[发明专利]一种无机全固态电致变色器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电致变色器件，尤其涉及一种在玻璃上制作多层无机薄膜的器件，该器件通过电压控制实现变色，从而达到改变光线透过率的目的，属于调光玻璃技术领域。 

背景技术

电致变色器件在无眩光镜、显示器、建筑节能玻璃、航空航天温控装置等技术领域具有广泛的应用和发展前景。其中，全固态无机多层膜结构的电致变色技术由于具有环境适应性高、器件性能稳定性好、工业实用性强等优势而引起广泛关注。传统的全固态电致变色器件具有五层薄膜结构，即在两片玻璃间基本结构为：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。当在两个透明导电层间施加正向电压时，离子储存层中的离子被抽出，通过离子导电层，进入电致变色层，发生变色；当施加反向电压时，电致变色层中离子被抽出后又进入离子储存层，整个装置恢复透明原状。通常认为离子储存层可以平衡氧化还原反应，提高器件寿命。但是由于在器件变色过程中，离子需要在电致变色层、离子导电层和离子储存层之间跨薄膜迁移，在反复使用中会造成电荷残余，出现性能衰退；同时，也会造成离子迁移过程中响应时间增长，不利于快速变色的目的。因此，将器件结构由传统的五层简化为四层，集离子导电层和离子储存层的功能于一体，使全固态无机多层膜结构电致变色器件的结构或性能得到优化具有重大的实用意义，同时这种简化的四层结构也对无机离子导电层的材料和性能提出了更高的要求。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构优化的无机全固态电致变色器件及其制备方法。所提供的无机全固态电致变色器件其结构为：玻璃基片，以及依次在所述玻璃基片上沉积的透明导电层A/电致变色层/离子导电层/透明导电层B；其中，所述透明导电层A和透明导电层B均为掺铝氧化锌(ZAO)薄膜，所述电致变色层为氧化钨(WO₃)薄膜，所述离子导电层为钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)薄膜。 

其中，所述透明导电层A的厚度为500-900nm；所述电致变色层的厚度为50-800nm；所述离子导电层的厚度为200-350nm；所述透明导电层B的厚度为500-900nm。 

优选的，所述透明导电层A的厚度为600-800nm；所述电致变色层的厚度为400-600nm；所述离子导电层的厚度为250-300nm；所述透明导电层B的厚度为600-800nm。 

其中，所述作为离子导电层的钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)薄膜为具有尖晶石结构的多晶膜。 

其中，所述作为透明导电层A和透明导电层B的掺铝氧化锌(ZAO)薄膜为具有六角 纤锌矿结构的多晶膜。 

本发明还提供了一种结构优化的无机全固态电致变色器件的制备方法，依次包括(1)采用直流磁控溅射法在清洗干净的玻璃基片上制备ZAO薄膜的过程；(2)采用直流磁控溅射法在所述ZAO薄膜上制备WO₃薄膜的过程；(3)采用射频磁控溅射法在所述WO₃薄膜上制备Li₄Ti₅O₁₂薄膜的过程；(4)采用直流磁控溅射法在所述Li₄Ti₅O₁₂薄膜上制备ZAO薄膜的过程。 

其中，所述步骤(3)中采用Li₄Ti₅O₂陶瓷靶作为溅射靶材，所述Li₄Ti₅O₂陶瓷靶为氧化锂和金属钛经均化真空压制成型后，真空烧结而成的靶材，其中锂元素、钛元素和氧元素的摩尔比是4∶5∶2，在真空磁控溅射过程中与氧气反应从而得到化学计量比为4∶5∶12的Li₄Ti₅O₁₂薄膜。 

本发明中Li₄Ti₅O₁₂薄膜为锂离子提供了快速迁移通道，能够有效向WO₃薄膜进行离子注入和脱出；同时，Li₄Ti₅O₁₂薄膜也提供了有效的存储空间，使WO₃薄膜在漂白过程中锂离子快速脱出的同时，减少电荷残留，从而延长器件使用寿命；