[发明专利]在基底上超声喷雾热解沉积一个或更多个电致变色膜和/或电解质膜的改善方法

说明书

本发明提供通过在基底上超声喷雾热解(USP)沉积制备电致变色膜或电解膜的方法，其包括：将表面活性剂混合至包含电致变色组分或电解质组分的水性前体溶液中，以提供喷雾溶液；将所述喷雾溶液以介于0.1 mL/min和2 mL/min之间的恒定流速引入超声喷雾沉积喷嘴中，并施加介于80和120 kHz之间的超声频率以产生所述前体溶液的雾化液滴；用在介于0.50至2.0 psi之间的压力下的受控空气射流作为气体载体夹带所述雾化液滴至200至450°C的温度下的预热基底上；在沉积到所述预热基底上时使所述雾化液滴热转化，以产生电致变色膜或电解质膜。还通过根据本发明的方法提供了多层堆叠结构。

本发明涉及通过在大气压下、在基底上超声喷雾热解(USP)沉积来制备电致变色膜或电解质膜的方法。本发明还涉及在该基底上的电致变色膜和电解质膜的多层堆叠结构(stacking construction)。

背景：

超声喷雾热解在本领域中是众所周知的且最近已被Tenent(特别在US 2011/0260124中)应用于电致变色金属氧化物膜的沉积。

然而，所得膜的质量不是最佳的，特别地就均质性和电致变色性能如着色对比度、着色效率、可逆性、耐久性、转换动力学(switching kinetics)、表面/界面缺陷而言。此外，工艺条件也有待改善，以在中等成本下，在大规模基底上有效。多层结构也需要关于在基底上的各层的特性(behaviour)(稳定性、性能…)以及不同层之间的界面而被改善。

R.C. Tenent在US 2011/0260124中教导了在大气压下沉积到FTO(氟掺杂的氧化锡)覆盖的玻璃基底的表面上的电致变色膜，如锂掺杂的氧化镍(Li-NiO)，其中所述氧化物通过水基前体溶液的热解反应产生。液体前体溶液的雾化液滴通常被氮气流携带至受热玻璃基底，让该前体溶液在所述受热玻璃基底上干燥。在干燥期间，在该基底上产生涂层。该涂层可为完全或部分结晶的或无定形的。

R.C. Tenent还在ECS Electrochemistry Letters 1 (2012) H24-H27和SolarEnergy Materials and Solar Cells 99 (2012) 50-55中教导了实现氧化钨WO₃的电致变色膜的方法。

所述膜通过两步法产生。通过热丝化学气相沉积合成晶体氧化钨纳米颗粒。收集该纳米颗粒并将其分散于乙醇中，并随后用于在室温下使用超声喷雾沉积、接着在2小时期间在300°C下进行退火步骤以改善结晶度来形成电致变色薄膜。WO₃膜是介孔性的，这是由于它们由纳米颗粒堆叠产生。

R.C. Tenent在Electrochemistry Communications 25 (2012) 62-6和SolarEnergy Materials and Solar Cells 121 (2014) 163-170中进一步教导了实现氧化钨的电致变色膜的又一种方法。

所述方法将在无水乙醇(EtOH)中的三嵌段聚合物——聚(乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)添加到六氯化钨(WCl₆)在EtOH中的前体溶液中，并使用室温下的超声喷雾沉积、接着在水蒸气室中进行水解和在300-400°C下进行退火来完成WCl₆向WO₃的转化。

发明内容：

发明人现在已发现用于在大气压下在基底上进行改善的USP沉积方法的特定条件，所述方法使用空气作为由水性前体溶液组成的液滴的气体载体，以通过雾化液滴热解在预热基底上产生一个或更多个电致变色膜或电解质膜。有利地进行该方法(其通常用于电致变色膜和电解质膜制备)而没有任何额外的退火步骤。

也已在大规模基底上获得改善的均质的薄电致变色层或电解质层，其具有高的层均匀性、完美的覆盖和改善的电致变色性能如着色效率、着色对比度、低光扩散率(雾度)、良好的循环可逆性、耐久性、转换动力学。