一种可变色光学器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可变色光学器件，包括透明衬底、下透明导电层、下透明介质层、纳米复合层、上透明介质层、上透明导电层及三个金属电极，所述透明衬底上表面设置有下透明导电层，且下透明导电层两侧分别设置有金属电极，中间固定有下透明介质层，所述下透明介质层上表面由下至上依次固定有纳米复合层、上透明介质层和上透明导电层，且上透明导电层上表面正中心设置剩余的金属电极。本发明专利技术利用金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振吸收特性来实现电致变色，解决了现有电致变色器件响应速率慢的问题，能智能化实时精确调控器件的的光学透过率，可大幅拓展电致变色器件的应用领域。

A Variable-color Optical Device and Its Preparation Method

The invention discloses a variable-color optical device, which comprises a transparent substrate, a lower transparent conductive layer, a lower transparent dielectric layer, a nanocomposite layer, an upper transparent dielectric layer, an upper transparent conductive layer and three metal electrodes. The upper surface of the transparent substrate is provided with a lower transparent conductive layer, and metal electrodes are arranged on both sides of the lower transparent conductive layer, and a lower transparent dielectric layer is fixed in the middle. The upper surface of the lower transparent dielectric layer is successively fixed with nanocomposite layer, the upper transparent dielectric layer and the upper transparent conductive layer from bottom to top, and the remaining metal electrodes are arranged at the positive center of the upper surface of the upper transparent conductive layer. The invention utilizes the local surface plasmon resonance absorption characteristic of metal nanoparticles to realize electrochromic, solves the problem of slow response rate of existing electrochromic devices, intelligently and accurately regulates the optical transmittance of devices in real time, and greatly expands the application field of electrochromic devices.

【技术实现步骤摘要】
一种可变色光学器件及其制备方法
本专利技术属于光电
，具体涉及一种可变色光学器件及其制备方法.
技术介绍
电致变色器件可在电场的作用下改变其对光的吸收特性，将其应用于建筑物门窗中可以选择性的吸收或反射外界的太阳光，调节室内光照程度，从而大幅度降低室内控温设备的能耗，是建筑节能的一个重要发展方向。传统的电致变色器件的原理基于电致变色材料，这类材料在外电压的驱动下，由于氧化还原反应，其光学性能可发生可逆和持久稳固的变化，使其外观颜色发生改变，从而实现电致变色。1969年，Deb首次发现三氧化钨薄膜具有电致变色性能，并提出了“氧空位色心”理论。其后，各种无机及有机电致变色材料被人们广泛研究。目前，基于电致变色材料的应用研究快速发展，一些产品已经应用。但仍然存在一些问题，比如响应时间较长，综合性能优良的材料较少及难以做到光学透过率的精确可调等，这极大地限制了电致变色器件的应用领域。因此，开发出不依赖于传统电致变色原理的可变色光学器件非常必要。
技术实现思路
针对现有技术中的问题，本专利技术提供一种可变色光学器件，解决了现有电致变色器件响应速率慢的问题，能智能化实时精确调控器件的的光学透过率，可大幅拓展电致变色器件的应用领域。为实现以上技术目的，本专利技术的技术方案是：一种可变色光学器件，包括透明衬底、下透明导电层、下透明介质层、纳米复合层、上透明介质层、上透明导电层及三个金属电极，所述透明衬底上表面设置有下透明导电层，且下透明导电层两侧分别设置有金属电极，中间固定有下透明介质层，所述下透明介质层上表面由下至上依次固定有纳米复合层、上透明介质层和上透明导电层，且上透明导电层上表面正中心设置剩余的金属电极。所述透明衬底采用普通玻璃、石英玻璃、有机玻璃或者其他透明固态材料。所述金属电极由铝、金等金属构成，且作为正负电极与外电路连接。所述下透明导电层和上透明导电层均采用锡掺杂氧化铟或铝掺杂氧化锌。所述上透明介质层和下透明介质层(3)均采用二氧化硅等透明绝缘介质。所述纳米复合层由金属纳米颗粒与透明介质组成。所述纳米复合层中金属纳米颗粒分散于透明介质中，其填充率为1％-90％所述下透明介质层最薄处厚度小于10nm。所述上透明介质层的厚度范围为10-100nm。其制备方法是各层材料通过溅射、化学气相沉积等薄膜制备方法依次沉积在透明衬底上。本专利技术利用金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振吸收特性来实现电致变色，解决了现有电致变色器件响应速率慢的问题，能智能化实时精确调控器件的的光学透过率，可大幅拓展电致变色器件的应用领域。附图说明图1是本专利技术实施例1的结构示意图。图2是本专利技术实施例1的电致变色原理图。图3是本专利技术实施例1的另一结构示意图。具体实施方式结合图1、图2和图3，详细说明本专利技术的一个具体实施例，但不对本专利技术的权利要求做任何限定。如图1所示，可变色光学器件包括透明衬底1、下透明导电层2、下透明介质层3、纳米复合层4、上透明介质层5、上透明导电层6及金属电极7。其中透明衬底1可为普通玻璃、石英玻璃、有机玻璃或其他透明固态材料，作为薄膜沉积的基底和器件支撑材料。其他各层材料可通过溅射、化学气相沉积等薄膜制备方法依次沉积在透明衬底1上。金属电极7由铝、金等金属构成，作为正负电极与外电路连接。透明导电层2、6为锡掺杂氧化铟或铝掺杂氧化锌等透明导电薄膜，作为透明的电流扩展层。为更有利于电流遂穿，在下透明电极2的上表面，可通过光刻或腐蚀等方法形成图形化表面。透明介质层3、5为二氧化硅等透明绝缘介质，处于纳米复合层4和透明导电层之间2、6之间，使得纳米复合层的光电性质在未加电场时保持稳定。其中，下透明介质层2最薄处厚度小于10nm，以利于电场作用下电荷遂穿通过，对纳米复合层4中的金属纳米颗粒进行充放电，从而改变器件光学性能。相应的，上透明介质层厚度范围为10nm-100nm，防止其同时遂穿形成回路，不利于调节金属纳米颗粒的电荷调控。本专利技术器件的电致变色原理如图2所示。其中，纳米复合层4由金属纳米颗粒42与透明介质41组成。例如，通过金靶和二氧化硅靶共溅射得到的金-二氧化硅纳米复合膜。金属纳米粒子由于其局域表面等离子体共振可对一定波长的入射光产生高吸收，其共振吸收波长与纳米颗粒的大小，形状及自由电荷密度密切相关。本专利技术中，金属纳米颗粒42粒径小于100nm，分散于透明介质41中，可强烈吸收可见光，降低器件对光的透过率(如图2a)。通过调节金属纳米颗粒在透明介质中的填充率及纳米复合层的厚度可以改变器件在未加电场下对光的吸收程度。本专利技术中，金属纳米颗粒填充率范围为1％-90％。纳米复合层的厚度范围为5nm-100nm。为实时精确调控器件的的光学透过率，实现电致变色，可通过电场改变金属纳米颗粒中的自由电荷密度。如图2b所示，当下透明导电层接正偏压时，金属纳米颗粒中的自由电子由于量子遂穿效应，迁移进入透明导电层中，使得金属纳米颗粒中的自由电子浓度降低，对光的共振吸收减弱，使得器件对可见光的透过率增强。如图3所示，通过在下透明介质层上沉积金属薄膜再刻蚀出图形，也可以获得分散于透明介质中的金属纳米颗粒。与共溅射获得的金属颗粒相比，刻蚀得到的纳米颗粒大小和形状均匀，因此具有特定的吸收波长，使得器件呈现一定色彩。通过改变纳米颗粒的大小和形状可以获得不同颜色的光学器件，通过电场调控可实时精确调控器件的颜色和透过率。本专利技术利用金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振吸收特性来实现电致变色，解决了现有电致变色器件响应速率慢的问题，能智能化实时精确调控器件的的光学透过率，可大幅拓展电致变色器件的应用领域。可以理解的是，以上关于本专利技术的具体描述，仅用于说明本专利技术而并非受限于本专利技术实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本专利技术进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可变色光学器件，其特征在于：包括透明衬底(1)、下透明导电层(2)、下透明介质层(3)、纳米复合层(4)、上透明介质层(5)、上透明导电层(6)及三个金属电极(7)，所述透明衬底(1)上表面设置有下透明导电层(2)，且下透明导电层(2)两侧分别设置有金属电极(7)，中间固定有下透明介质层(3)，所述下透明介质层(2)上表面由下至上依次固定有纳米复合层(4)、上透明介质层(5)和上透明导电层(6)，且上透明导电层(6)上表面正中心设置剩余的金属电极(7)。

【技术特征摘要】
1.一种可变色光学器件，其特征在于：包括透明衬底(1)、下透明导电层(2)、下透明介质层(3)、纳米复合层(4)、上透明介质层(5)、上透明导电层(6)及三个金属电极(7)，所述透明衬底(1)上表面设置有下透明导电层(2)，且下透明导电层(2)两侧分别设置有金属电极(7)，中间固定有下透明介质层(3)，所述下透明介质层(2)上表面由下至上依次固定有纳米复合层(4)、上透明介质层(5)和上透明导电层(6)，且上透明导电层(6)上表面正中心设置剩余的金属电极(7)。2.根据权利要求1所述的一种可变色光学器件，其特征在于：所述透明衬底(1)采用普通玻璃、石英玻璃、有机玻璃或者其他透明固态材料。3.根据权利要求1所述的一种可变色光学器件，其特征在于：所述金属电极(7)由铝、金等金属构成，且作为正负电极与外电路连接。4.根据权利要求1所述的一种可变色光学器件，其特征在于：所述下透明导...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭永胜，李秀东，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33