本發(fā)明屬于電致變色加工領(lǐng)域，具體涉及一種固態(tài)全薄膜電致變色器件的結(jié)構(gòu)及制備方法。

背景技術(shù)：

電致變色是指材料的光學(xué)屬性(反射率、透過率、吸收率等)在外加電場的作用下發(fā)生穩(wěn)定、可逆的顏色變化的現(xiàn)象，在外觀上表現(xiàn)為顏色和透明度的可逆變化。電致變色智能玻璃在電場作用下具有光吸收透過的可調(diào)節(jié)性，可選擇性地吸收或反射外界的熱輻射和內(nèi)部的熱的擴(kuò)散，起到改善自然光照程度、防窺的目的。因此，電致變色器件在建筑領(lǐng)域、車用防眩光、太陽變色眼鏡方面具有很廣闊的利用價(jià)值。

電致變色器件工作區(qū)域一般由一個(gè)變色材料層、一個(gè)離子導(dǎo)體層、一個(gè)離子儲存層組成?，F(xiàn)有的電致變色器件，其變色材料層、離子導(dǎo)體層、離子儲存層往往需要通過不同的多種工藝制成，隨后需要經(jīng)過復(fù)雜的封裝工藝才能制成。采用無機(jī)離子儲存層的全固態(tài)器件比有機(jī)離子儲存層的全固態(tài)器件能經(jīng)受更長時(shí)間的太陽輻射。而無機(jī)全固態(tài)器件中鋰源來源于鋰氧化物離子傳導(dǎo)層或鋰氧化物離子儲存層。現(xiàn)有的技術(shù)采用直接濺射鋰氧化物離子傳導(dǎo)層或鋰氧化物離子儲存層，存在鋰氧化物中單位體積有效鋰含量低、鋰氧化物膜層成分一致性控制困難、濺射速率較低導(dǎo)致的該段設(shè)備投入成本昂貴的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服了現(xiàn)有技術(shù)中電致變色器件成分一致性控制困難、鋰源化合物沉積慢的瓶頸，從而提出一種固態(tài)全薄膜電致變色器件的結(jié)構(gòu)及制備方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種全固態(tài)電致變色器件(如圖1所示)，所述電致變色器件送上到下依次由金屬反射層或透明導(dǎo)電層、電致變色層、介質(zhì)層、鋰合金層、離子儲存層、透明導(dǎo)電層組成。

優(yōu)選的，所述金屬反射層為銀、鋁中的一種。

優(yōu)選的，所述透明導(dǎo)電層為氧化銦錫、鋁摻雜氧化鋅、氟摻雜氧化錫的一種。

優(yōu)選的，所述電致變色層可為過渡金屬氧化物。

優(yōu)選的，所述過渡金屬氧化物為氧化鎢、五氧化二釩、氧化鈮、氧化鈦、氧化釔、氧化鈷、氧化鉬中的一種。

優(yōu)選的，所述介質(zhì)層為硅氧化物、硅氧氮化物的一種。

優(yōu)選的，所述鋰合金層為鋰鋁合金、鋰鎂鋁合金的一種。

優(yōu)選的，所述介質(zhì)層厚度為10～500nm；所述鋰合金層為5～100nm；所述離子儲存層厚度為300～1000nm；所述電致變色層厚度為300～1000nm；所述金屬反射層厚度為20～500nm。

本發(fā)明還公開了一種制備任一項(xiàng)所述電致變色器件的方法，所述方法步驟如下：

a.取玻璃或柔性高聚物為襯底，并將其洗凈后置于爐膛內(nèi)；

b.使用磁控濺射在所述襯底的表面沉積金屬反射層或透明導(dǎo)電層；

c.取掩膜板置于所述金屬反射層上方，以留出接線區(qū)；隨后通過物理氣相沉積設(shè)備沉積出電致變色層；

d.隨后通過磁控濺射或熱蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)或化學(xué)氣相沉積設(shè)備在所述電致變色層上沉積一層介質(zhì)層；

e.在所述介質(zhì)層上物理氣相沉積一層金屬鋰或鋰合金層。

f.在所述鋰合金層上通過磁控濺射方式沉積出離子儲存層；

g.在所述離子儲存層上，覆上掩模板，以留出接線區(qū)，鍍出第二層透明導(dǎo)電膜。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明提供的全固態(tài)電致變色器件，由多層復(fù)合膜層組成，具有工藝簡潔、鍍膜速率快、成分控制良好、器件耐候性好、循環(huán)穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。所述工藝中的靶材可以使用直流電源，相比使用射頻電源的傳統(tǒng)工藝，在鍍膜速率上是傳統(tǒng)的8-11倍，大幅提高了產(chǎn)能，在整體器件的變色速率上也有大幅改進(jìn)。本發(fā)明突破了現(xiàn)有全固態(tài)電致變色器件結(jié)構(gòu)鋰源層鍍膜速率過慢的限制，創(chuàng)新性的提出了通過物理氣相沉積設(shè)備解決磁控濺射在濺射鋰化物陶瓷靶效率低的問題，更容易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。在應(yīng)用前景方面，根據(jù)底層材料的選擇，可用于兩大方向的產(chǎn)業(yè)。如：底層使用金屬反射層可用于電致變色汽車后視鏡，底層使用透明導(dǎo)電層則可用于建筑幕墻節(jié)能玻璃。

附圖說明

為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中

圖1是實(shí)施例所述的用于汽車后視鏡電致變色器件的縱切面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是實(shí)施例所述的用于汽車后視鏡電致變色器件的正面示意圖；

圖3是實(shí)施例所述的用于汽車后視鏡電致變色器件的褪變色反射率的對比圖；

圖4是實(shí)施例所述的用于汽車后視鏡電致變色器件的反射率隨相應(yīng)時(shí)間的變化曲線；

圖5是實(shí)施例所述的用于建筑幕墻節(jié)能玻璃的電致變色器件的縱切面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是實(shí)施例所述的用于建筑幕墻節(jié)能玻璃的電致變色器件的褪色與變色狀態(tài)透過率效果對比圖；

圖7是實(shí)施例所述的用于建筑幕墻節(jié)能玻璃的電致變色器件在850nm波長下透過率隨響應(yīng)時(shí)間變化的效果圖；

附圖標(biāo)記為：1-全固態(tài)電致變色器件膜。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

實(shí)施例1本實(shí)施例公開了一種用于汽車后視鏡的全固態(tài)電致變色器件(如圖1、2所示)，將車鏡大小玻璃倒邊磨角后置于磁控濺射腔體內(nèi)，在玻璃表面依次鍍膜形成器件，所述電致變色器件送上到下依次包括：

銀反射層、氧化鎢層、硅氧化物層、鋰鎂合金層、鈦摻雜磷酸鐵鋰層、氧化銦錫層。隨后對其進(jìn)行了后視鏡性能表征測試，如圖3、4所示，其反射率調(diào)節(jié)幅度大且具有快速響應(yīng)能力。

所述銀反射層厚度為60nm；氧化鎢層厚度為350nm；硅氧化物層厚度為30nm；鋰鎂合金層層厚度為20nm；鈦摻雜磷酸鐵鋰層厚度為600nm；氧化銦錫層為200nm；

實(shí)施例2本實(shí)施例公開了一種全固態(tài)電致變色器件，所述電致變色器件送上到下依次包括鋁反射層、氧化鎢層、硅氮氧化物層、鋰鋁合金層、氧化鎳、透明導(dǎo)電層。

所述鋁反射層厚度為100nm；氧化鎢層厚度為400nm；硅氮氧化物層厚度為50nm；鋰鎂合金層層厚度為25nm；氧化鎳層厚度為650nm；氧化銦錫層為200nm；

實(shí)施例3本實(shí)施例公開了一種全固態(tài)電致變色器件(其整體縱切面結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示)，所述電致變色器件送上到下依次包括鋁合金反射層、氧化鎢層、硅氮氧化物層、鋰鋁合金層、銅摻雜磷酸鐵鋰層。

所述氧化鎢厚度為500nm；所述鋰鋁合金層為30nm；硅氮氧化物層為100nm；氧化鎳層為500nm；

實(shí)施例4本實(shí)施例公開了一種用于建筑幕墻節(jié)能玻璃的全固態(tài)電致變色器件的制備工藝，步驟如下：

1.8mm玻璃經(jīng)等離子體清洗后置于磁控濺射鍍膜設(shè)備中。

采用直流磁控濺射透明導(dǎo)電層ito膜：本底真空度為1.8x10^-3pa，通入純氬氣至腔體氣壓0.3pa，功率設(shè)置為6w/cm²，玻璃加熱200度下濺射膜層厚度為100nm的ito透明導(dǎo)電層。

隨后將掩膜版置于銀層上方，采用金屬鎢靶直流反應(yīng)濺射鍍電致變色氧化鎢層：本底真空度為1.8x10^-3pa，通入純氬氣至氬分壓1.3pa，通入氧氣至氧分壓2.2pa，功率設(shè)置為12w/cm²，濺射膜層厚度為600nm的氧化鎢電致變色層。

隨后在工藝3基礎(chǔ)上采用中頻電源磁控濺射薄膜作為離子傳導(dǎo)層：靶材使用硅鋁靶材，將儀器抽至本底真空1.8x10^-3pa，腔體通入氧氣至壓力達(dá)到1.3pa，射頻功率為2.2w/cm²，濺射膜層厚度為50nm的硅鋁氧化物離子傳導(dǎo)層。

在工藝4基礎(chǔ)上采用直流電源磁控濺射鋰鈦共摻雜氧化鎳薄膜作為離子儲存層：靶材采用7％鋰、5％鈦摻雜的氧化鎳陶瓷靶材，將儀器抽至本底真空1.8x10^-3pa，通入純氬氣至1.3pa，直流功率為5w/cm²，濺射膜層厚度為700nm的鋰鈦共摻雜氧化鎳薄膜。

在碳摻雜磷酸鐵鋰薄膜上，采用直流磁控濺射透明導(dǎo)電層ito膜：本底真空度為1.8x10^-3pa，通入純氬氣至腔體氣壓0.3pa，功率設(shè)置為6w/cm²，濺射膜層厚度為100nm的ito透明導(dǎo)電層。

實(shí)驗(yàn)例

實(shí)驗(yàn)例1

測試了器件變色前后透過率變化曲線圖，如圖6所示。器件變色前后透過率調(diào)節(jié)幅度大，最大可由85％調(diào)節(jié)至5％，非常適合電致變色建筑幕墻使用。

實(shí)驗(yàn)例2

測試了器件在850nm波長下，透過率隨響應(yīng)時(shí)間變化的性能。如圖7所示，該器件具有快速響應(yīng)能力，在數(shù)秒下即可完成高透過率至高吸收率的變化。

實(shí)驗(yàn)例3對所述的電致變色器件進(jìn)行褪變色通過率和隨相應(yīng)時(shí)間的變化實(shí)驗(yàn)測試

結(jié)果如圖3、圖4所示，可以看出實(shí)施例所得到電致變色器件的響應(yīng)速度很快，能在數(shù)秒內(nèi)完成高透到高光吸收的狀態(tài)。

圖3退變色對比圖：整體器件在變色褪色下的透過率對比圖。整體器件變色幅度很大，具有很高的光調(diào)制作用。

圖4變色響應(yīng)時(shí)間圖：整體器件響應(yīng)速度很快，能在數(shù)秒內(nèi)完成高透到高光吸收的狀態(tài)。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。