[实用新型]一种控制离子在金属氧化物薄膜中迁移的装置

说明书

本实用新型涉及一种控制离子在金属氧化物薄膜中迁移的装置。所述装置包括导电层、金属氧化物薄膜、电解质层和电极；所述金属氧化物薄膜覆盖于所述导电层表面，且所述金属氧化物薄膜的面积小于所述导电层的面积，从而在所述导电层的表面两侧形成空白区域；所述电解质层为含有杂质离子的液体电解质层或凝胶体电解质层，其包覆于所述金属氧化物薄膜表面；所述电极设于所述导电层的表面两侧的空白区域内，与所述导电层接触，且不与所述金属氧化物薄膜和所述电解质层接触，所述电极连接外电路产生电流，所述电流经过所述导电层且不经过所述金属氧化物薄膜和电解质层。本实用新型通过电流驱动，控制离子在金属氧化物薄膜中的迁移。

技术领域

本实用新型涉及离子注入与掺杂领域，尤其涉及一种控制离子在金属氧化物薄膜中迁移的装置。

背景技术

阳离子的掺入和脱出金属氧化物薄膜技术，被广泛应用于储能器件的充电和放电，也被应用电致变色等器件方面，但目前技术只能实现在外加电场的驱动下，离子垂直注入到金属氧化物薄膜层体内，进入体内后的离子靠浓度差扩散的方式均匀填满这个薄膜区域，无法进一步控制离子在金属氧化物薄膜的浓度分布以及控制掺杂区域。如果能实现注入金属氧化物体内的阳离子进行可控的横向迁移运动，并且移动后的离子在撤去外场后还能稳定存在预设定的区域内，将会引发一系列技术上的变革，如锂电池将可扁平化(同一层薄膜间的充放电)、电致变色窗户不再是整体变色，可实现局部可控变色，掺杂的浓度分布可控、空间分辨率更高等，甚至可能迎来阳离子在固态材料中的三维可控运动时代。

实用新型内容

基于此，本实用新型的目的在于，提供一种控制离子在金属氧化物薄膜中迁移的装置，可实现离子在电流驱动下的定向运动。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：一种控制离子在金属氧化物薄膜中迁移的装置，包括导电层、金属氧化物薄膜、电解质层和电极；所述金属氧化物薄膜覆盖于所述导电层表面，且所述金属氧化物薄膜的面积小于所述导电层的面积，从而在所述导电层的表面两侧形成空白区域；所述电解质层包覆于所述金属氧化物薄膜表面；所述电极设于所述导电层的表面两侧的空白区域内，与所述导电层接触，且不与所述金属氧化物薄膜和所述电解质层接触，所述电极连接外电路产生电流，所述电流经过所述导电层且不经过所述金属氧化物薄膜和电解质层。

相对于现有技术，本实用新型利用通电电流在金属氧化物薄膜与液体(或凝胶体)电解质层的固-液界面处形成磁场，杂质离子在该固-液界面处进行热平衡交换时，由于两侧能量势垒差的不同，导致离子从金属氧化物到液体(或凝胶体)会被加速，而从液体(或凝胶体)到金属氧化物则会被减速，导致在磁场作用下杂质离子在金属氧化物和液体(或凝胶体)中走不同半径的半圆弧运动，从而引起杂质离子在金属氧化物表面处形成宏观的移动量，实现杂质离子的定向迁移。本实用新型通过电流驱动，不但可以控制离子在金属氧化物薄膜中的迁移，还可以实时、随意控制离子在金属氧化物薄膜中的迁移速度、迁移量、迁移方向和路径，具有一定的普适性，这在离子预掺杂、能源存储等方面有重要的应用价值。

进一步地，所述金属氧化物薄膜为氧化钨薄膜、氧化钼薄膜、二氧化钛薄膜或五氧化二铌薄膜。

进一步地，所述电解质层为含有杂质离子的液体电解质层或凝胶体电解质层。

进一步地，所述杂质离子为锂离子、氢离子、钠离子、锌离子或钾离子。

进一步地，所述电解质层的面积大于所述金属氧化物薄膜的面积，且小于所述导电层的面积。

进一步地，所述导电层为金属薄膜、ITO薄膜、AZO薄膜或FTO薄膜。

进一步地，所述电极为金属电极、ITO电极、AZO电极或FTO电极。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。

附图说明

图1为实施例1的控制离子在金属氧化物薄膜中迁移的装置的结构示意图。