[发明专利]镁钇合金及氧化钨薄膜为基的全固体电致变色调光器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种多层复合结构的全固体电致变色器件，尤其涉及采用三氧化钨薄膜和镁钇合金薄膜多层复合结构，通过施加电压可以使器件调控光线的透过，吸收和反射，以实现建筑物和移动物体的玻璃及其他外壁的光线调节，属于节能环保的智能材料。

背景技术

人类社会发展面临着能源与资源短缺，环境污染，人口膨胀，全球变暖等诸多问题。其中，能源与环境问题尤为突出，且两者之间存在着千丝万缕的联系，如能源消耗必然带来CO₂排放增加，进一步加剧全球变暖和温室效应。据BP发布的《Statistical Review of World Energy 2014 Full Report》统计表明，我国2013年一次能源消耗高达2852.4百万吨油当量，CO₂排放量9524.3百万吨，双双位居世界第一。而我国建筑业能耗占总耗能的33％左右(截止2012年统计)，且目前还在以每年1个百分点的速度增加。在整个建筑能耗当中，外窗损耗(目前主要是玻璃窗)占到了50％以上。因此如何降低建筑能耗，尤其是降低玻璃外窗的损耗，成为目前各国科研人员研究的热点。

目前，市场上销售节能玻璃或节能贴膜(简称节能窗)，均属于低发射率(Low-E)的范畴，特点是具有较高的可见光透过率和较低的远红外发射率(冬季隔热)，可在实现隔热保温的同时，对太阳光中的红外部分实行高遮断(适合于炎热地区)或高透过(适合于寒冷地区)。但是，由于低发射率节能窗光学性能固定，不能随环境变化实现冬夏双向调节，不适合冬暖夏热四季分明地区的应用。

而最近出现的智能型节能玻璃，由于其光学性能可随外界环境或居住者的需要实现双向调节，能适用于大部分冬暖夏热地区，使居住空间更为舒适节能，被称作为下一代的玻璃产品。根据材料的致变色原理可分为电致变色、气致变色、热致变色和光致变色等几种主要类型。气致变色窗是通过气体(主要是氢气)的植入与脱出实现窗户不同状态的变化，进而控制光线进入室内的通量。虽然能过主动控制，但是涉及到使用氢气的安全性，耐久性问题及其供气系统的研究不完备性而导致镁合金气致变色玻璃的普及目前有很多关键问题需要解决。光致变色窗和热致变色窗属于被动控制，随着光线的强弱或者温度的改变而自律变化，不能按照人们的意愿改变光线及热量进入室内的通量。而电致变色窗可以通过外界电压的调节实现对光通量的控制，从而实现节能减排，降低能耗，美化装饰等目的，且电致变色窗不仅仅局限于建筑上使用，同时可以应用在交通(如汽车玻璃，防眩光后视镜)，通信(光路控制开关)，军事(隐蔽)，卫星等，可以说电致变色窗的研究，尤其是电致变色相 关器件的研究对改善人类生活，节能减排，促进社会发展有极其重要的意义。

智能窗按其对光线的控制方式又可以分为吸收型和反射型。绝大部分变色材料都是吸收型，虽然此类变色材料能起到节能的效果，但因为存在本身辐射的问题，实际节能效果不好，而气致变色材料属于反射型材料，但安全稳定性不高，因此制造反射型节能窗是目前研究智能窗的新热点。

发明内容

本发明旨在提供一种新型的全固体电致变色调光器件，兼具有电致变色器件和气致变色器件的优点。

本发明提供一种镁全固体电致变色调光器件，包括三氧化钨储氢层、镁钇合金调光层以及位于三氧化物储氢层、镁钇合金调光层之间的质子传导层和贵金属催化层。

本发明结合了电致变色材料三氧化钨和反射型气致变色材料镁钇合金，在施加电压时，器件可以调节光线的透过、吸收和反射：镁钇合金层一面可以在镜面态(银白色)和透明态(无色)之间转变，其另一三氧化钨面可以在吸收态(蓝色)和透明态(无色)之间转变，有望应用于节能智能窗户，移动体窗户，紫外、可见、红外全光谱阻隔器件，或者把全固体电致变色器件嵌入到任何调光部件上。

本发明中，所述三氧化钨储氢层为非晶态薄膜，厚度可为50～500nm，优选100～200nm。

本发明中，所述质子传导层可为无机氧化物透明导电薄膜或有机高分子质子导电薄膜。例如所述质子传导层可为五氧化二钽或五氧化二钕非晶态无色透明薄膜，厚度可为50～500nm，优选100～120nm。又例如，所述质子传导层可为聚四氟乙烯质子交换薄膜，厚度可为10～500μm，优选100μm。

本发明中，所述贵金属催化层的化学组成为金属钯或其合金PdM_y，PdM_x合金中M为Sc，Y，Ti，Zr，V，Nb，Ta，Fe，Ni，Co，Mo，W中的至少一种，其中y为0<y≤0.5。所述贵金属催化层的厚度可为5～10nm。