021-05-07 | 2021-08-03 | 哈尔滨工业大学 | 一种以水蒸气为电解质的可修复无机全薄膜电致变色器件及其制备方法 |
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