全无机多彩透射型电致变色薄膜、镀膜玻璃及设计方法技术

本发明专利技术公开了一种全无机多彩透射型电致变色薄膜、镀膜玻璃及设计方法。镀膜玻璃包括依次叠置的玻璃基底和全无机多彩透射型电致变色薄膜，薄膜包括依次叠置的介质层(可选择性添加)、集流干涉层、牺牲层、电致变色层和电子阻挡层(可选择性添加)，薄膜中最靠近玻璃基底的为集流干涉层或介质层。该薄膜结构设计以各个膜层的光学参数为基础，建立多层异质结构模型，借助薄膜光学原理设计透过率与色坐标，优化各个膜层的材料选择与厚度参数，可进一步采用大面积镀膜技术在洁净平板玻璃基底上制备多层膜结构，最终获得具有多彩透过色、电致调控效果的大面积镀膜玻璃产品。

【技术实现步骤摘要】
全无机多彩透射型电致变色薄膜、镀膜玻璃及设计方法
本专利技术涉及建筑装饰与节能的镀膜玻璃
，具体涉及一种全无机多彩透射型电致变色薄膜、镀膜玻璃及设计方法。
技术介绍
智能变色是通过外界的物理或化学刺激产生可逆颜色变化的现象，按照诱发颜色响应刺激的不同，智能变色技术可以分为电致变色技术、光致变色技术、气致变色技术、热致变色技术等。电致变色技术是指在人为外加电压或者电流的条件下发生颜色动态可调的变化，电致变色技术具有电化学氧化还原可逆性好、响应速度快、颜色变化灵敏度高、循环寿命长、开路记忆时间久、化学稳定性强等优势，在节能窗、变色眼镜、显示器件和军事伪装等领域具有重大的应用前景，研发电致变色材料和优化电致变色器件结构具有重大的经济价值和社会意义。电致变色材料可分为有机电致变色材料和无机电致变色材料，有机材料虽然具有丰富的色彩变化，但是环境耐受性不佳；无机电致变色材料因其良好的循环稳定性和优异的调制幅度，已经具备商业化的基础。氧化钨作为最为经典的无机电致变色材料，由于高的光学调制率、稳定的循环特性以及良好的电池与电容特性，被科研工作者大量研究(如公开号为CN107555810A、CN110642526A的专利技术等)。然而，尽管经过了长足的发展，氧化钨电致变色材料依然存在一些亟需解决的问题，比如在可见光波段的多彩调控方面，氧化钨仅仅只能表现出无色到蓝色的调控，颜色变化非常单调，无法满足人们对色彩多样性与个性化发展的追求，这种色彩过于单一的不足使其在建筑装饰领域也受到了一定的局限。近年来，有报道以金属反射层和电致变色层的双层薄膜结构制备出了多彩反射型电致变色器件，利用薄膜干涉的原理拓展无机电致变色材料的变色色域，实现了可见光全色系的动态可调，极大地丰富了无机电致变色材料的色彩选择。但是，反射型电致变色器件仅反射光线，并不具有透光的特性，而建筑玻璃的基本要求就是透明，因此透射型电致变色器件的变色色域扩展对建筑玻璃的节能与装饰有更为直接的影响。
技术实现思路
针对上述技术问题以及本领域存在的不足之处，本专利技术提供了一种全无机多彩透射型电致变色薄膜，该薄膜结构设计以各个膜层的光学参数为基础，建立多层异质结构模型，借助薄膜光学原理设计透过率与色坐标，优化各个膜层的材料选择与厚度参数，可进一步采用大面积镀膜技术在洁净平板玻璃基底上制备多层膜结构，最终获得具有多彩透过色、电致调控效果的大面积镀膜玻璃产品。本专利技术基于Fabry-Perot谐振腔干涉原理，仅以单层镀膜材料的光学参数为基础，便可设计、制备全无机多彩透射型电致变色镀膜玻璃，产品开发周期短，制备成本低，产品色彩多样可调，具备调节室内光热的效果，适合于兼具建筑装饰与节能镀膜玻璃的开发和生产。一种全无机多彩透射型电致变色薄膜，包括依次叠置的集流干涉层、牺牲层和电致变色层；所述集流干涉层的厚度为8～20nm，材质为电阻率小于2.1×10-7Ω·m的金属或合金；所述电致变色层的厚度为100～300nm，材质为无机电致变色材料，具体为过渡金属氧化物；所述牺牲层的厚度为1～10nm，材质为所述过渡金属氧化物中的金属或其合金。现有的电致变色器件，大多是将电致变色材料制备在透明的导电玻璃上，如ITO玻璃、FTO玻璃，导电玻璃承担集流体的作用，但对电致变色材料的颜色基本没有任何影响，整个器件仍只依靠电致变色层材料呈现出颜色。本专利技术中，集流干涉层选用满足特定电阻率要求的金属，第一，这些金属的导电性保证了集流体的功能；第二，金属的折射率n和消光系数k大大加强了光通过前述多层结构的干涉现象，使得透过光表现出明显的色彩，此时整个薄膜的色彩不仅仅由电致变色层材料决定，而是各膜层综合的结果。本专利技术利用薄膜干涉丰富了无机电致变色薄膜的色彩，使其不局限于电致变色材料的本征色。所述集流干涉层起到导电和干涉的双重功能，试验发现，电阻率较大的金属Ti作为集流干涉层时无法起到良好的多彩透射效果。所述牺牲层用于防止所述电致变色层的过渡金属氧化物中的氧进入所述集流干涉层，因此所述牺牲层、电致变色层分别为金属/合金及其相应的氧化物，如此设计可使得即使所述电致变色层的过渡金属氧化物中的氧迁移至牺牲层，牺牲层氧化所形成的氧化物可认为是用于组成电致变色层的过渡金属氧化物，薄膜整体仍具有完整的多彩透射的电致变色功能和长寿命。所述的全无机多彩透射型电致变色薄膜，所述集流干涉层的材质优选为Ag、Au、Cu、Al或其合金，这些优选的金属/合金可产生更好的干涉现象，使得透过光表现出更明显的多种色彩。所述的全无机多彩透射型电致变色薄膜，所述过渡金属氧化物优选为WO3、TiO2、V2O5中的至少一种。所述的全无机多彩透射型电致变色薄膜，所述集流干涉层的厚度优选为8～10nm。所述的全无机多彩透射型电致变色薄膜，所述牺牲层的厚度优选为1～5nm。作为优选，所述全无机多彩透射型电致变色薄膜，所述集流干涉层的另一侧设有介质层。所述介质层的厚度优选为1～10nm，材质优选为TiO2、SnO2、ZnO、Si3N4、SiO2中的至少一种。作为优选，所述全无机多彩透射型电致变色薄膜，所述电致变色层的另一侧设有电子阻挡层。所述电子阻挡层的厚度优选为1～10nm，材质优选为SiO2、Si3N4、Ta2O5中的至少一种。本专利技术还提供了一种全无机多彩透射型电致变色镀膜玻璃，包括依次叠置的玻璃基底和所述的全无机多彩透射型电致变色薄膜。所述全无机多彩透射型电致变色薄膜中最靠近所述玻璃基底的为集流干涉层或介质层。本专利技术还提供了所述的全无机多彩透射型电致变色镀膜玻璃的制备方法，包括：采用直流反应磁控溅射或电子束蒸发的镀膜方法，在玻璃基底上，按照所述的全无机多彩透射型电致变色薄膜的结构依次沉积各层。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供了所述的全无机多彩透射型电致变色薄膜的设计方法，包括步骤：(1)采用光谱型椭圆偏振仪测量可用于制作所述全无机多彩透射型电致变色薄膜各层的各种组成材料的椭偏参数，记为cosΔi及tanΨi，Δ代表相对相位变化，Ψ代表相对振幅衰减，根据所述组成材料选择相应的色散模型，利用Fresnel公式建立各所述组成材料的折射率n、消光系数k和膜厚d与椭偏参数的函数关系，记为cosΔi(n,k,d)及tanΨi(n,k,d)，采用回归算法反演获得各所述组成材料的折射率n和消光系数k；使用cosΔi，tanΨi与cosΔi(n,k,d)，tanΨi(n,k,d)之间的均方差函数MSE作为回归评判标准式：(2)根据颜色变化需求和服役要求，基于薄膜光学原理，根据各所述组成材料的折射率n和消光系数k，确定组成所述全无机多彩透射型电致变色薄膜各层的具体材料，确定膜层结构；(3)基于薄膜光学原理，利用各层具体材料的折射率n和消光系数k，根据已确定的膜层结构，以电致变色层变色状态和各层厚度为变量，计算可见光范围内的透过率，再根据透过率-色度关系优化各层的目标厚度。步骤(1)中，色散模型可选择现有的，包括：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全无机多彩透射型电致变色薄膜，其特征在于，包括依次叠置的集流干涉层、牺牲层和电致变色层；/n所述集流干涉层的厚度为8～20nm，材质为电阻率小于2.1×10

【技术特征摘要】
1.一种全无机多彩透射型电致变色薄膜，其特征在于，包括依次叠置的集流干涉层、牺牲层和电致变色层；
所述集流干涉层的厚度为8～20nm，材质为电阻率小于2.1×10-7Ω·m的金属或合金；
所述电致变色层的厚度为100～300nm，材质为无机电致变色材料，具体为过渡金属氧化物；
所述牺牲层的厚度为1～10nm，材质为所述过渡金属氧化物中的金属或其合金。


2.根据权利要求1所述的全无机多彩透射型电致变色薄膜，其特征在于，所述集流干涉层的材质为Ag、Au、Cu、Al或其合金。


3.根据权利要求1所述的全无机多彩透射型电致变色薄膜，其特征在于，所述过渡金属氧化物为WO3、TiO2、V2O5中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的全无机多彩透射型电致变色薄膜，其特征在于，所述集流干涉层的厚度为8～10nm。


5.根据权利要求1所述的全无机多彩透射型电致变色薄膜，其特征在于，所述牺牲层的厚度为1～5nm。


6.根据权利要求1所述的全无机多彩透射型电致变色薄膜，其特征在于，所述集流干涉层的另一侧设有介质层；所述介质层的厚度为1～10nm，材质为TiO2、SnO2、ZnO、Si3N4、SiO2中的至少一种。


7.根据权利要求1所述的全无机多彩透射型电致变色薄膜，其特征在于，所述电致变色层的另一侧设有电子阻挡层；所述电子阻挡层的厚度为1～10nm，材质为SiO2、Si3N4、Ta2O5中的至少一种。


8.一种全无机多彩透射型电致变色镀膜玻璃，其特征在于，包括依次叠置的玻璃基底和...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涌，程子强，韩高荣，徐刚，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33