一种复层电致变色薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复层电致变色薄膜，以FTO导电玻璃为基板，在基板上依次涂覆有纳米晶态TCO薄膜及非晶WO3薄膜。其制备方法为：步骤1，分别配制浓度为0.2～0.6mol/L的TCO溶胶和0.10～0.17mol/L的WO3溶胶；步骤2，选用FTO导电玻璃作为镀膜基板采用浸渍提拉法，控制热处理工艺，制备膜厚为100～330nm的纳米晶态TCO薄膜；步骤3，在以上所获得的纳米晶态TCO薄膜的基础上，采用浸渍提拉法，制备非晶WO3薄膜，最终得到复层电致变色薄膜。本发明专利技术制备得到的可以传统的非晶WO3电致变色材料获得对可见‑近红外光波段透过率的分区可控能力，其制备工艺简单易行。

【技术实现步骤摘要】
一种复层电致变色薄膜及其制备方法
本专利技术属于功能材料
，具体涉及一种复层电致变色薄膜；本专利技术还涉及该复层电致变色薄膜的制备方法。
技术介绍
非晶氧化钨(WO3)薄膜因具有着色效率高、可逆性好、寿命长等优点，在电致变色灵巧窗、显示屏、防眩光汽车观后镜、电致变色镜等领域有重要的应用价值，是电致变色器件的首选材料之一。非晶WO3薄膜的电致变色属于电化学氧化还原反应变色，调制波段主要集中在550～1600nm，其对1600～2500nm处的长波近红外光的调制能力较弱。但随着人们对居住舒适度要求的提高，迫切需要一种光谱调制频段范围更宽的电致变色窗户玻璃，进而有效调制太阳光透射率。然而，传统的WO3薄膜不能满足这种需求。专利技术专利(CN105036564A)公开了一种透明导电纳米晶增强氧化钨电致变色薄膜及其制备方法，为解决该问题提供了一种思路。但由于WO3与ITO、AZO、ATO、FTO的结晶温度差较小，导致制备的“纳米晶-非晶”薄膜中纳米晶尺寸可调整的范围有限，薄膜在1600～2500nm频段区间的电致变色性能受纳米晶尺寸影响很大，因此，为获得性能更好的复层电致变色薄膜，迫切需要一种新的材料及其制备工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种复层电致变色薄膜，利用TCO纳米晶薄膜对近红外波段的有效调控，使传统的非晶WO3电致变色材料获得对可见-近红外光波段透过率的分区可控能力。本专利技术的另一目的是提供该复层电致变色薄膜的制备方法，其制备工艺简单易行。本专利技术所采用的技术方案是：一种复层电致变色薄膜，以FTO导电玻璃为基板，在基板上依次涂覆有纳米晶态TCO薄膜及非晶WO3薄膜。本专利技术的特征在于，纳米晶态TCO是重掺杂的半导体，为Sn掺杂的In2O3、Al掺杂的ZnO、Sb掺杂的SnO2或F掺杂的SnO2中任意一种；纳米晶态TCO的粒径为5nm～15nm，载流子浓度1018cm-3～1021cm-3。本专利技术所采用的另一技术方案是，一种复层电致变色薄膜的制备方法，具体步骤如下：步骤1，分别配制浓度为0.2～0.6mol/L的TCO溶胶和0.10～0.17mol/L的WO3溶胶；步骤2，选用FTO导电玻璃作为镀膜基板采用浸渍提拉法，控制热处理工艺，制备膜厚为100～330nm的纳米晶态TCO薄膜；步骤3，在以上所获得的纳米晶态TCO薄膜的基础上，采用浸渍提拉法，通过控制热处理工艺制备出膜厚为80～160nm的非晶WO3薄膜，最终得到非晶WO3/纳米晶TCO的复层电致变色薄膜。本专利技术的特征还在于，步骤1中，TCO溶胶的配制方法是：将TCO用金属无机盐与乙酰丙酮混合后，50～60℃搅拌1h；然后加入乙酸酐继续50～60℃搅拌1h；随后引入掺杂原子，并加入无水乙醇，室温混合搅拌30min；再加入聚乙二醇600，室温下搅拌30min，静置12h，得到TCO溶胶；其中，制备TCO溶胶用金属无机盐、掺杂原子、乙酰丙酮、乙酸酐、无水乙醇、聚乙二醇600的摩尔比为：1:0.05～0.15：5.58～9.32：0.8～2.5：58～75：0.15～0.50。步骤1中WO3溶胶的配制方法是：将氯化钨溶于体积比1:1的无水乙醇和无水甲醇的混合溶液中，控制空气湿度小于30％，室温下磁力搅拌1小时，得到深蓝色的WO3溶胶，静置12h备用；其中，制备WO3溶胶的氯化钨、无水乙醇、无水甲醇的摩尔比为：1：51.64～86.09：74.25～123.77。步骤2中浸渍提拉法的工艺参数为：浸渍时间为1s～10s，提拉速度为0.3cm/s～1.5cm/s，空气湿度不大于40％；步骤2中纳米晶态TCO薄膜的热处理工艺为：在FTO导电玻璃上提拉TCO凝胶薄膜，每提拉一层TCO凝胶薄膜在300℃～400℃干燥10～20min，最后一层提拉完毕后在450℃～550℃处理2h，随后随炉冷却。步骤3中非晶WO3薄膜的浸渍提拉法的工艺参数为：浸渍时间为1s～10s，提拉速度为0.2cm/s～1.0cm/s，空气湿度不大于40％；步骤3中非晶WO3薄膜的热处理工艺为：在步骤2所得的纳米晶态TCO薄膜上制备非晶WO3薄膜，每提拉一层WO3凝胶薄膜在200℃～300℃干燥5～10min，最后一层提拉完毕后在300℃～350℃热处理2h，随炉冷却。步骤2中得到的纳米晶态TCO是重掺杂的半导体，为Sn掺杂的In2O3、Al掺杂的ZnO、Sb掺杂的SnO2或F掺杂的SnO2中任意一种，纳米晶态TCO的粒径为5nm～15nm，载流子浓度1018cm-3～1021cm-3。本专利技术的有益效果是，这种电致变色薄膜是具有氧化还原反应及等离子体效应的复层电致变色薄膜；它是通过在FTO导电玻璃基板上制备非晶WO3与重掺杂TCO纳米晶薄膜的复层结构，利用电化学工艺调制WO3中W原子价态与ITO纳米晶的局域表面等离子体共振(LSPR)频率来实现两种电致变色效应的复合，进而实现电致变色智能窗对可见—近红外透射光的分区宽频调控能力。附图说明图1是本专利技术一种复层电致变色薄膜的结构示意图；图2是本专利技术一种复层电致变色薄膜的SEM断面结构图；图3是本专利技术一种复层电致变色薄膜的SEM表面结构图；图4是本专利技术的一种复层电致变色薄膜的着褪色状态下的透过率曲线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供了一种复层电致变色薄膜，以FTO导电玻璃为基板，在基板上依次涂覆有纳米晶态TCO薄膜及非晶WO3薄膜。纳米晶态TCO是重掺杂的半导体，为Sn掺杂的In2O3、Al掺杂的ZnO、Sb掺杂的SnO2或F掺杂的SnO2中任意一种，纳米晶态TCO的粒径为5nm～15nm，载流子浓度1018cm-3～1021cm-3。本专利技术还提供了一种复层电致变色薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1，分别配制浓度为0.2～0.6mol/L的TCO溶胶和0.10～0.17mol/L的WO3溶胶；步骤1中，TCO溶胶的配制方法是：将TCO用金属无机盐与乙酰丙酮混合后，50～60℃搅拌1h；然后加入乙酸酐继续50～60℃搅拌1h；随后引入掺杂原子，并加入无水乙醇，室温混合搅拌30min；再加入聚乙二醇600，室温下搅拌30min，静置12h，得到TCO溶胶；其中，制备TCO溶胶用金属无机盐、掺杂原子、乙酰丙酮、乙酸酐、无水乙醇、聚乙二醇600的摩尔比为：1:0.05～0.15：5.58～9.32：0.8～2.5：58～75：0.15～0.50；步骤1中WO3溶胶的配制方法是：将氯化钨溶于体积比1:1的无水乙醇和无水甲醇的混合溶液中，控制空气湿度小于30％，室温下磁力搅拌1小时，得到深蓝色的WO3溶胶，静置12h备用；其中，制备WO3溶胶的氯化钨、无水乙醇、无水甲醇的摩尔比为：1：51.64～86.09：74.25～123.77；步骤2，选用FTO导电玻璃作为镀膜基板采用浸渍提拉法，控制热处理工艺，制备膜厚为100～330nm的纳米晶态TCO薄膜；步骤2中浸渍提拉法的工艺参数为：浸渍时间为1s～10s，提拉速度为0.3cm/s～1.5cm/s，空气湿度不大于40％；步骤2中纳米晶态TCO薄膜的热处理工艺为：在FTO导电玻璃上提拉TCO凝胶薄膜，每提拉一层TCO凝胶薄膜在300℃～400℃干燥10～20min，最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复层电致变色薄膜，其特征在于，以FTO导电玻璃为基板，在基板上依次涂覆有纳米晶态TCO薄膜及非晶WO3薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种复层电致变色薄膜，其特征在于，以FTO导电玻璃为基板，在基板上依次涂覆有纳米晶态TCO薄膜及非晶WO3薄膜。2.根据权利要求1所述的一种复层电致变色薄膜，其特征在于，所述纳米晶态TCO是重掺杂的半导体，为Sn掺杂的In2O3、Al掺杂的ZnO、Sb掺杂的SnO2或F掺杂的SnO2中任意一种，纳米晶态TCO的粒径为5nm～15nm，载流子浓度1018cm-3～1021cm-3。3.一种复层电致变色薄膜的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，分别配制浓度为0.2～0.6mol/L的TCO溶胶和0.10～0.17mol/L的WO3溶胶；步骤2，选用FTO导电玻璃作为镀膜基板采用浸渍提拉法，控制热处理工艺，制备膜厚为100～330nm的纳米晶态TCO薄膜；步骤3，在以上所获得的纳米晶态TCO薄膜的基础上，采用浸渍提拉法，通过控制热处理工艺制备出膜厚为80～160nm的非晶WO3薄膜，最终得到非晶WO3/纳米晶TCO的复层电致变色薄膜。4.根据权利要求3所述的一种复层电致变色薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1中，TCO溶胶的配制方法是：将TCO用金属无机盐与乙酰丙酮混合后，50～60℃搅拌1h；然后加入乙酸酐继续50～60℃搅拌1h；随后引入掺杂原子，并加入无水乙醇，室温混合搅拌30min；再加入聚乙二醇600，室温下搅拌30min，静置12h，得到TCO溶胶；其中，制备TCO溶胶用金属无机盐、掺杂原子、乙酰丙酮、乙酸酐、无水乙醇、聚乙二醇600的摩尔比为：1:0.05～0.15：5.58～9.32：0.8～2.5：58～75：0.15～0.50。5.根据权利要求3所述的一种复层电致变色薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1中WO3溶胶的配制方法是：将氯化钨溶于体...

【专利技术属性】
技术研发人员：任洋，周晓歌，赵高扬，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61