[发明专利]一种全固态电致变色玻璃器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电致变色玻璃领域，尤其是一种全固态电致变色玻璃器件及其制备方法。

背景技术

自1950年代电致变色技术问世以来，电致变色技术随着材料、真空、电子等相关科学的发展茁壮起来，人们致力于制备出变色性能，变色效率、寿命循环次数卓越的电致变色器件，以期望能广泛应于建筑幕墙、室内装饰、功能机器、交通运输等方向，达到智能舒适、节能环保的目的。电致变色玻璃指的是在玻璃上沉积的各种电致变色相关功能材料薄膜，一般由底层导电层、电致变色层、离子传导层、离子存储层以及顶层导电层所构成。

电致变色器件由于其材料的不同分为有机电致变色玻璃，无机电致变色玻璃；由于其结构不同分为全固态电致变色玻璃，液态电致变色玻璃。由于无机材料本身材料特殊性，全固态无机电致变色玻璃在电场循环下使用抗阳光辐射，寿命相对有机材料较长，全固态结构安全可靠等优点。但同时全固态无机电致变色玻璃亦有缺点，由于膜系的全固态结构，离子在电场作用下，从离子存储层向电致变色层移动引起变色的过程中，会受到电致变色层晶体结构及离子固溶度的影响，极大的影响变色效果及电致变色效率，且常规的电致变色膜层结构，离子注入及脱出循环多次后膜层之间的晶格失配严重，会引起一系列膜层质量问题，引发电致变色功能消失。随着电致变色玻璃在建筑材料上的应用，大面积电致变色玻璃的需求越来越突显电致变色效率低及循环使用寿命的问题。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明通过大量实验提出了一种具有至少两层晶体结构且致密度不同的电致变色层的全固态电致变色玻璃器件，与透明导电层相连的电致变色层I结构比较致密，保证膜层与透明导电层结合能力，电致变色层Ⅱ结构相对电致变色层I疏松，保证具备离子能顺利通过的“电致变色通道”，达到增强离子传导率，循环使用寿命、增强记忆时间及变色效率的目的，以解决现有技术的困难。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种全固态电致变色玻璃器件结构，依次按照功能划分，依次在透明基底上生长底层导电层、至少两层电致变色层Ⅰ和电致变色层Ⅱ、离子存储层、顶层导电层，作为优选，本发明包括电致变色层Ⅰ和电致变色层Ⅱ。其中离子存储层同时也可以是与电致变色层Ⅰ、电致变色层Ⅱ互为阴阳极的电致变色层和离子的混合层，经过热处理或光处理后，整体器件为五层结构，提高了响应速度和使用寿命。作为优选，底层透明基底可能是钠钙玻璃，硼硅玻璃，超白玻璃，石英玻璃，树脂薄膜等。

作为优选，底层导电层、顶层导电层可以是氧化铟锡，氧化锌铝，掺氟氧化锡，纳米银网，石墨烯等的一种，进一步优选为氧化铟锡；导电层的厚度为100～1000nm，方阻为3～30Ω/□；制备工艺可能是气相沉积法(包括物理气相沉淀法(PVD)和化学气相沉淀法(CVD)，物理气相沉淀法中常见的方法有磁控溅射等、热蒸发法等)、溶胶凝胶法。

作为优选，电致变色层Ⅰ、电致变色层Ⅱ的材料可以是氧化钛，氧化钒，氧化锆，氧化铌，氧化钼，氧化钽，氧化钨的一种，或者几种；电致变色层Ⅰ的厚度为300～1000nm，电致变色层Ⅱ的厚度为150～500nm；制备工艺可能是气相沉积法，包括化学气相沉积法(CVD)、热蒸发法和物理气相沉淀法(PVD)(比如常见的有磁控溅射等)；作为优选，可采用物理气相沉积法生长电致变色层Ⅰ、电致变色层Ⅱ，作为进一步优选，可采用磁控溅射法生长电致变色层Ⅰ、电致变色层Ⅱ。

作为优选，电致变色层Ⅰ、电致变色层Ⅱ采用的金属材料一致时，制备工艺参数可能会有差别，可能调整材料中元素比例，工艺温度，工作气压的一种或几种。比如：作为优选，电致变色层Ⅰ、电致变色层Ⅱ中，可能调整材料中氧元素比例不同，电致变色层Ⅰ中氧元素比电致变色层Ⅱ中含量少1％～20％，进一步优选为1％～5％。作为优选，电致变色层Ⅰ、电致变色层Ⅱ，工艺温度有所差别，电致变色层Ⅰ制备过程中的温度比电致变色层Ⅱ低50～200℃。作为优选，电致变色层Ⅰ、电致变色层Ⅱ，工作气压有所差别，电致变色层Ⅰ制备过程中的工作气压比电致变色层Ⅱ低0.1～0.3Pa。

作为优选，所述电致变色层Ⅰ中，金属原子与氧原子的摩尔比为1:(2～3)；所述电致变色层Ⅱ中，金属原子与氧原子的摩尔比为1:(2.5～3.5)。作为进一步优选，所述电致变色层Ⅰ、电致变色层Ⅱ选择氧化钨：WOx，所述电致变色层Ⅰ中，x＝2.5～2.95；所述电致变色层Ⅱ中，x＝2.98～3.0。以重量百分比计算，所述电致变色层Ⅰ中氧元素的含量为17～21％；所述电致变色层Ⅱ中氧元素的含量为20～21％。