CN218497308U

CN218497308U - 一种颜色可控的智能调光调色器件

Info

Publication number: CN218497308U
Application number: CN202222229832.3U
Authority: CN
Inventors: 姚婷婷; 李刚; 王天齐; 彭塞奥; 沈洪雪; 金克武; 徐佳馨; 甘治平; 张冲; 马立云
Original assignee: China Building Materials Glass New Materials Research Institute Group Co Ltd
Current assignee: China Building Materials Glass New Materials Research Institute Group Co Ltd
Priority date: 2022-08-24
Filing date: 2022-08-24
Publication date: 2023-02-17
Anticipated expiration: 2032-08-24

Abstract

本实用新型涉及一种颜色可控的智能调光调色器件，包括柔性基底，柔性基底上表面从下到上设有第一透明导电电极层、电致变色层、离子存储层、电解质层、第二透明导电电极层；其特征在于：第一透明导电电极层（2）从下到上为第一金属氧化物薄膜、第一合金薄膜、第二金属氧化物薄膜；第二透明导电电极层从下到上为第三金属氧化物薄膜、第二合金薄膜、第四金属氧化物薄膜；第一金属氧化物薄膜、电致变色层、电解质层、第四金属氧化物薄膜均为斜柱状纳米结构，其中纳米柱倾斜角度在10~50°。本实用新型优点：一种颜色可控的智能调光调色器件可用作柔性有机基底，可实现多种颜色的柔性智能调光调色，成本低，可在复杂的曲面对不同的应用切换颜色进行贴装，应用广泛。

Description

一种颜色可控的智能调光调色器件

技术领域

本实用新型涉及智能玻璃技术领域，尤其涉及一种颜色可控的智能调光调色器件。

背景技术

电致变色器件在外加电压刺激(交变电压或电流等)作用下，通过嵌入或脱出离子和电子促使材料发生氧化还原反应，使得光学特征(如透过率、反射率以及颜色等)发生持续可逆变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。利用电致变色材料制备的电致变色器件具有能耗低、响应快、可人为控制等优点，被广泛运用于各种领域，起到改善自然光照程度、防窥的目的，解决现代不断恶化的城市光污染问题。

但是目前的电致变色器件主要建立在玻璃等刚性基底上，存在厚度大、共型性差、机械强度低、成本高和运输困难等不可忽视的问题。与此同时，随着柔性和可穿戴设备在移动出行、生物医学、消费电子产品等多个应用领域的不断出现，人们对开发廉价节能、便携灵活且能兼顾美学设计适应匹配各种应用场景、颜色可选择的的电子设备的需求更加强烈，迫切需要下一代电子产品在柔性、可折叠性、可穿戴性、颜色多样性甚至可植入性方面成为可能。

实用新型内容

本实用新型的目数是为了弥补现有技术的不足，提供一种颜色可控的智能调光调色器件。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种颜色可控的智能调光调色器件，包括柔性基底1，在柔性基底上表面从下到上依次设有第一透明导电电极层（2）、电致变色层（3）、离子存储层（4）、电解质层（5）、第二透明导电电极层（6）；其特征在于：第一透明导电电极层（2）和第二透明导电电极层（6）均为3层结构，第一透明导电电极层（2）从下到上依次为：第一金属氧化物薄膜（21）、第一合金薄膜（22）、第二金属氧化物薄膜（23）；第二透明导电电极层（6）从下到上依次为：第三金属氧化物薄膜（61）、第二合金薄膜（62）、第四金属氧化物薄膜（63）；第一透明导电电极层（2）中第一金属氧化物薄膜（21）、电致变色层（3）、电解质层（5）、第二透明导电电极层（6）中的第四金属氧化物薄膜（63）均为斜柱状纳米结构，其中纳米柱倾斜角度在10~50°。

进一步，所述第一透明导电电极层（2）的厚度为24-89nm、电致变色层（3）的厚度为30~250nm、离子存储层（4）的厚度为10~300nm、电解质层（5）的厚度为30~200nm、第二透明导电电极层（6）的厚度为24-89nm。

进一步，所述第一透明导电电极层（2）中第一金属氧化物薄膜（21）的厚度为10-40nm、第一合金薄膜（22）的厚度为4-9 nm、第二金属氧化物薄膜（23）的厚度为10-40 nm。

进一步，所述第二透明导电电极层（6）中第三金属氧化物薄膜（61）的厚度为10-40nm、第二合金薄膜（62）的厚度为4-9 nm、第四金属氧化物薄膜（63）的厚度为10-40 nm。

进一步，所述电致变色层（3）为WO₃薄膜或者Ni_xO_y薄膜。

进一步，所述离子存储层（4）为LiTaO₃、LiNbO₃、Ta₂O₅、Nb₂O₅薄膜。

进一步，所述电解质层（5）为LiNiO_x、AlSiO_x、NiVO_x薄膜。

进一步，所述第一透明导电电极层（2）中第一金属氧化物薄膜（21）为ZnO、SnO2、BZO、AZO、GZO、IGZO、IZO、CTO、ZTO薄膜中的一种。

进一步，所述第一透明导电电极层（2）中第一合金薄膜（22）由NiCr、Cu、Ti、Al、Sn、Pb、Fe、Zn、Mg、Cr、Mo、W、In金属中的一种与Ag金属通过多种组合方式合成得到（例如：1.NiCr、Cu、Ti、Al、Sn、Pb、Fe、Zn、Mg、Cr、Mo、W、In金属薄膜中的一种之上叠加Ag薄膜；2.NiCr、Cu、Ti、Al、Sn、Pb、Fe、Zn、Mg、Cr、Mo、W、In金属中的一种与Ag金属合成的合金靶材制备成合金薄膜；3.NiCr、Cu、Ti、Al、Sn、Pb、Fe、Zn、Mg、Cr、Mo、W、In金属薄膜中的一种与Ag金属制备合金薄膜后，之上叠加Ag薄膜；4.NiCr、Cu、Ti、Al、Sn、Pb、Fe、Zn、Mg、Cr、Mo、W、In金属薄膜中的一种与Ag金属制备合金薄膜后，之上叠加Ag薄膜，之上叠加NiCr、Cu、Ti、Al、Sn、Pb、Fe、Zn、Mg、Cr、Mo、W、In金属薄膜中的一种；等等）。

进一步，所述第一透明导电电极层（2）中第二金属氧化薄膜23为WO₃或者Ni_xO_y薄膜，与所述电致变色层薄膜一致，形成良好的接触。

进一步，所述第二透明导电电极层（6）中第三金属氧化薄膜（61）为LiNiO_x、AlSiO_x、NiVO_x、NiO_x、AlO_x、VO_x，与所述电致变色层薄膜结构相同或相近，形成良好的接触。

进一步，所述第二透明导电电极层（6）中第二合金薄膜（62）由NiCr、Cu、Ti、Al、Sn、Pb、Fe、Zn、Mg、Cr、Mo、W、In金属中的一种与Ag金属通过多种组合方式合成得到（例如：1.NiCr、Cu、Ti、Al、Sn、Pb、Fe、Zn、Mg、Cr、Mo、W、In金属薄膜中的一种之上叠加Ag薄膜；2.NiCr、Cu、Ti、Al、Sn、Pb、Fe、Zn、Mg、Cr、Mo、W、In金属中的一种与Ag金属合成的合金靶材制备成合金薄膜；3.NiCr、Cu、Ti、Al、Sn、Pb、Fe、Zn、Mg、Cr、Mo、W、In金属薄膜中的一种与Ag金属制备合金薄膜后，之上叠加Ag薄膜；4.NiCr、Cu、Ti、Al、Sn、Pb、Fe、Zn、Mg、Cr、Mo、W、In金属薄膜中的一种与Ag金属制备合金薄膜后，之上叠加Ag薄膜，之上叠加NiCr、Cu、Ti、Al、Sn、Pb、Fe、Zn、Mg、Cr、Mo、W、In金属薄膜中的一种；等等）。

进一步，所述第二透明导电电极层（6）中所述第四金属氧化薄膜（63）为ZnO、SnO₂、BZO、AZO、GZO、IGZO、IZO、CTO、ZTO薄膜中的一种。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型中第一透明导电电极层和第二透明导电电极层均为3层结构，3层结构的电极层相比单层透明导电薄膜可有效减少薄膜厚度，减少结构内应力，降低ITO不均匀性造成的影响，可有效降低成本但又能够保障透明导电电极性能；且透明导电电极采用价格更为低廉的ZnO、SnO₂等材料与金属相结合的结构，相比传统的ITO薄膜，可以在室温下获得更优异的光学性能、电学性能，同时化学稳定性好，可以弯曲、变形、卷曲至曲率半径几厘米或完全折叠，机械耐久性好，反复弯折不会断裂且不会留下痕迹；

2.本实用新型中第一合金薄膜和第二合金薄膜可有效提高电极的导电性能，本实用新型的合金结构更有利于超薄金属连续成膜，相比单一的金属层薄膜质量好；同时，不同的合金结构可根据不同的生产线进行过调节，可适用于多种生产线制备；

3.本实用新型中第一金属氧化物薄膜（21）、电致变色层（3）、电解质层（5）、第四金属氧化物薄膜（63）均为斜柱状纳米结构，斜柱状纳米结构可以调节薄膜折射率，进而通过光学设计多层膜，实现器件颜色可控；通过不同的膜层的斜柱状纳米结构，可改变膜层的疏松程度进而调节薄膜的折射率，通过衍射效应实现增透效果，器件变色与褪色的透光度曲线差增大，有效提高了器件光调制幅度，变色视感增强；通过不同的膜系匹配可制备获得不同颜色的智能调光调色器件，通过斜柱状纳米结构可以调节薄膜的孔隙结构，独特的结构为离子移动形成了良好的扩散通道，有助于良好的促进器件结构离子的抽出及注入，减少响应时间，实现更快的着色和褪色；

4.本实用新型第一透明导电电极层中的第二金属氧化薄膜与电致变色层、电解质层采用相同或相近的结构，可有效减少整体柔性电致变色器件结构的厚度，并形成良好的结合与接触，器件变色、褪色过程加快响应；传统电致变色层WO₃薄膜厚度为300纳米~400纳米，而本实用新型中电致变色层WO₃薄膜厚度降至30~250nm，成本更低；

5.本实用新型采用了全固态无机薄膜，通过室温磁控溅射方法结合掠射角溅射法制备获得一种颜色可控的智能调光调色器件，该方法可有效提高薄膜与柔性基底的附着力，层与层之间的结合力，减少界面故障；且生长过程无需加热，制备过程不会因加热而对前面膜层造成影响；

6.本实用新型所述的一种颜色可控的智能调光调色器件可用作柔性有机基底，可实现多种颜色的柔性智能调光调色，不仅成本更低，还可以在复杂的曲面对不同的应用切换颜色进行贴装，应用领域广泛。

附图说明

图1为一种颜色可控的智能调光调色器件结构示意图；

图2为本实用新型实施例1的实物图；

图3为本实用新型实施例2的实物图；

图4为本实用新型实施例3的实物图。

具体实施方式

下面结合1图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实用新型并不限定于该实施方式，只要符合本实用新型的主旨，则其他实施方式也可以属于本实用新型的范畴。

下述实施例中，除特殊注明要求为掠射角溅射法沉积的斜柱状纳米结构外，其他膜层均可通过物理法（如：磁控溅射工艺，卷对卷工艺，离子束辅助沉积等）或者化学法（如：溶胶凝胶，旋涂，提拉，刮刀涂布，电化学等）沉积得到，可根据实际情况，产品要求等选择最优的工艺。

一种颜色可控的智能调光调色器件的制备方法，具体实施步骤如下：

实施例1

（1）采用超薄柔性玻璃作为柔性基底1，采用低能离子源对柔性基底进行预处理，以清除基底表面吸附的气体、污染物以及对柔性基底的表面进行活化处理；

（2）采用掠射角溅射法，在柔性基底上表面沉积厚度为30纳米，纳米柱倾斜角度为25°纳米结构的AZO薄膜作为第一透明导电电极层2的第一金属氧化物薄膜21；

采用磁控溅射法，在第一金属氧化层上表面沉积得到厚度为7纳米的CuAg薄膜作为第一合金薄膜22；

采用磁控溅射法，在金属层上表面沉积得到厚度为30纳米的WO₃薄膜作为第二金属氧化物薄膜23；

（3）采用掠射角溅射法，沉积得到厚度为200纳米，纳米柱倾斜角度为48°纳米结构的WO₃薄膜作为电致变色层3；

（4）采用磁控溅射法，沉积得到厚度为240纳米的LiTaO₃薄膜作为离子存储层4；

（5）采用掠射角溅射法，沉积得到厚度为140纳米的，纳米柱倾斜角度为35°纳米结构Li_xNiO_y薄膜作为电解质层5；

（6）采用磁控溅射法，沉积得到厚度为30纳米的Li_xNiO_y薄膜作为第二透明导电电极层6的第三金属氧化物薄膜61；

采用磁控溅射法，沉积得到厚度为7纳米的CuAg薄膜作为第二合金薄膜62，

采用掠射角溅射法，沉积得到厚度为30纳米，纳米柱倾斜角度为25°纳米结构的AZO薄膜作为第四金属氧化物薄膜63。

由此制备得到的淡绿色柔性智能调光调色器件褪色-着色态可见光透过率差59.3%。

实施例2

（1）采用聚酰亚胺(Polyimide,PI)作为柔性基底1，采用过硫酸钠溶液对柔性基底进行预处理，再放入乙醇溶液以清除基底表面吸附的气体、污染物以及对柔性基底的表面进行活化处理；

（2）采用掠射角溅射法，在柔性基底上表面沉积厚度为40纳米，纳米柱倾斜角度为20°纳米结构的GZO薄膜作为第一透明导电电极层2的第一金属氧化物薄膜21，

采用磁控溅射法，沉积厚度为6纳米的TiAg薄膜作为第一合金薄膜22，

采用磁控溅射法，沉积厚度为40纳米的WO₃薄膜作为第二金属氧化物薄膜23；

（3）采用掠射角溅射法，沉积厚度为180纳米，纳米柱倾斜角度为35°纳米结构的Ni_xO_y薄膜作为电致变色层3；

（4）采用磁控溅射法，沉积厚度为240纳米的LiNbO₃薄膜作为离子存储层4；

（5）采用掠射角溅射法，沉积厚度为160纳米，纳米柱倾斜角度为40°纳米结构的NiVO_x薄膜作为电解质层5；

（6）采用磁控溅射法，沉积厚度为35纳米的VO_x薄膜作为第二透明导电电极层6的第三金属氧化物薄膜61，

采用磁控溅射法，沉积厚度为8纳米的TiAg薄膜作为第二合金薄膜62，

采用掠射角溅射法，沉积厚度为35纳米，纳米柱倾斜角度为20°纳米结构的GZO薄膜作为第四金属氧化物薄膜63。

由此制备得到的蓝色柔性智能调光调色器件褪色-着色态可见光透过率差56.5%。

实施例3

（1）采用聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene terephthalate，PET）作为柔性基底1，采用低能离子源对柔性基底进行预处理，轰击柔性基底以清除基底表面吸附的气体、污染物以及对柔性基底的表面进行活化处理；

（2）制备第一透明导电电极层2；

采用掠射角溅射法，在柔性基底上表面沉积厚度为35纳米，纳米柱倾斜角度为20°纳米结构的ZnO薄膜作为第一透明导电电极层2的第一金属氧化物薄膜21；

采用磁控溅射法，沉积厚度为8纳米的ZnAg薄膜作为第一合金薄膜22；

（3）采用掠射角溅射法，在第一透明导电电极层2上表面沉积厚度为220纳米，纳米柱倾斜角度为40°纳米结构的WO₃薄膜作为电致变色层3；

（4）采用溶胶-凝胶法制备出厚度为210纳米的Ta₂O₅薄膜作为离子存储层4；

（5）采用掠射角溅射法，制备厚度为180纳米，纳米柱倾斜角度为30°纳米结构的Al_xSi_yO₃薄膜作为电解质层5；

（6）制备第二透明导电电极层6：

采用提拉法制备厚度为35纳米的AlO_x薄膜作为第二透明导电电极层6的第三金属氧化物薄膜61；

采用磁控溅射法，沉积厚度为7纳米的ZnAg薄膜作为第二合金薄膜62；

采用掠射角溅射法，沉积厚度为35纳米，纳米柱倾斜角度为20°纳米结构的ZnO薄膜作为第四金属氧化物薄膜63。

由此制备得到的绿色柔性智能调光调色器件褪色-着色态可见光透过率差55.9%。

根据薄膜干涉理论，当薄膜的厚度等于入射光在该媒质中波长的1/4时，在薄膜两个面上反射光的光程恰好等于半个波长，从而相互干涉而抵消，这就大大减少了光的反射损失，增强了透射光的强度，起到了增透作用，因此选择合适的薄膜折射率和厚度值，就可以起到很好的增透作用，利用金属薄膜的高导电性和透明膜的增透作用，纳米多层膜中的每层各自发挥其优势。因此，下透明导电电极层2采用第一金属氧化物薄膜21+第一合金薄膜22+第二金属氧化物薄膜23的结构，该结构电学性能优异，同时具有增透作用，透光率较高可达90%。第二金属氧化薄膜23作为下透明导电电极层2的一部分，通过薄膜干涉原理，能够有效的提高下透明导电电极层2的透光率；合金薄膜22还能起到保护作用，将第一金属氧化物薄膜21与金属薄膜23隔离开，避免金属薄膜23被第一金属氧化物薄膜21氧化影响金属薄膜23的导电性；第二金属氧化物薄膜23能够保护合金薄膜22，维持金属薄膜22的稳定性。

以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种颜色可控的智能调光调色器件，包括柔性基底（1），在柔性基底上表面从下到上依次设有第一透明导电电极层（2）、电致变色层（3）、离子存储层（4）、电解质层（5）、第二透明导电电极层（6）；其特征在于：第一透明导电电极层（2）和第二透明导电电极层（6）均为3层结构，第一透明导电电极层（2）从下到上依次为：第一金属氧化物薄膜（21）、第一合金薄膜（22）、第二金属氧化物薄膜（23）；第二透明导电电极层（6）从下到上依次为：第三金属氧化物薄膜（61）、第二合金薄膜（62）、第四金属氧化物薄膜（63）；第一透明导电电极层（2）中第一金属氧化物薄膜（21）、电致变色层（3）、电解质层（5）、第二透明导电电极层（6）中的第四金属氧化物薄膜（63）均为斜柱状纳米结构，其中纳米柱倾斜角度在10~50°。

2.根据权利要求1所述一种颜色可控的智能调光调色器件，其特征在于：所述第一透明导电电极层（2）的厚度为24-89nm、电致变色层（3）的厚度为30~250nm、离子存储层（4）的厚度为10~300nm、电解质层（5）的厚度为30~200nm、第二透明导电电极层（6）的厚度为24-89nm。

3.根据权利要求2所述一种颜色可控的智能调光调色器件，其特征在于：所述第一透明导电电极层（2）中第一金属氧化物薄膜（21）的厚度为10-40 nm、第一合金薄膜（22）的厚度为4-9 nm、第二金属氧化物薄膜（23）的厚度为10-40 nm；所述第二透明导电电极层（6）中第三金属氧化物薄膜（61）的厚度为10-40 nm、第二合金薄膜（62）的厚度为4-9 nm、第四金属氧化物薄膜（63）的厚度为10-40 nm。

4.根据权利要求1所述一种颜色可控的智能调光调色器件，其特征在于：所述电致变色层（3）为WO₃薄膜或者Ni_xO_y薄膜，离子存储层（4）为LiTaO₃、LiNbO₃、Ta₂O₅、Nb₂O₅薄膜，电解质层（5）为LiNiO_x、AlSiO_x、NiVO_x薄膜。