一种全固态电致变色玻璃器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种全固态电致变色玻璃器件及其制备方法，包括透明基底，还包括生长在透明基底上，且依次设置的底层导电层、电致变色层Ⅰ、电致变色层Ⅱ、离子存储层、顶层导电层；电致变色层Ⅰ比电致变色层Ⅱ的氧含量低。本发明专利技术的有益效果是：通过制备使用两层或多层电致变色层，制备阶梯式晶体结构及不同尺寸的离子通道，达到增强离子传导率，提高相应时间，增加电致变色效率，同时在长时间使用过程中器件整体结构匹配性好不易失配，离子注入脱出通道不易损坏，极大的增强循环使用寿命，同时两层或多层电致变色层结构更为致密，足够起到电子绝缘的功能也能省略制备离子传导层。

All solid state electrochromic glass device and preparation method thereof

The invention discloses a solid electrochromic glass device and a preparation method thereof, including a transparent substrate, including growth on a transparent substrate, and are arranged in the bottom conductive layer, the electrochromic layer 1, electrochromic layer II, ion storage layer, the top conductive layer; oxygen content of electrochromic layer I compared the electrochromic layer of low. The beneficial effects of the invention are prepared by using two or more layers of electrochromic layer, preparation of ladder type crystal structure and ion channels of different sizes, to enhance the ion conductivity, improve the corresponding time, increase the electrochromic efficiency, at the same time in the long time use device during the whole structure, not easy from the channel mismatch, ion implantation is not easy to damage, enhance the service life cycle greatly, at the same time, two or more layers of electrochromic layer structure is more compact enough to electronic insulation function can also be omitted for preparation of ion conducting layer.

【技术实现步骤摘要】
一种全固态电致变色玻璃器件及其制备方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对现有技术存在的技术问题，本专利技术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。本专利技术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，本专利技术包括电致变色层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％。作为优选，离子存储层可以是氧化镍、氧化钴、氧化铁、氧化锰、氧化铬、氧化铑、氧化铱、氧化镍钨、氧化镍钒、氧化镍锰、氧化镍铝中的一种或几种，离子可以是氢离子、锂离子、钠离子、钾离子、镁离子中的一种或几种；这些离子可以来源于其对应的单质、氧化物、过氧化物的一种或多种。作为进一步优选，所述离子存储层材料选择氧化镍钨；离子源为锂离子；离子源可以是制备离子存储层时掺杂或者离子存储层制备好后通过溅射，热蒸发法、溶胶凝胶法注入；总体来说离子存储层是一层膜，即包含离子的氧化物层；离子存储层的厚度为100～350nm；离子掺杂量在为0.1％～10％。作为优选，电致变色层Ⅰ、电致变色层Ⅱ作为阴极电致变色层，离子存储层作为阳极电致变色层。作为优选，底层导电层、电致变色层Ⅰ、电致变色层Ⅱ、离子存储层、顶层导电层的每一膜层的厚度均匀性达到小于等于5％，所有薄膜沉积后的厚度均匀性达到小于等于5％；本专利技术还提供了一种全固态电致变色玻璃器件的制备方法，包括：依次在透明基底生长底层导电层、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，所述电致变色层Ⅰ、电致变色层Ⅱ在磁控溅射系统中完成，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，所述电致变色层Ⅰ制备过程中的工作气压比电致变色层Ⅱ低0.1～0.3Pa。作为优选所有薄膜制备后进行后期热处理，热处理可能是真空退火、气氛退火、大气退火的一种或几种，退火温度200～450℃，退火时间15～200min，真空退火时真空度为10-2～10-4Pa，气氛退火时真空度为10-1Pa,在氮气气氛中。本专利技术的有益效果是：通过制备使用两层或多层电致变色层，通过控制对每层生长工艺条件和含氧量，制备阶梯式晶体结构及不同尺寸的离子通道，达到增强离子传导率，缩短相应时间，增加电致变色效率，离子注入脱出通道不易损坏，极大的增强循环使用寿命，同时两层或多层电致变色层结构，热处理后更为致密，能起到电子绝缘的功能，省略制备离子传导层。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图中：1、透明基底，2、底层导电层，3、电致变色层Ⅰ，4、电致变色层Ⅱ，5、离子存储层，6、离子源，7、顶层导电层。具体实施方式下面通过具体实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。一种全固态电致变色器件的制备方法(参见附图1)，在透明基底1上通过物理气相沉积方法生长底层导电层2，在底层透明导电层上沉积生长电致变色层Ⅰ3，电致变色层Ⅱ4，再沉积离子存储层5，沉积离子源6，离子源为锂或者氧化锂或者过氧化锂中的一种或几种，离子源沉积后再沉积生长顶层导电层7，顶层透明导电层沉积生长后通过热处理完成器件的制备。底层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全固态电致变色玻璃器件，包括透明基底，其特征在于，还包括生长在透明基底上，且依次设置的底层导电层、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；电致变色层Ⅰ比电致变色层Ⅱ的氧含量低。

【技术特征摘要】
1.一种全固态电致变色玻璃器件，包括透明基底，其特征在于，还包括生长在透明基底上，且依次设置的底层导电层、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；电致变色层Ⅰ比电致变色层Ⅱ的氧含量低。2.根据权利要求1所述的全固态电致变色玻璃器件，其特征在于，按照重量百分比计算，所述电致变色层Ⅰ中氧元素的含量比电致变色层Ⅱ中含量少1％～20％。3.根据权利要求1所述的全固态电致变色玻璃器件，其特征在于，所述离子存储层是与电致变色层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。4.根据权利要求3所述的全固态电致变色玻璃器件，其特征在于，所述离子存储层本体材料选自氧化镍、氧化钴、氧化铁、氧化锰、氧化铬、氧化铑、氧化铱、氧化镍钨、氧化镍钒、氧化镍锰、氧化镍铝中的一种或几种，离子源选自氢离子、锂离子、钠离子、钾离子、镁离子中的一种或几种，离子掺杂量在0.1～10％；离子存储层的厚度为100～350nm。5.根据权利要求1所述的全固态电致变色玻璃器件，其特征在于，所述电致变色层Ⅰ、电致变色层Ⅱ的材料选自氧化钛、氧化钒、氧化锆、氧化铌、氧化钼、氧化钽、氧化钨中的一种或者几种；电致变色层Ⅰ的厚度为300～1000...

【专利技术属性】
技术研发人员：王菊，张永夫，王利君，卢俊杰，俞峰，周海龙，
申请(专利权)人：浙江上方电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33