TWI675929B - 電致變色離子儲存膜的製備方法 - Google Patents

電致變色離子儲存膜的製備方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI675929B
TWI675929B TW107136370A TW107136370A TWI675929B TW I675929 B TWI675929 B TW I675929B TW 107136370 A TW107136370 A TW 107136370A TW 107136370 A TW107136370 A TW 107136370A TW I675929 B TWI675929 B TW I675929B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
ion storage
electrochromic
oxygen
controlled
torr
Prior art date
Application number
TW107136370A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202016336A (zh
Inventor
黃文昌
林天財
黃韋豪
Original Assignee
崑山科技大學
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 崑山科技大學 filed Critical 崑山科技大學
Priority to TW107136370A priority Critical patent/TWI675929B/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI675929B publication Critical patent/TWI675929B/zh
Publication of TW202016336A publication Critical patent/TW202016336A/zh

Links

Landscapes

  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

Abstract

一種電致變色離子儲存膜的製備方法包含使釩靶材及鉭靶材在包含氬氣及氧氣的環境中進行射頻共濺鍍處理，而在一基板上形成一層電致變色離子儲存膜。該環境的壓力控制在4×10 -3torr以下、該氬氣與該氧氣的壓力比值控制在10至20，且該鉭靶材的射頻功率控制在5W至30W。藉由該射頻濺鍍處理的條件的設計，本發明電致變色離子儲存膜的製備方法所形成的電致變色離子儲存膜具有電致變色的特性且具有良好的儲存離子的能力。

Description

電致變色離子儲存膜的製備方法
本發明是有關於一種膜的製備方法，特別是指一種電致變色離子儲存膜的製備方法。
電致變色裝置(complementary electrochromic device)的應用相當廣泛，例如應用於非發光的資訊顯示器(non-emissive information displays)、節能智慧窗、汽車天窗，及防眩光後視鏡等等中。以往的電致變色裝置由上而下包含一片玻璃基板、一層透明導電層、一層電致變色層、一層電解質層、一層離子儲存層、一層透明導電層，及一片玻璃基板。
Materials Science and Engineering B, 138, 2007, 118–122揭示一種鉭摻雜五氧化二釩膜(tantalum-doped vanadium pentoxide film)的製備方法，且該鉭摻雜五氧化二釩膜能夠應用於至該電致變色裝置中的電致變色層。該鉭摻雜五氧化二釩膜的製備方法是利用溶膠凝膠(sol-gel)法來形成該鉭摻雜五氧化二釩膜。雖該方法能夠獲得鉭摻雜五氧化二釩膜，但該方法用於製備900cm 2以上的大面積的鉭摻雜五氧化二釩膜時，須採用浸漬方式進行，導致膜厚不均的問題產生，從而會使得該電致變色裝置存在有色差的問題。且該鉭摻雜五氧化二釩膜在緻密性、附著性及穩定性上不佳，以及在該鉭摻雜五氧化二釩膜中雜質含量高。
因此，本發明的一目的，即在提供一種電致變色離子儲存膜的製備方法。
於是，本發明電致變色離子儲存膜的製備方法包含使釩靶材及鉭靶材在包含氬氣及氧氣的環境中進行射頻共濺鍍(radio frequency co-sputtering)處理，而在一基板上形成一層電致變色離子儲存膜，其中，該環境的壓力控制在4×10 -3torr以下、該氬氣與該氧氣的壓力比值控制在10至20，且該鉭靶材的射頻功率控制在5W至30W。
本發明的功效在於：藉由該射頻濺鍍處理的條件的設計，本發明電致變色離子儲存膜的製備方法所形成的電致變色離子儲存膜具有電致變色的特性且具有良好的儲存離子的能力。且利用該射頻濺鍍處理，能夠形成大面積且高緻密性的電致變色離子儲存膜。
本發明電致變色離子儲存膜的製備方法包含使釩靶材及鉭靶材在包含氬氣及氧氣的環境中進行射頻共濺鍍處理，而在一基板上形成一層電致變色離子儲存膜，其中，該環境的壓力控制在4×10 -3torr以下、該氬氣與該氧氣的壓力比值控制在10至20，且該鉭靶材的射頻功率控制在5W至30W。
該釩靶材例如釩純度為99.9%的釩靶材。該鉭靶材例如鉭純度為99.9%的鉭靶材。在本發明的一些實施態樣中，該射頻的頻率範圍為13.56MHz。在本發明的一些實施態樣中，該基板的溫度控制在室溫至150℃。該基板例如但不限於氧化銦錫玻璃基板。為使該電致變色離子儲存膜具有較高的電荷密度及良好的電致變色的特性且表面具有平整性，將該環境的壓力、該氬氣與該氧氣的壓力比值，及該鉭靶材的射頻功率如上所述的範圍。在本發明的一些實施態樣中，該射頻共濺鍍處理的濺鍍時間控制在60分鐘至180分鐘。
為使該電致變色離子儲存膜具有較高的電荷密度兼具電致變色的特性，較佳地，該氧氣的壓力控制在2×10 -4torr至4×10 -4torr。
本發明的電致變色離子儲存膜能夠應用至一種互補式電致變色裝置(complementary electrochromic device)中。
本發明將就以下實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。
實施例1 鉭摻雜五氧化二釩膜
將30mm×20mm的氧化銦錫玻璃基板[電阻值為6Ω-cm 2，包含一片玻璃片及一層設置在該玻璃片上的氧化銦錫(簡稱ITO)層]浸泡於丙酮中，並以超音波震盪器震盪5分鐘，以除去表面上的油脂及有機物。接著，將該氧化銦錫玻璃基板從丙酮中取出，並浸泡於純水中且以超音波震盪器震盪5分鐘，以去除殘留丙酮。然後， 將該氧化銦錫玻璃基板從純水中取出，並浸泡於異丙醇中且以超音波震盪器震盪5分鐘，以除表面上的油脂或有機雜質污染物。將該氧化銦錫玻璃基板從異丙醇中取出，並浸泡於純水中且以超音波震盪器震盪5分鐘，以去除異丙醇。最後，將該氧化銦錫玻璃基板從純水中取出，並以高壓氮氣(氮純度為99.9%)吹乾，而獲得經處理的氧化銦錫玻璃基板。接著，進行射頻共濺鍍處理。
在該射頻共濺鍍處理中，將該經處理的氧化銦錫玻璃基板置在一台射頻磁控濺鍍設備的容置腔體內的承載台上，且未對該經處理的氧化銦錫玻璃基板加熱。先利用一台機械幫浦，將該容置腔體內的壓力控制在4×10 -3torr，再利用一台油式擴散幫浦，將該容置腔體內的壓力控制在5×10 -5torr。將純度為99.9%的氬氣(六邑氣體公司所生產)及純度為99.9%的氧氣通入該容置腔體內，且將該氬氣及該氧氣的流量分別控制在24.2sccm及2sccm，並將該氬氣及該氧氣的壓力比值控制在10(該氬氣的壓力為4×10 -3torr，而該氧氣的壓力為4×10 -4torr)，以及將該容置腔體內的壓力控制在4×10 -3torr。將釩純度為99.9%的釩靶材(邦杰材料科技公司製；直徑為3英吋)及鉭純度為99.9%的鉭靶材(昇美達國際開發公司；直徑為3英吋)設置在該經處理的氧化銦錫玻璃基板上方，且與該經處理的氧化銦錫玻璃基板間的距離為6公分。接著，該射頻的頻率為13.56MHz、將該釩靶材的射頻功率控制在110W，而該鉭靶材的射頻功率控制在5W，且濺鍍時間為2小時，而在該經處理的氧化銦錫玻璃基板的表面上形成一層電致變色離子儲存膜。
實施例2至3及比較例1至2
該實施例2至3的電致變色離子儲存膜及比較例1至2的離子儲存膜的製備方法與該實施例1的電致變色離子儲存膜的製備方法類似，不同在於：該鉭靶材的射頻功率依序控制在10W、30W、50W，及70W。
實施例4
該實施例4的電致變色離子儲存膜的製備方法與該實施例3的電致變色離子儲存膜的製備方法類似，不同在於：該氧氣的壓力控制在2×10 -4torr。
實施例5
該實施例5的電致變色離子儲存膜的製備方法與該實施例3的電致變色離子儲存膜的製備方法類似，不同在於：該氧氣的壓力控制在2.67×10 -4torr。
比較例3
該比較例3的離子儲存膜的製備方法與該實施例3的電致變色離子儲存膜的製備方法類似，不同在於：該氧氣的壓力控制在8×10 -4torr。
比較例4至6
該比較例4至6的離子儲存膜的製備方法與該實施例3的電致變色離子儲存膜的製備方法類似，不同在於：改變環境的壓力且依序為9×10 -3torr、20×10 -3torr，及30×10 -3torr。
比較例7
該比較例7的離子儲存膜的製備方法與該實施例1的電致變色離子儲存膜的製備方法類似，不同在於：未摻雜鉭。
評價項目
膜厚(單位：nm)量測：利用美國Dektak 6M的膜厚測量儀來做測量。將耐熱膠帶貼在基板的周圍，在於該基板的中央進行濺鍍，濺鍍完成後，將耐熱膠帶撕開，將探針接觸該基板，以機械傳動方式在該基板表面上由基板的周圍掃向基板的中央，此時量得的高度差，即為膜厚。
元素含量分析(單位：at.%)：利用能量分散光譜儀進行分析(Energy dispersion spectrum，簡稱EDS)。
穿透率(單位：%)的量測：利用紫外光-可見光光譜儀(廠牌：HITACHI；型號：U-2800A)進行量測，且掃描波長範圍為300nm至900nm。首先，對該實施例1至5的電致變色離子儲存膜及比較例1至7的離子儲存膜施予一個+2.5V的電壓，並利用該紫外光-可見光光譜儀進行量測，獲得一個在波長為600nm的著色穿透率(T1，單位：%)。然後，對該實施例1至5的電致變色離子儲存膜及比較例1至7的離子儲存膜施予一個-2.5V的電壓，並利用該紫外光-可見光光譜儀進行量測，獲得一個在波長為600nm的去色穿透率(T2，單位：%)。該穿透率變化值(ΔT，單位：%)為T2-T1。
電荷密度(單位：mC/cm 2)的量測：將實施例1至5的電致變色離子儲存膜及比較例1至7的離子儲存膜製作成2cmx3cm的測試樣品，然後，利用一台循環伏安(cyclic voltammetry，簡稱CV)電化學裝置(廠牌：BioLogic science Instruments；型號：VSP)進行量測，且該循環伏安電化學裝置包括該測試樣品(作為工作電極)、白金輔助電極、飽和甘汞電極(做為參考電極)，及電解液。該電解液包括過氯酸鋰(LiClO 4)及碳酸丙烯酯，其中，該過氯酸鋰的濃度為1M。掃描速率為30mV/sec，且掃描電壓為-2.5V至+2.5V，且掃描循環圈數為3圈，而獲得橫軸為電壓(單位：V)且縱軸為電流(單位：mA)的循環伏安圖。由該循環伏安圖獲得氧化電位、還原電位，及電流，接著，利用掃描速度，轉換成電流對時間的圖，然後，利用電流與時間圖形獲得積分面積，即為電荷值，再將該電荷值除以該積分面積即得電荷密度值。
表1
「－」：未量測 實施例
1 2 3 4 5
射頻共濺鍍處理 環境的壓力 (10 -3torr) 4 4 4 4 4
氬氣的流量 (sccm) 24.2 24.2 24.2 24.2 24.2
氬氣的壓力 (10 -3torr) 4 4 4 4 4
氧氣的流量 (sccm) 2 2 2 1 1.4
氧氣的壓力 (10 -4torr) 4 4 4 2 2.67
氬氣與氧氣的壓力比值 10 10 10 20 15
釩靶材的射頻功率(W) 110 110 110 110 110
鉭靶材的射頻功率(W) 5 10 30 30 30
濺鍍時間(小時) 2 2 2 2 2
分析項目 膜厚(nm) 79.52 114.3 153.1 114.7 118.8
V(at. %) 50.34 50.1 50.04 － －
Ta(at. %) 0.38 0.68 4.91 － －
O(at. %) 49.28 49.22 45.05 － －
ΔT (T2-T1，%，600nm) 18.4 15.9 11 3.8 6.4
電荷密度(mC/cm 2) 38.83 38.38 40.7 40.83 41.2
表2
「－」：未量測 比較例
1 2 3 4 5 6 7
射頻共濺鍍處理 環境的壓力 (10 -3torr) 4 4 4 9 20 30 4
氬氣的流量 (sccm) 24.2 24.2 24.2 40.2 90.5 110.3 24.2
氬氣的壓力 (10 -3torr) 4 4 4 8.2 18.2 27.3 4
氧氣的流量 (sccm) 2 2 4 3.3 7.2 9.0 2
氧氣的壓力 (10 -4torr) 4 4 8 8 18 27 4
氬氣與氧氣的壓力比值 10 10 5 10 10 10 10
釩靶材的射頻功率(W) 110 110 110 110 110 110 110
鉭靶材的射頻功率(W) 50 70 30 30 30 30 0
濺鍍時間(小時) 2 2 2 2 2 2 2
分析項目 膜厚(nm) 154.6 310.1 80.6 62.67 34.88 18.34 92.1
V(at. %) 10.77 5.32 － － － － 50.37
Ta(at. %) 45.23 52.34 － － － － 0
O(at. %) 44 42.34 － － － － 49.63
ΔT (T2-T1，%，600nm) 3.6 3.3 9 4.9 7.9 4.8 9.5
電荷密度(mC/cm 2) 4.94 趨近0 17.17 19.6 20.33 11.58 24.17
由表1的實施例1至5及比較例1至7可知，隨著該鉭靶材的射頻功率上升，膜厚會隨之上升，且鉭摻雜量也隨之增加。再者，當鉭摻雜量逐漸增加時，△T值及電荷密度會逐漸減少，表示電致變色及儲存離子的能力也會隨著鉭摻雜量增加而減少，甚至失去電致變色及儲存離子的能力。
綜上所述，藉由該射頻濺鍍處理條件的設計，本發明電致變色離子儲存膜的製備方法所形成的電致變色離子儲存膜具有電致變色的特性且具有良好的儲存離子的能力。且利用該射頻濺鍍處理，能夠形成大面積且高緻密性的電致變色離子儲存膜，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

Claims (2)

  1. 一種電致變色離子儲存膜的製備方法，包含： 使釩靶材及鉭靶材在包含氬氣及氧氣的環境中進行射頻共濺鍍處理，而在一基板上形成一層濺鍍膜，其中，該環境的壓力控制在4×10 -3torr以下、該氬氣與該氧氣的壓力比值控制在10至20，且該鉭靶材的射頻功率控制在5W至30W。
  2. 如請求項1所述的電致變色離子儲存膜的製備方法，其中，該氧氣的壓力控制在2×10 -4torr至4×10 -4torr。
TW107136370A 2018-10-16 2018-10-16 電致變色離子儲存膜的製備方法 TWI675929B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW107136370A TWI675929B (zh) 2018-10-16 2018-10-16 電致變色離子儲存膜的製備方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW107136370A TWI675929B (zh) 2018-10-16 2018-10-16 電致變色離子儲存膜的製備方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI675929B true TWI675929B (zh) 2019-11-01
TW202016336A TW202016336A (zh) 2020-05-01

Family

ID=69189189

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW107136370A TWI675929B (zh) 2018-10-16 2018-10-16 電致變色離子儲存膜的製備方法

Country Status (1)

Country Link
TW (1) TWI675929B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI739419B (zh) * 2020-05-08 2021-09-11 崑山科技大學 電致變色材料的製作方法
TWI832093B (zh) * 2021-09-17 2024-02-11 崑山科技大學 電致變色離子儲存膜的製備方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104032278A (zh) * 2014-06-12 2014-09-10 中国科学院上海技术物理研究所 一种二氧化钒薄膜制备方法
CN104250068A (zh) * 2014-08-15 2014-12-31 中国科学院上海技术物理研究所 一种智能节能窗用二氧化钒基膜系及其制备方法
TW201612614A (en) * 2010-04-30 2016-04-01 View Inc Electrochromic devices

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201612614A (en) * 2010-04-30 2016-04-01 View Inc Electrochromic devices
CN104032278A (zh) * 2014-06-12 2014-09-10 中国科学院上海技术物理研究所 一种二氧化钒薄膜制备方法
CN104250068A (zh) * 2014-08-15 2014-12-31 中国科学院上海技术物理研究所 一种智能节能窗用二氧化钒基膜系及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI739419B (zh) * 2020-05-08 2021-09-11 崑山科技大學 電致變色材料的製作方法
TWI832093B (zh) * 2021-09-17 2024-02-11 崑山科技大學 電致變色離子儲存膜的製備方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW202016336A (zh) 2020-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang Pulsed laser deposition of manganese oxide thin films for supercapacitor applications
Evecan et al. Highly uniform electrochromic tungsten oxide thin films deposited by e-beam evaporation for energy saving systems
Usha et al. Electrochromic properties of radio frequency magnetron sputter deposited mixed Nb2O5: MoO3 (95: 5) thin films cycled in H+ and Li+ ions
Huang et al. Electrochemical studies of silicon nitride electron blocking layer for all-solid-state inorganic electrochromic device
Chen et al. A novel ionically crosslinked gel polymer electrolyte as an ion transport layer for high-performance electrochromic devices
TWI675929B (zh) 電致變色離子儲存膜的製備方法
Leitzke et al. Electrochemical properties of WO3 sol-gel thin films on indium tin oxide/poly (ethylene terephthalate) substrate
KR101816536B1 (ko) 전기변색소자 및 그 제조방법
Akkurt et al. Investigation of TiO 2 thin films as a cathodic material for electrochromic display devices
Ren et al. Annealing effects on the optical and electrochemical properties of tantalum pentoxide films
Malik et al. Surface modification of sputter deposited γ-WO3 thin film for scaled electrochromic behaviour
Wang et al. Hierarchical structure WO3/TiO2 complex film with enhanced electrochromic performance
Kumar et al. Simulation and fabrication of tungsten oxide thin films for electrochromic applications
Wang et al. Preparation and electrochromic properties of NiO and ZnO-doped NiO thin films
Lu et al. Excellent electrochromic properties of tungsten oxide films with a mesoporous structure
Evecan et al. Electrochromic device application of tungsten oxide film with polymer electrolytes
JP2013213944A (ja) エレクトロクロミック薄膜の形成方法及びエレクトロクロミック素子の製造方法
Yoshimura et al. TiO 2 electrochromic thin films by reactive direct current magnetron sputtering
Wu et al. Ion transport in electrochromic nickel oxide thin films
Wang et al. Structural and electrochemical characterization of ‘open-structured’ITO films
TWI739419B (zh) 電致變色材料的製作方法
Louloudakis et al. The effect of growth time and oxygen flow on the properties of electrochromic WO3 thin layers grown by LPCVD
Park et al. Characterization of electrochromic WO3 thin films fabricated by an RF sputtering method
Atak et al. Fabrication of an all solid-state electrochromic device using zirconium dioxide as an ion-conducting layer
Fu et al. Pulsed Laser Deposited Ta2 O 5 Thin Films as an Electrochromic Material

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees