一种可独立调控可见光和近红外光透过率的全薄膜电致变色器件及其制备方法技术

一种可独立调控可见光和近红外光透过率的全薄膜电致变色器件及其制备方法，它涉及一种全薄膜电致变色器件及其制备方法。本发明专利技术的目的是要解决现有技术中全薄膜电致变色器件难以独立调控可见光和近红外光透过率，调控能力较弱且循环稳定性较差和只有两种调控模式的问题。一种可独立调控可见光和近红外光透过率的全薄膜电致变色器件，包括透明底电极、离子储存层、离子传导层、可独立调控可见光和近红外光透过率的电致变色层和透明顶电极，其中电解质是水或空气中的水蒸气，通过特殊的方法引入到器件内部；所述的可独立调控可见光和近红外光透过率的电致变色层是具有丰富氧缺陷的非晶单组分电致变色材料，其具有三种工作模式。式。式。

【技术实现步骤摘要】
一种可独立调控可见光和近红外光透过率的全薄膜电致变色器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种全薄膜电致变色器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着环境问题和能源危机的日益突出，降低建筑能耗的需求比以往任何时候都更加重要，而电致变色智能窗的设计是实现这一目标的一种方法。电致变色是指材料在外加电场作用下发生氧化还原反应而引起的光学属性(透过率，反射率和吸收率等)稳定而可逆的变化。由电致变色材料组装的电致变色器件在智能窗、显示器、储能器件、航天器智能热控以及仿生伪装等领域具有广泛的应用前景。考虑到可见
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近红光(380
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2500nm)携带了太阳到达地球的超过95％的总辐照能量，实现在可见
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近红光波段独立调控材料及器件的透光率，对于下一代节能电致变色智能窗的开发具有重大意义。这种电致变色智能窗可以在外加电场作用下独立改变可见光和太阳辐照能量的输入，从而可显著提高建筑物的室内舒适度，并可在建筑物的照明、供暖、通风和空调等方面节约能量。然而，大多数电致变色智能窗只有两种调制模式，不能实现可见光和近红外光的独立调控。目前关于独立调控可见
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近红外透过率的电致变色材料和器件主要集中在设计复合材料，其中一种材料通过小极化子吸收能够调节可见光，另一种材料利用局域表面等离子体共振(LSPR)效应来调控近红外红外光。这些复合材料的制备过程是相当复杂的，通常需要精心地将具有近红外调制和近红外选择的两个组元集成到一起，很难做到完全匹配，而且循环性能较差，调控范围较窄，从而限制了其应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是要解决现有技术中全薄膜电致变色器件难以独立调控可见光和近红外光透过率，调控能力较弱且循环稳定性较差和只有两种调控模式的问题，而提供一种可独立调控可见光和近红外光透过率的全薄膜电致变色器件及其制备方法。
[0004]一种可独立调控可见光和近红外光透过率的全薄膜电致变色器件，包括透明底电极、离子储存层、离子传导层、可独立调控可见光和近红外光透过率的电致变色层和透明顶电极，其中电解质是水或空气中的水蒸气，通过特殊的方法引入到器件内部；
[0005]所述的可独立调控可见光和近红外光透过率的电致变色层是具有丰富氧缺陷的非晶单组分电致变色材料。
[0006]一种可独立调控可见光和近红外光透过率的全薄膜电致变色器件的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
[0007]一、采用真空镀膜法、磁控溅射法、真空热蒸镀法或电子束蒸镀法在基底上制备透明底电极；
[0008]二、采用真空镀膜法、磁控溅射法、真空热蒸镀法或电子束蒸镀法在透明底电极上制备离子存储层；
[0009]三、采用真空镀膜法、磁控溅射法、真空热蒸镀法或电子束蒸镀法在离子存储层上制备离子传导层；
[0010]四、采用电子束蒸镀法在离子传导层上制备可独立调控可见光和近红外光透过率的电致变色层；
[0011]所述的可独立调控可见光和近红外光透过率的电致变色层为具有丰富氧缺陷的非晶单组分电致变色材料，厚度为400nm；
[0012]五、采用真空镀膜法、磁控溅射法、真空热蒸镀法或电子束蒸镀法在可独立调控可见光和近红外光透过率的电致变色层上制备透明顶电极，得到五层薄膜结构电致变色器件；
[0013]六、将五层薄膜结构电致变色器件浸入到水中或放到空气中，水通过器件表面或边缘渗透到器件的离子传导层中，得到可独立调控可见光和近红外光透过率的全薄膜电致变色器件。
[0014]本专利技术的原理：
[0015]一、本专利技术采用物理气相沉积方法制备了一种可独立调控可见光和近红外光透过率的单组分电致变色层，通过控制单组分电致变色层的表面形貌和内部氧空位浓度，从而使单组分电致变色材料不仅可以通过小极化子吸收来调节可见光，而且能利用局域表面等离子体共振效应来调控近红外红外光，从而实现可见光和近红外光透过率的独立调控；在此基础上，设计了一种可见光和近红外光独立调控的五层结构的全薄膜电致变色器件，包括透明底电极、离子储存层、离子传导层、可独立调控可见光和近红外光透过率的电致变色层和透明顶电极，其中电解质是空气环境中的水，引入的水主要通过器件表面或边缘渗透到器件的离子传导层中；在高电压作用下，器件内部的水会电离出质子，质子通过质子跳跃(Grotthus机理)从离子传导层中转移并吸附在电致变色层的表面，通过LSPR效应来调控近红外红外光透过率；在低电压作用下，质子将嵌入电致变色层的内部，通过小极化子吸收来调节可见光透过率，从而达到对光(可见光)与热(近红外光)选择性调控的目的。
[0016]本专利技术的效果：
[0017]一、本专利技术制备的可独立调控可见光和近红外光透过率的全薄膜电致变色器件在高电压作用下，质子通过质子跳跃(Grotthus机理)从离子传导层中转移并吸附在电致变色层的表面，通过LSPR效应来调控近红外红外光透过率；在低电压作用下，质子将嵌入电致变色层的内部，通过小极化子吸收来调节可见光透过率，从而达到对光(可见光)与热(近红外光)选择性调控的目的；本专利技术制备的可独立调控可见光和近红外光透过率的全薄膜电致变色器件具有亮模式(可见光和近红外都高透，适用于建筑采光以及冬季建筑采暖)、冷模式(阻挡大部分的近红外光，同时保持可见光透过，适用于建筑采光以及减少建筑物太阳热增益)和暗模式(可见光和近红外都不透过，进一步减少建筑物太阳热增益以及保护个人隐私)，而且透过率调控幅度大、循环稳定性好，节能效果明显(可以通过调控进入建筑物的太阳热来调节室内温度，减少空调使用)，可以更好满足的智能窗的实际需求；
[0018]二、本专利技术制备的可独立调控可见光和近红外光透过率的全薄膜电致变色器件具有三种工作模式：亮模式(可见光透过率大于80％，近红外透过率大于75％，适用于建筑采光以及冬季建筑采暖)、冷模式(可见光透过率大于50％，可以阻挡超过60％的近红外太阳热，适用于建筑采光以及减少建筑物太阳热增益)和暗模式(可见光和近红外光透过率都小
于10％，阻挡超过90％的太阳热，进一步减少建筑物太阳热增益以及保护个人隐私)；所述器件可见区域透过率变化幅度60～90％，近红外区域透过率变化幅度55～85％，着色时间为1～5s，褪色时间为3～8s，着色效率为50～200cm2/C，而且循环稳定性能好，可以稳定循环2000圈以上；同时基于该电致变色器件的智能窗可以通过调控进入建筑物的太阳热来显著调节模型房的室内温度，可以实现10～30℃的温度调控幅度，可以更好满足的智能窗的实际需求。
附图说明
[0019]图1为具有不同氧空位浓度的可独立调控可见光和近红外光透过率的电致变色层的电子顺磁共振谱图，图中1为实施例2步骤四中不通入氧气时制备的可独立调控可见光和近红外光透过率的电致变色层的EPR谱图，2为实施例1步骤四中通入氧气的质量流量为2.5sccm时制备的可独立调控可见光和近红外光透过率的电致变色层的EPR谱图，3为实施例3步骤四中通入氧气的质量流量为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可独立调控可见光和近红外光透过率的全薄膜电致变色器件，其特征在于该电致变色器件包括透明底电极、离子储存层、离子传导层、可独立调控可见光和近红外光透过率的电致变色层和透明顶电极，其中电解质是水或空气中的水蒸气，通过特殊的方法引入到器件内部；所述的可独立调控可见光和近红外光透过率的电致变色层是具有丰富氧缺陷的非晶单组分电致变色材料。2.根据权利要求1所述的一种可独立调控可见光和近红外光透过率的全薄膜电致变色器件，其特征在于所述的可独立调控可见光和近红外光透过率的全薄膜电致变色器件具有三种工作模式：第一种工作模式为亮模式，第二种工作模式为冷模式，第三种工作模式为暗模式；该器件可以独立调控可见光和近红外光透过率，而且循环稳定性能好，可以稳定循环20000圈以上；基于该器件制备的智能窗可以显著调节模型房的室内温度，可以实现16.7℃的温度调控幅度，节能效果明显。3.根据权利要求1所述的一种可独立调控可见光和近红外光透过率的全薄膜电致变色器件，其特征在于将所述透明底电极和透明顶电极分别与直流电压源的正极和负极连接，在+3.0V或0V时，所述独立调控可见光和近红外光透过率的全薄膜电致变色器件处于亮模式，在可见光和近红外光区域都是高透过的；在较高电压下0V～
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1.5V，所述独立调控可见光和近红外光透过率的全薄膜电致变色器件进入冷模式，阻挡大部分的近红外光，同时保持可见光透过；在
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1.5V～
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3.0V，所述独立调控可见光和近红外光透过率的全薄膜电致变色器件进入暗模式，可见光和近红外都不透过。4.根据权利要求1所述的一种可独立调控可见光和近红外光透过率的全薄膜电致变色器件，其特征在于所述的可独立调控可见光和近红外光透过率的电致变色层为氧缺陷掺杂的氧化钛、氧缺陷掺杂的非晶氧化钨或氧缺陷掺杂的氧化铌；该电致变色层的厚度为100～1000nm。5.根据权利要求1～3任意一项所述的一种可独立调控可见光和近红外光透过率的全薄膜电致变色器件，其特征在于所述的可独立调控可见光和近红外光透过率的电致变色层的表面形貌和内部氧空位浓度是通过控制电子束蒸镀过程中材料的蒸发速率和氧气的质量流量来调控；所述电子束蒸镀过程中材料的蒸发速率为氧气的质量流量为0
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20sccm。6.如权利要求1所述的一种可独立调控可见光和近红外光透过率的全薄膜电致变色器件的制备方法，其特征在于该制备方法具体是按以下步骤完成的：一、采用真空镀膜法、磁控溅射法、真空热蒸镀法或电子束蒸镀法在基底上制备透明底电极；二、采用真空镀膜法、磁控溅射法、真空热蒸镀法或电子束蒸镀法在透明底电极上制备离子存储层；三、采用真空镀膜法、磁控溅射法、真空热蒸镀法或电子束蒸镀法在离子存储层上制备离子传导层；四、采用电子束蒸镀...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵九蓬，陈明俊，张翔，李垚，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：