一种性能稳定的电致变色薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于表面工程技术领域，具体涉及一种性能稳定的电致变色薄膜及其制备方法。一种性能稳定的电致变色薄膜，所述薄膜的膜系结构由下到上依次包括基底、导电电极、离子储存层、过渡层、电解质层、过渡层、电致变色层和透明导电层，膜系的截面为透明保护层。本发明专利技术所述的一种性能稳定的电致变色薄膜，通过在电致变色薄膜膜系的截面沉积保护层阻隔界面与环境，电致变色薄膜在地面环境和空间环境中变色性能稳定，不会发生性能退化，具有良好的循环稳定性和环境稳定性。所述电致变色薄膜通过在着色层与电解质层中加入过渡层，一方面作为电子的阻挡层减少漏电流，提高着色记忆效果，另一方面降低电致变色需要的电压值，提高循环稳定性。

A stable electrochromic film and its preparation method

The invention belongs to the field of surface engineering technology, in particular to a stable electrochromic film and a preparation method thereof. An electrochromic film with stable performance. The membrane structure of the film consists of basement, conductive electrode, ion storage layer, transition layer, electrolyte layer, transition layer, electrochromic layer and transparent conductive layer, and the cross section of the film system is transparent protection layer. An electrochromic film with stable performance described in the present invention is stable in the surface environment and space environment by the barrier barrier and environment in the cross section of the electrochromic film film system. The electrochromic film has no performance degradation in the ground environment and space environment, and has good cyclic stability and environmental stability. The electrochromic film adds the transition layer in the coloring layer and the electrolyte layer. On the one hand, the electrochromic film reduces the leakage current and improves the effect of coloring memory as the barrier layer of the electron. On the other hand, it reduces the voltage value required by electrochromic and improves the cycle stability.

【技术实现步骤摘要】
一种性能稳定的电致变色薄膜及其制备方法
本专利技术属于表面工程
，具体涉及一种性能稳定的电致变色薄膜及其制备方法。
技术介绍
电致变色技术可广泛应用于建筑窗、汽车防眩后视镜、飞机舷窗、航天器热控领域。将电致变色应用在能源领域达到节约能耗的效果，极具社会意义和商业价值。现有的无机材料全固态电致变色薄膜一般为阳极着色和阴极着色材料互补的五层结构，为透明电极/阴极着色层/电解质层/阳极着色层/透明电极(或反射式电极)，典型的如ITO/WO3/LiTaO3/NiOx/ITO(Al)，具有优良的电致变色性能，可根据不同的需求，做成透射式或反射式电致变色薄膜。但是五层结构的膜系由于施加电压较高，容易导致电致变色薄膜的循环稳定性降低，且容易产生漏电电流，造成参与电致变色的Li+离子浓度降低，以致电致变色性能退化。另外，使用中，由于环境中的H2O分子和气体分子杂质会通过膜层界面进入电致变色薄膜中，也会导致电致变色性能退化。如何克服无机材料全固态电致变色薄膜性能退化问题，满足不同场合的电致变色需求，提供长寿命、高可靠的无机材料全固态电致变色薄膜产品，显得尤为重要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种性能稳定的电致变色薄膜及其制备方法，通过在电致变色薄膜膜系的截面沉积保护层阻隔界面与环境，电致变色薄膜在地面环境和空间环境中变色性能稳定，不会发生性能退化。薄膜的电致变色性能和环境防护性能基本不受基底限制，适用广泛。一种性能稳定的电致变色薄膜，所述薄膜的膜系结构由下到上依次包括基底、导电电极、离子储存层、过渡层、电解质层、过渡层、电致变色层和透明导电层，膜系的截面为透明保护层；其中，导电电极厚度为200nm～300nm；离子储存层为镍的氧化物；厚度为200nm～300nm；电解质层为LiTaO3、LiPO4或LiNbO3；厚度为200nm～300nm；电致变色层为WO3；厚度为300nm～400nm；透明导电层为氧化铟锡(ITO)或掺铝氧化锌(ZAO)；厚度为80nm～100nm；过渡层为钽的氧化物；厚度为200～250nm。透明保护层为SiO2；厚度为100nm～300nm。优选的，所述过渡层为Ta2O5。优选的，过渡层厚度为200nm。优选的，所述基底为聚酰亚胺、聚酯(PET)、聚全氟乙丙烯(F46)、石英玻璃或掺铈玻璃。优选的，所述导电电极为ITO、ZAO、Ag或Al。优选的，所述离子储存层为NiO和Ni2O3的混合物。本专利技术所述的一种性能稳定的电致变色薄膜的制备方法，所述方法步骤如下：(1)将基底安装到夹具上装入到干净的真空溅射室中，真空溅射室内本底真空度小于3×10-3Pa，溅射气压为1Pa；(2)采用卷对卷磁控溅射法制备导电电极：在基底上沉积导电电极，氩气为工作气体，氩气流量100sccm，走带速度0.3m/min，工作功率为10000W；(3)采用反应溅射法来制备离子储存层：靶材为具有磁性的金属镍，溅射功率90W，采用氩气和氧气混合气体为工作气体，氧气压强占比30％，溅射气压3Pa，沉积温度为室温，沉积速率30nm/min；(4)采用直流反应磁控溅射法制备过渡层：纯金属钽为靶材，纯度为99.9％，靶与基片间距约15cm，本底真空度低于1.0×10-6Torr，在薄膜沉积过程中，基片架以10r/min的速率转动，溅射功率150W，采用氩气和氧气混合气体为工作气体，氧气压强占比40％，溅射气压0.3Pa，沉积温度300℃，沉积速率20nm/min；(5)采用射频溅射法制备电解质层：靶材采用单晶LiTaO3、LiPO4或LiNbO3，采用氩气和氧气混合气体为工作气体，氧气压强占比10％，溅射气压为0.5Pa，溅射功率为200W；(6)采用直流反应磁控溅射法制备过渡层：纯金属钽为靶材，纯度为99.9％，靶与基片间距约15cm，本底真空度低于1.0×10-6Torr，在薄膜沉积过程中，基片架以10r/min的速率转动，溅射功率150W，采用氩气和氧气混合气体为工作气体，氧气压强占比40％，溅射气压0.3Pa，沉积温度300℃，沉积速率20nm/min；(7)采用直流反应溅射法制备电致变色层：纯钨靶作为溅射靶材，溅射功率200W，采用氩气和氧气混合气体为工作气体，氧气压强占比20％，工作压力0.6Pa，沉积温度300℃，沉积速率30nm/min；(8)采用的是射频(RF)磁控溅射方法制备导电电极：当导电电极为ITO时，所用靶材为ITO陶瓷，溅射功率300W，沉积速率30nm/min；当导电电极为ZAO时，采用氩气和氧气混合气体为工作气体，氧气压强占比20％，沉积温度为室温；靶材掺铝氧化锌，ZnO与Al的质量比为99.2:0.8，溅射功率为100W，沉积速率30nm/min；完成薄膜膜系的制备；(9)薄膜膜系镀制完后，将薄膜膜系的边缘进行切割，露出膜系的截面后，采用固定工装将薄膜膜系覆盖，在膜系的截面边缘进行SiO2的沉积：先用离子清洗源清洗基片，清洗源的工作气体为氩气，通入氩气后真空室的气压为2×10-2Pa，清洗源工作的离子能量为300eV，放电电流为80mA，清洗时间为3min；清洗完成后进行脉冲反应磁控溅射，溅射靶材为单晶硅，工作气体为氩气，反应气体为氧气，氧气含量为80％，脉冲频率15KHz，沉积时间6min，得到所述一种性能稳定的电致变色薄膜。优选的，当导电电极为ITO时，所用靶材为ITO陶瓷；当导电电极为ZAO时，靶材掺铝氧化锌，ZnO与Al的质量比为99.2:0.8；当导电电极为Ag，靶材为高纯银，纯度为99.9％；当导电电极为Al，靶材为高纯铝，纯度为99.9％。有益效果：本专利技术所述的一种性能稳定的电致变色薄膜，通过在电致变色薄膜膜系的截面沉积保护层阻隔界面与环境，电致变色薄膜在地面环境和空间环境中变色性能稳定，不会发生性能退化，具有良好的循环稳定性和环境稳定性。所述电致变色薄膜通过在着色层与电解质层中加入过渡层，一方面作为电子的阻挡层减少漏电流，提高着色记忆效果，另一方面降低电致变色需要的电压值，提高循环稳定性。本专利技术所述电致变色薄膜的保护和阻隔作用，与电致变色薄膜的膜系和基底无关，可制备于柔性基底的电致变色薄膜器件，也可制备于硬质基底，可用于反射式电致变色薄膜，也可用于透射式，具备良好的工艺适应性。本专利技术所述电致变色薄膜过渡层的作用，与电致变色薄膜的膜系和基底无关，可根据不同的需求场合来确定过渡层的厚度。电致变色薄膜可根据应用需求，做成反射式或透射式两种，基底可以是柔性的聚酰亚胺、PET或F46，也可以是刚性的透明玻璃如石英玻璃或掺铈玻璃。利用磁控溅射技术在基底上沉积一层200nm～300nm厚的金属作为高反射率电极层，一般为Ag或Al，可做成反射式电致变色薄膜，在基底上沉积透明导电层，如ITO或ZAO可做成透射式电致变色薄膜。在导电电极层上依次沉积电致变色薄膜各膜层，最后在薄膜的截面处沉积透明保护层，保护层材料基本要求为不导电且光学透过率高，优选具有良好耐空间辐照性能和耐地面环境性能的SiO2，SiO2是对可见光透明的介质材料，具有较高的光学透过率，起保护和阻隔作用的同时不会对薄膜的光学属性造成影响。附图说明图1为本专利技术所述的一种性能稳定的电致变色薄膜的膜系结构；图2为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种性能稳定的电致变色薄膜，其特征在于：所述薄膜的膜系结构由下到上依次包括基底、导电电极、离子储存层、过渡层、电解质层、过渡层、电致变色层和透明导电层，膜系的截面为透明保护层；其中，导电电极厚度为200nm～300nm；离子储存层为镍的氧化物；厚度为200nm～300nm；电解质层为LiTaO3、LiPO4或LiNbO3；厚度为200nm～300nm；电致变色层为WO3；厚度为300nm～400nm；透明导电层为ITO或ZAO；厚度为80nm～100nm；过渡层为钽的氧化物；厚度为200～250nm。透明保护层为SiO2；厚度为100nm～300nm。

【技术特征摘要】
1.一种性能稳定的电致变色薄膜，其特征在于：所述薄膜的膜系结构由下到上依次包括基底、导电电极、离子储存层、过渡层、电解质层、过渡层、电致变色层和透明导电层，膜系的截面为透明保护层；其中，导电电极厚度为200nm～300nm；离子储存层为镍的氧化物；厚度为200nm～300nm；电解质层为LiTaO3、LiPO4或LiNbO3；厚度为200nm～300nm；电致变色层为WO3；厚度为300nm～400nm；透明导电层为ITO或ZAO；厚度为80nm～100nm；过渡层为钽的氧化物；厚度为200～250nm。透明保护层为SiO2；厚度为100nm～300nm。2.如权利要求1所述的一种性能稳定的电致变色薄膜，其特征在于：所述过渡层为Ta2O5。3.如权利要求1所述的一种性能稳定的电致变色薄膜，其特征在于：过渡层厚度为200nm。4.如权利要求1所述的一种性能稳定的电致变色薄膜，其特征在于：所述基底为聚酰亚胺、PET、F46、石英玻璃或掺铈玻璃。5.如权利要求1所述的一种性能稳定的电致变色薄膜，其特征在于：所述导电电极为ITO、ZAO、Ag或Al。6.如权利要求1所述的一种性能稳定的电致变色薄膜，其特征在于：所述离子储存层为NiO和Ni2O3的混合物。7.一种如权利要求1～6任意一项所述的性能稳定的电致变色薄膜的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：(1)将基底安装到夹具上装入到干净的真空溅射室中，真空溅射室内本底真空度小于3×10-3Pa，溅射气压为lPa；(2)采用卷对卷磁控溅射法制备导电电极：在基底上沉积导电电极，氩气为工作气体，氩气流量100sccm，走带速度0.3m/min，工作功率为10000W；(3)采用反应溅射法来制备离子储存层：靶材为具有磁性的金属镍，溅射功率90W，采用氩气和氧气混合气体为工作气体，氧气压强占比30％，溅射气压3Pa，沉积温度为室温，沉积速率30nm/min；(4)采用直流反应磁控溅射法制备过渡层：纯金属钽为靶材，纯度为99.9％，靶与基片间距约15cm，本底真空度低于1.0×10-6Torr，在薄膜沉积过程中，基片架以10r/min的速率转动，溅射功率150W，采用Ar和O2混合气体为工作气体，氧气压强占比40％...

【专利技术属性】
技术研发人员：周超，杨斓，何延春，吴春华，王志明，李林，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃,62