[发明专利]可见至中红外波段可调控光性能的电致变色薄膜器件及制备方法

说明书

本发明公开了一种可见至中红外波段可调控光性能的电致变色薄膜器件及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：S1：选取基底，并对基底进行前处理；S2：在处理后的基底上制备高透过率导电层；S3：在所述高透过率导电层上沉积WO₃层作为变色层，然后在WO₃层上继续沉积Ta₂O₅作为电解质层，然后进行退火处理，得到晶态WO₃；S4：继续沉积金属氧化物作为离子存储层，然后在金属氧化物的基础上重复步骤S2，得到电致变色薄膜器件；其中，若基底为透明导电材料，直接在处理后的基底上进行步骤S3。通过该方法得到的电致变色薄膜器件可以从可见至红外光调控光性能，而且可以针对不同的波段而设计组分得到各种各样不同的变色和热管理性能。

技术领域

本发明属于智能热控薄膜领域，尤其涉及一种可见至中红外波段可调控光性能的电致变色薄膜器件及其制备方法。

背景技术

电致变色材料是可以通过外场的电压实行光性能实时调控的智能材料，在施加电压过程中，光性能会随着电压改变产生连续性变化，通常在可见波段低透明状态称为着色，高透明为褪色。电致变色材料大多由过渡金属氧化物为主，分为阴性和阳性，分别指通过负电压和正电压着色的材料。由于需要电场的供应，材料本身无法独立变色，单层的材料需要在电化学工作站中，通过施加电压和电解液提供离子才能变色。实际应用中，全固体的电致变色器件通常由5层薄膜组成，分别是：电极层，变色层，电解质层，离子存储层和电极层。其中电极是直接连接正负极的导电层，变色层是电致变色材料，电解质层提供离子传输通道，离子存储层则是在变色层褪色时，可以容纳离子的材料。本研究主要针对“多光谱复合调控智能热控薄膜制备技术、关键调控工艺”展开研究，是实现利用电场对智能热控薄膜在可见近红外和中红外波段光学性质调控的关键。

经对现有技术的文献检索发现，围绕电致变色器件的制备方法，有不少文献报道，如2019年发表的中国专利CN201880027304.3，名称为：“电致变色装置”。该专利的技术特点在于发明了一种包括电极层、电致变色层和具有闭环形状的导电带的装置，合成的电致变色器件具有优异的颜色转换速度和电致变色均匀性，提升了目前大多电致变色器件变色相对长，大面积装置变色不均匀的困难。但是该技术仅能得到相对窄波段的性能提升，主要停留在可见波段的调控，不能调控红外或其它波段，限制了其在热管理等方面的性能及应用。美国Ashwin Ushas公司的专利申请号PCTUS201332320中，新型的电致变色材料的制备是通过改变聚苯胺分子结构,得到了一系列包含多杂环的聚苯胺衍生物,并通过新型的掺杂手段制备了针对特定波段调控性能优异的导电高分子材料。高分子材料有效提高电致变色器件的变色效率和缩短响应时间，但是基于是有机物材料，其稳定性和寿命仍有待优化。美国Eclipse Energy Systems公司在美国专利US7265890B1中研制了EclipseVED全无机固态5层薄膜结构WO₃基电致发射率薄膜器件，其能耗低、质量轻，并增加了红外透明保护膜，能够有效地调节物体表面的发射率。其专利得出的样品也顺利在外太空经过测验，具备高稳定性和变色性能。然而其变色波段仅限于红外辐射率，在可见波段器件呈不透明状态，限制了其在许多对可见有要求的应用，如屏幕、反光镜、智能窗户、太阳能电池等。

发明内容

本发明提供一种可见至中红外波段可调控光性能的电致变色薄膜器件及其制备方法，该电致变色薄膜器件可以从可见至红外光调控光性能，而且可以针对不同的波段而设计组分得到各种各样不同的变色和热管理性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种可见至中红外波段可调控光性能的电致变色薄膜器件的制备方法，包括以下步骤：

S1：选取基底，并对基底进行前处理；

S2：在处理后的基底上制备高透过率导电层；