一种新型复合智能节能薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种新型复合智能节能薄膜，包括第一基底装置、第二基底装置以及连接第一基底装置和第二基底装置的离子传输层，第一基底装置包括第一基底、设置于第一基底上的第一导电层和设置于第一导电层上的第一核壳结构，第一核壳结构包括第一热色层和包覆在第一热色层外部的电色层，第二基底装置包括第二基底、设置于第二基底上的第二导电层和设置于第二导电层上的第二核壳结构，第二核壳结构包括第二热色层和包覆在第二热色层外部的离子储存层。本申请在利用热色材料的多孔结构特征和导电特性改善电色材料的变色效率和稳定性的同时，充分发挥二者的光线调节能力，使得太阳光可以满足室内照度的同时最大限度的调节红外光线，达到智能隔热的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于节能材料领域，具体涉及一种新型复合智能节能薄膜及其制备方法。
技术介绍
在我国，建筑能耗占社会总能耗的30％左右，其中采暖和空调的能耗占建筑能耗的55％。在现代建筑中，玻璃占外墙的面积比例越来越大，据测算通过玻璃窗进行的热传递在冬夏季节分别占48％和71％，因此，门窗节能将对降低建筑能耗具有明显的效果。以变色为工作原理的智能窗是近年新兴的门窗节能技术，如热色智能窗，电色智能窗，气色智能窗等。热色智能窗可以根据环境温度对进入室内的进光量进行调节，达到智能隔热的目的，目前研究最多的是以VO2(M)为基础的热色智能窗。VO2(M)是一种在68度附近具有可逆热致相变的材料，在发生相变前后，光学，电学和磁学性能会发生显著的变化，其光学上的变化体现在相变后红外光的透过率明显低于相变前的红外光透过率，从而实现对太阳辐射的调节，以达到智能隔热的目的，然而，VO2(M)热色智能薄膜只能调节太阳光谱中的红外光线，对可见光不能或者只有极少的调节能力，极大的阻碍了它的节能效果。电致变色智能窗是通过在低的直流电压下，电色层薄膜在离子的嵌入和迁出时对光具有不同的吸收能力，从而实现对太阳光的调节，以达到智能隔热的目的。但是，电致变色薄膜对光的调节是整个太阳能光谱波段，在阻挡太阳热辐射的同时，也阻挡了可见光线，极大的影响了视线，不可避免的增加了室内照明的能耗。因此如何充分利用太阳光中的可见光线和红外光线，在满足室内照明的条件下，最大限度的阻挡或者利用太阳能光谱中的红外光线，实现冬暖夏凉，达到降低建筑能耗的作用，一直是人们追求的目标。此外，电致变色器件存在着颜色变化单一，变色速度慢和循环稳定性差的缺点，这主要由电致变色器件本身的特点所决定，目前的电致变色薄膜的微观结构比较致密，这种致密的结构不利于电解液中离子的迁移，电化学反应慢导致变色速度比较慢。另外，金属氧化物电致变色材料在变色循环过程由于离子的嵌入和脱出会导致体积膨胀，产生的内应力致使薄膜脱落，降低了循环稳定性。虽然通过掺杂降低电致变色材料禁带宽度和结晶度的方法，可以在一定程度上提高电致变色速度，但是效果非常有限，制备多孔微纳结构被认为是一种比较实用的方法，但是目前都是通过化学法来实现多孔微纳结构，反应时间较长，薄膜一般为晶态，结构可控性差的特点。通过选择合适的电压窗口和合适的电解液，可以在一定程度上提高器件的稳定性，但是这些措施都是从外围着手解决电色器件循环稳定性差的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型复合智能节能薄膜及其制备方法，本申请中利用热色材料的多孔结构特征和导电特性改善电色材料的变色效率和稳定性的同时，充分发挥二者的光线调节能力，实现对可见光和红外光的双重调节，使得太阳光可以满足室内照度的同时最大限度的调节红外光线，达到智能隔热的目的。为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：本专利技术的目的是提供一种新型复合智能节能薄膜，包括第一基底装置、第二基底装置以及连接所述第一基底装置和所述第二基底装置的离子传输层，所述第一基底装置包括第一基底、设置于所述第一基底上的第一导电层和设置于所述第一导电层上的第一核壳结构，所述第一核壳结构包括第一热色层和包覆在所述第一热色层外部的电色层，所述第二基底装置包括第二基底、设置于所述第二基底上的第二导电层和设置于所述第二导电层上的第二核壳结
构，所述第二核壳结构包括第二热色层和包覆在所述第二热色层外部的离子储存层，所述第一热色层和所述第二热色层为VO2(M)薄膜，所述VO2(M)薄膜通过真空倾斜沉积技术制备。第一导电层、第一热色层、电色层、离子传输层、离子储存层、第二热色层和第二导电层共同构成电致变色智能薄膜的结构，第一热色层和第二热色层均可以体现热致变色智能薄膜的特性。核壳结构中内层为利用倾斜沉积技术制备的具有热色功能的VO2(M)，外层为电色层或者离子储存层，二者结合，利用倾斜沉积制备的多孔结构释放电色层和离子储存变色过程中的应力，增加薄膜的循环稳定性，利用VO2的半导体特性和变色后金属特性，提高电色层和离子储存层的电导，进而提高电致变色智能薄膜的变色速度和变色效率，电致变色和热致变色复合提高智能调光能力和隔热效果。本申请通过引入真空倾斜沉积技术制备具有多孔纳米结构的热色层，该方法制备的薄膜具有孔隙率高，一般为非晶态，微纳结构可控，可膨胀空间大的优势，然后在多孔结构的热色层上沉积电色氧化物薄膜，不仅可以有效利用热色层的多孔微纳结构，有利于变色过程中离子的嵌入和脱出，提高电化学反应速率，从而提高变色速度，改善变色效率，其疏松的结构给予离子嵌入和脱出时产生的应力以释放的空间，避免了应体积膨胀和内应力导致的薄膜脱落问题，从根本上提高了循环的稳定性；由于VO2本身为窄带半导体，导电性强，其发生转变后会变成金属态，导电性呈几何级上涨，极大的增强了电色层的电导，更有利于电荷的迁移，对提高变色速度，改善变色效率有极大的好处。同时利用热色材料和电色材料对太阳辐照进行调节，充分利用太阳光谱中的红外光线和可见光线，实现冬暖夏凉，达到降低建筑能耗的作用。第一核壳结构和第二核壳结构均为热色层位于核壳结构的内层，极大的减少了与空气的接触，减少了氧化的机会，也提高了热色
智能层的稳定性，可谓相得益彰。优选地，所述第一热色层的厚度为20-150nm，所述第二热色层的厚度为20-150nm，所述第一热色层和所述第二热色层的相变温度为30-60℃。优选地，所述第一导电层和所述第二导电层为透明导电层，所述第一导电层和所述第二导电层的材料选自ITO(掺铟氧化锡)、FTO(掺氟氧化锡)、AZO(掺铝氧化锌)、Ag、Au或Cu中的一种，所述第一导电层的厚度为80-150nm，所述第二导电层的厚度为80-150nm。优选地，所述离子储存层的材料选自NiO、Co3O4、V2O5或Ir2O3中的一种，其厚度为20-300nm。优选地，所述离子传输层为透明电解液，选自无机离子导体、离子液体或离子导电聚合物中的一种。无机离子导体选自LiClO4、LiPF6和LiBF4中的一种，离子液体选自咪唑盐类、哌啶盐类和吡啶盐类中的一种，离子导电聚合物选自PVDF基、PEO基和PAN基凝胶聚合物中的一种。优选地，所述电色层的材料选自WO3、MoO3、TiO2、Nb2O5或Ta2O5中的一种，其厚度为20-300nm。电色层和离子储存层通过溅射，蒸发，旋涂，喷涂，化学浴制备。优选地，所述VO2(M)薄膜的形状选自柱状结构、螺旋结构、树枝状结构、之字形结构、C型结构或Y型结构中的至少一种。真空倾斜沉积技术利用VO2(M)薄膜沉积过程中基片的角度在三维空间中0-90度倾斜和0-360度旋转实现，选自磁控溅射法，电子束蒸发，激光脉冲沉积法，得到0-90度倾斜的柱状结构，螺旋结构，树枝状结构，之字形结构，C型结构，Y型结构中的至少一种疏松多孔结构。本专利技术的另一个目的是提供了该复合智能节能薄膜的制备方法，包括以下步骤：通过磁
控溅射法在第一基底上制备第一导电层，再通过倾斜沉积溅射法在所述第一导电层上沉积第一热色层，然后通过溅射法在所述第一热色层上制备电色层，在第二基底上沉积第二导电层，通过倾斜溅射法在所述第二导电层上沉积第二热色层，然后通过溅射法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型复合智能节能薄膜，其特征在于，包括第一基底装置、第二基底装置以及连接所述第一基底装置和所述第二基底装置的离子传输层，所述第一基底装置包括第一基底、设置于所述第一基底上的第一导电层和设置于所述第一导电层上的第一核壳结构，所述第一核壳结构包括第一热色层和包覆在所述第一热色层外部的电色层，所述第二基底装置包括第二基底、设置于所述第二基底上的第二导电层和设置于所述第二导电层上的第二核壳结构，所述第二核壳结构包括第二热色层和包覆在所述第二热色层外部的离子储存层，所述第一热色层和所述第二热色层为VO2(M)薄膜，所述VO2(M)薄膜通过真空倾斜沉积技术制备。

【技术特征摘要】
1.一种新型复合智能节能薄膜，其特征在于，包括第一基底装置、第二基底装置以及连接所述第一基底装置和所述第二基底装置的离子传输层，所述第一基底装置包括第一基底、设置于所述第一基底上的第一导电层和设置于所述第一导电层上的第一核壳结构，所述第一核壳结构包括第一热色层和包覆在所述第一热色层外部的电色层，所述第二基底装置包括第二基底、设置于所述第二基底上的第二导电层和设置于所述第二导电层上的第二核壳结构，所述第二核壳结构包括第二热色层和包覆在所述第二热色层外部的离子储存层，所述第一热色层和所述第二热色层为VO2(M)薄膜，所述VO2(M)薄膜通过真空倾斜沉积技术制备。2.根据权利要求1所述新型复合智能节能薄膜，其特征在于，所述第一热色层的厚度为20-150nm，所述第二热色层的厚度为20-150nm，所述第一热色层和所述第二热色层的相变温度为30-60℃。3.根据权利要求1所述新型复合智能节能薄膜，其特征在于，所述第一导电层和所述第二导电层为透明导电层，所述第一导电层和所述第二导电层的材料选自ITO、FTO、AZO、Ag、Au或Cu中的一种，所述第一导电层的厚度为80-150nm，所述第二导电层的厚度为80-150nm。4.根据权利要求1所述新型复合智能节能薄膜，其特征在于，所述离子储...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖秀娣，徐刚，詹勇军，程浩亮，陆泫茗，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44