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CN104407483A - 电致变色器件及其制备方法和应用 - Google Patents

电致变色器件及其制备方法和应用 Download PDF

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Publication number
CN104407483A
CN104407483A CN201410826306.2A CN201410826306A CN104407483A CN 104407483 A CN104407483 A CN 104407483A CN 201410826306 A CN201410826306 A CN 201410826306A CN 104407483 A CN104407483 A CN 104407483A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
electrochromic
conductive layer
electrochromic device
electrolyte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410826306.2A
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English (en)
Inventor
张洪亮
曹鸿涛
柯有和
雍微
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huawei Technologies Co Ltd
Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Original Assignee
Huawei Technologies Co Ltd
Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huawei Technologies Co Ltd, Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS filed Critical Huawei Technologies Co Ltd
Priority to CN201410826306.2A priority Critical patent/CN104407483A/zh
Publication of CN104407483A publication Critical patent/CN104407483A/zh
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/1506Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect caused by electrodeposition, e.g. electrolytic deposition of an inorganic material on or close to an electrode
    • G02F1/1508Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect caused by electrodeposition, e.g. electrolytic deposition of an inorganic material on or close to an electrode using a solid electrolyte

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Abstract

本发明公开了一种电致变色器件及其制备方法和应用,采用镀膜工艺在第一衬底表面沉积第一导电层;在第一导电层表面掩膜沉积第一电致变色层;采用镀膜工艺在第一电致变色层表面依次沉积电解质层和第二导电层;或在第二衬底表面沉积第二导电层后,在第二导电层和第一电致变色层之间制备电解质层;得到单层电致变色器件;或,采用镀膜工艺在第一电致变色层表面依次沉积电解质层、第二电致变色层和第二导电层;或在第二衬底表面依次沉积第二导电层和第二电致变色层后,在第二电致变色层和第一电致变色层之间制备电解质层;得到双层电致变色器件;电解质层为透明固态有机锂离子导体膜。其全固态的制备工艺有效解决了很难实现大面积规模化生产的问题。

Description

电致变色器件及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及电子器件领域,特别是涉及一种电致变色器件及其制备方法和应用。
背景技术
电致变色是指材料的光学属性(反射率、透过率、吸收率等)在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象,在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料。因此,电致变色材料具有双稳态的性能,用电致变色材料做成的电致变色显示器件不仅不需要背光灯,而且显示静态图像后,只要显示的图像内容不变,就不会耗电。因此,具有良好的节能效果。并且,由于电致变色显示器件与其他显示器件相比,具有无视觉盲角、对比度高、工作温度范围宽、驱动电压低和色彩丰富等优势,在仪表显示、户外广告和静态显示等领域具有很大的应用前景。
在电致变色的过渡金属氧化物中,五氧化二钒显示了阳极变色和阴极变色,并且基于钼掺杂的五氧化二钒薄膜具有多电致变色(橙-黄-绿-蓝)行为,在550nm-900nm光谱区内的30%-90%的光学调制。因此,采用钼掺杂的五氧化二钒作为电致变色器件中的电致变色层,能够有效提高电致变色器件的性能。但是,在进行电致变色器件制备时,由于其原料成本和制作成本均较高,很难实现大面积规模化生产,并且制备的电致变色器件性能也不够稳定。
发明内容
基于此,有必要针对现有的电致变色器件制作成本较高,很难实现大面积规模化生产的问题,提供一种电致变色器件及其制备方法和应用。
为实现本发明目的提供的一种电致变色器件制备方法,包括如下步骤:
采用镀膜工艺在第一衬底表面沉积第一导电层;
在所述第一导电层表面掩膜沉积第一电致变色层;
采用所述镀膜工艺在所述第一电致变色层表面依次沉积电解质层和第二导电层;或在第二衬底表面沉积所述第二导电层后,在所述第二导电层和所述第一电致变色层之间制备所述电解质层;得到单层电致变色器件;
或,采用所述镀膜工艺在所述第一电致变色层表面依次沉积所述电解质层、第二电致变色层和所述第二导电层;或在所述第二衬底表面依次沉积所述第二导电层和所述第二电致变色层后,在所述第二电致变色层和所述第一电致变色层之间制备所述电解质层;得到双层电致变色器件;
所述电解质层为透明固态有机锂离子导体膜。
在其中一个实施例中,制备所述电解质层包括:
在所述第二导电层和所述第一电致变色层之间,或在所述第二电致变色层和所述第一电致变色层之间注射或注入电解质溶胶后,在预设烘烤温度下烘烤至所述电解质溶胶聚合并固化形成所述透明固态有机锂离子导体膜;
其中,所述电解质溶胶为有机锂离子溶胶。
在其中一个实施例中,所述预设烘烤温度为50℃—200℃。
在其中一个实施例中,所述第一电致变色层和所述第二电致变色层的沉积工艺均为电化学沉积工艺或磁控溅射沉积工艺。
相应的,本发明还提供了一种电致变色器件,采用上述任一种制备方法制备,包括导电层、电致变色层和电解质层;
其中,所述电解质层为透明固态有机锂离子导体膜。
在其中一个实施例中,所述透明固态有机锂离子导体膜在可见光范围内的透过率大于或等于80%;且,
所述透明固态有机锂离子导体膜的厚度为50nm~5mm。
在其中一个实施例中,所述透明固态有机锂离子导体膜的离子导电率大于或等于1×10-5S/cm。
在其中一个实施例中,所述电致变色层为钼掺杂五氧化二钒薄膜;且,
所述钼掺杂五氧化二钒薄膜为[001]取向的层状结构。
在其中一个实施例中,所述钼掺杂五氧化二钒薄膜中,钼的掺杂浓度为5%~10%mol;且,
所述钼掺杂五氧化二钒薄膜的厚度为50nm~5μm。
相应的,本发明还提供了一种如上所述的任一种电致变色器件在移动终端上的应用。
上述电致变色器件制备方法的有益效果:
通过在单层电致变色器件或双层电致变色器件中制备透明固态有机锂离子导体膜作为电解质层,实现了全固态电致变色器件的制备。其制备工艺简单,成本低廉,易于实现,并且全固态的制备工艺(即导电层、电致变色层及电解质层均为固态)有利于规模化生产。从而有效解决了现有的电致变色器件制作成本较高,很难实现大面积规模化生产的问题。
并且,采用上述方法制备的电器变色器件为全固态电致变色器件,全固态的电致变色器件相较于固液共存的电致变色器件,其性能稳定性更高。因而有效提高了电致变色器件的性能稳定性。
附图说明
图1为本发明的电致变色器件一具体实施例的结构剖视图;
图2为本发明的电致变色器件另一具体实施例的结构剖视图;
图3为采用本发明的电致变色器件制备方法实施例1制备的钼掺杂五氧化二钒电致变色薄膜的XRD图谱;
图4为采用本发明的电致变色器件制备方法实施例1制备的电致变色器件的透过率数据图。
具体实施方式
为使本发明技术方案更加清楚,以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。
作为本发明提供的电致变色器件制备方法的一具体实施例,包括如下步骤:
步骤S100,采用镀膜工艺在第一衬底表面沉积第一导电层。
步骤S200,在第一导电层表面掩膜沉积第一电致变色层。
步骤S300,采用镀膜工艺在第一电致变色层表面依次沉积电解质层和第二导电层。即在第一电致变色层表面沉积电解质层后,再在电解质层表面沉积第二导电层。即可完成单层电致变色器件的制备。或者是,在第二衬底表面沉积第二导电层后,将第二导电层和第一电致变色层封装,直接在第二导电层和第一电致变色层之间制备电解质层来实现单层电致变色器件的制备。
或者是,步骤S300’,采用镀膜工艺在第一电致变色层表面依次沉积电解质层、第二电致变色层和第二导电层,实现双层电致变色器件的制备。或在第二衬底表面依次沉积第二导电层和第二电致变色层后,在第二电致变色层和第一电致变色层之间制备电解质层,达到制备双层电致变色器件的目的。
其中,上述制备的单层电致变色器件或双层电致变色器件中的电解质层均为透明固态有机锂(Li)离子导体膜。
通过上述制备方法制备的电致变色器件由多层复合膜组成,具有电致变色器件最典型、最简单的结构。并且通过制备透明固态有机Li离子导体膜作为固态电解质层,实现了全固态电致变色器件,器件性能更加稳定。并且,制备工艺简单,很容易实现大面积规模化生产。
作为一具体实施例,制备电解质层时,可通过采用注射法或真空灌注法,将电解质溶胶注射或注入至第一电致变色层和第一导电层之间,或第一电致变色层和第二电致变色层之间,并在预设烘烤温度下烘烤至电解质溶胶聚合并固化形成透明固态有机锂离子导体膜。其中,电解质溶胶为有机锂离子溶胶。
其通过将有机锂离子溶胶形成固态电解质层,制作工艺简单,成本低廉。其中,预设温度优选为50℃—200℃。
参见图1,以制备的单层电致变色器件具体说明。
首先,在第一衬底110表面通过镀膜工艺沉积第一导电层120。第一导电层120作为电致变色器件的阴极电极,因此,第一导电层120也可称之为阴极导电层。第一衬底110可选用透明玻璃,取材简便,成本低廉。同时,第一导电层120优选为透明导电层。具体的可通过沉积金属氧化物薄膜来实现。其中,金属氧化物薄膜可为:氧化铟锡(ITO)薄膜、铟锌氧(IZO)薄膜、铟镓锌(IGZO)薄膜、或铝锌氧(AZO)薄膜。
然后,在第一导电层120的表面掩膜沉积第一电致变色层130。这里所说的掩膜是指,采用掩膜板或具有覆盖功能的覆盖板将第一导电层120的任意一角遮盖,作为电极接触区。然后再在第一导电层120的未遮盖部分的表面沉积第一电致变色层130。第一电致变色层130的沉积工艺可通过电化学沉积工艺或磁控溅射沉积工艺来实现。当然,也可选用其他物理气相沉积工艺或化学气相沉积工艺。优选为电化学沉积工艺或磁控溅射沉积工艺,其可在室温下进行沉积,操作更为简单,并且工艺成本更为低廉,容易大尺寸生长,与现有的电子器件工艺兼容性更好,更有利于实现大面积规模化生产。
需要指出的是,第一电致变色层130的结构为层状结构。通过调整第一电致变色层130的沉积工艺参数,使得第一电致变色层130的结构为层状结构,更有利于电解质层140中的锂离子的通过。层状结构的第一电致变色层130使得电解质层140中的锂离子具有更高的自由度和更好的离子传输性能,从而提高了锂离子的吸附-脱附和转移,使得第一电致变色层130的颜色可逆变化更为稳定。最终提高了电致变色器件的性能和稳定性。
当在第一导电层120表面沉积第一电致变色层130之后,即可进行电解质层140的制备。如前所述,电解质层140的制备可通过两种方式来实现。其一,采用镀膜工艺直接在第一电致变色层130表面沉积电解质层140;其二,采用注射法或真空灌注法进行制备。
以下以采用注射法制备电解质层140为例进行具体说明。
采用注射法制备时,需要在第一电致变色层130和第二导电层150(即阳极导电层)之间注射电解质溶胶。因此,首先需要进行第二导电层150的制备。第二导电层150的制备工艺可直接采用镀膜工艺在第二衬底160表面进行沉积即可。其中,第二衬底160同样可选择透明玻璃;第二导电层150同样优选为透明导电层,具体可通过沉积金属氧化物薄膜来实现。
当在第二衬底160表面沉积完第二导电层150后,采用封装材料(可为环氧树脂)将第二导电层150和第一电致变色层130封装起来。然后,再在第二导电层150与第一电致变色层130之间采用注射器直接注射电解质溶胶。由于本发明的电致变色器件中的电解质层为透明固态有机锂离子导体膜,因此,所注射的电解质溶胶优选为有机锂离子溶胶。
将有机锂离子溶胶注射至第二导电层150与第一电致变色层130之间后,通过对注射入第二导电层150与电致变色层130之间的有机锂离子溶胶在预设烘烤温度下进行烘烤。直至有机锂离子溶胶聚合并固化形成透明固态有机锂离子导体膜即可。
需要说明的是,在真空度为1Pa—1000Pa氛围下进行有机锂离子溶胶的烘烤时,其烘烤温度与烘烤时间成反比。烘烤温度越高,烘烤时间越短。反之,烘烤温度越低,烘烤温度则越长。另外,对有机锂离子溶胶进行烘烤时,直接在空气气氛下进行即可。操作简单,易于实现。有利于规模化生产。
另外,采用透明固态有机锂离子导体膜作为电解质层140,其在可见光范围内的透过率大于或等于80%。并且,透明固态有机锂离子导体膜的厚度优选为50nm(纳米)~5mm(毫米)。
进一步的,第一电致变色层130优选为钼掺杂五氧化二钒薄膜。采用钼掺杂五氧化二钒薄膜作为电致变色器件的第一电致变色层130,当在电致变色器件的阴极电极和阳极电极加+3.0V、+1.0V、-1.0V和-3.0V的方压时,可使得电致变色器件能够在橙-黄-绿-蓝之间可逆变化。
同时,优选的,在第一导电层120表面沉积的钼掺杂五氧化二钒薄膜为[001]取向的层状结构。也就是说,在第一导电层120沉积的钼掺杂五氧化二钒薄膜沿[001]晶向择优生长。
需要说明的是,钼掺杂五氧化二钒薄膜中,钼的掺杂浓度为5%~10%mol。
并且,由于电致变色器件的色彩与其第一电致变色层130的厚度有关。在相同阶跃电压下,电致变色层130的厚度越大,色彩越深。当钼掺杂五氧化二钒薄膜达到一定厚度时,电致变色器件在+3.0V、+1.0V、-1.0V和-3.0V的方压驱动下,其色彩可以在橙-黄-(黄-绿)-(绿-蓝)之间可逆变化,而不仅仅是在橙-黄-绿-蓝之间可逆变化。这也就增多了电致变色器件的色彩变化。由此,钼掺杂五氧化二钒薄膜的厚度可为50nm(纳米)~5μm(微米)。
通过电源管理和电路集成,将该电致变色器件集成在电子终端设备,如手机、平板电脑等的后背壳上,能够满足消费者的个性化色彩需求。
更进一步的,镀膜工艺可为物理气相沉积工艺或化学气相沉积工艺。当进行本发明的电致变色器件的制备时,镀膜工艺可根据实际情况进行选择,增加了工艺的灵活性和兼容性。并且,优选为磁控溅射沉积工艺。磁控溅射沉积工艺中,原子与高能离子交换能量后溅射而出,其能量相较于蒸发的原子要高1—2个数量级。由此,采用磁控溅射沉积工艺制备的电致变色器件中的导电层(即第一导电层120和第二导电层150)与衬底(即第一衬底110和第二衬底160)的粘附性更好。
应当理解为,第一电致变色层130以及导电层的制备并不仅限于前面所述的电化学沉积工艺和磁控溅射沉积工艺。其还包括真空热蒸发沉积工艺、增强化学气相沉积工艺(PECVD)、溶胶-凝胶沉积工艺或喷涂沉积工艺等。
参见图2,作为双层电致变色器件的一具体实施例,其在电解质层140和第二导电层150增加了一层第二电致变色层180。其中,第二电致变色层180与第一电致变色层130的制备相同或相似,因此不再进行赘述。同样,第二电致变色层180优选为层状机构。
并且,第二电致变色层180与第一电致变色层130的材料可以相同,也可以不同。可根据具体情况进行不同的制备。
综上所述,采用上述步骤制备的本发明的电致变色器件为单层电致变色器件或双层电致变色器件,由多层全固态复合膜组成。其中,电解质层140为透明固态有机锂离子导体膜。结构简单,性能更加稳定。并且,除了电致变色层130外,其他各个膜层在可见光范围内的透过率均达80%以上,有效提高了电致变色器件的性能。
更为具体的,以下以具体的实施例对本发明做更进一步的说明。
实施例1
参见图1,实施例1提供的单层多色彩电致变色器件,第一衬底110为普通透明玻璃片。第一导电层120为铟锡氧(ITO)薄膜,用于与外界电源连通,作为阴极电极。第一电致变色层130为钼掺杂五氧化二钒薄膜。电解质层140为聚合物锂盐固态电解质膜。第二衬底160为普通透明玻璃片。第二导电层150为ITO膜,用于与外界电源连通,作为阳极电极。使用环氧树脂170将两块镀膜的透明玻璃片叠合封边。
上述单层电致变色器件的制备方法包括如下步骤:
首先,经丙酮和无水乙醇溶液超声清洗洁净的面积为2.5×2.5cm2的普通透明玻璃作为第一衬底110,该普通玻璃在可见光范围内的透过率达80%以上,且表面光滑并具有平面结构。
然后,采用磁控溅射法在第一衬底110上沉积一层厚度为50nm~5μm的ITO薄膜,作为第一导电层120。
其次,采用掩膜板将ITO薄膜的一角遮盖,作为电极接触区,并利用电沉积法在ITO膜上沉积一层厚度为800nm的钼掺杂五氧化二钒薄膜,作为第一电致变色层130。
接着,利用磁控溅射法在在第二衬底160上沉积一层厚度为50nm~5μm的ITO薄膜,作为第二导电层150。并采用掩膜板或其他具有相同覆盖功能的覆盖板将ITO薄膜(此处指的是第二导电层150)的一角遮盖,作为电极接触区。
然后,采用丝网印刷把环氧树脂胶在V2O5:Mo/ITO和ITO膜片边缘上图形化出有一个预留小孔的多彩色全固态电致变色器件元胞。将V2O5:Mo/ITO膜片和ITO膜片的边缘在130℃-140℃固化环氧树脂胶粘在一起,组装成一个膜片空腔,用来后续的填充Li+离子液态电解质。膜片空腔的高度一般为30μm~200μm(由环氧树脂胶中的球型玻璃圆珠限高器控制)。这个膜片空腔在液晶产业上叫做“元胞空隙”。再接着,采用真空灌注法和“滴加-施压”法来注入Li+离子液态电解质材料进入膜片空腔,即V2O5:Mo/ITO膜片和ITO膜片之间。
具体地,在真空灌注之前,对膜片腔体和Li+离子液体电解质进行预先抽真空,以消除在低压下很容易挥发的残留气体。首先,将膜片空腔夹紧在底座上,其预留小孔放在液体电解质容器的上方且其位置可以随意调节。随后,关闭灌装室并且用机械泵抽真空。当气体压力下降到约10Pa时,旋转底座并且降低多彩色全固态电致变色器件以便液体电解质浸入预留小孔。由于液体毛细现象原理,Li+离子液体电解质由于打开的进气口流入膜片空腔。关闭真空泵并且维持一定时间低压(大约5min)。当空气进口被缓慢地打开,内部的气压会缓慢的上升。这样会使液体表面的大气压和膜片空腔内的真空产生压差,这种压差会促进Li+离子液体电解质流入膜片空腔内。当膜片空腔内的Li+离子液体电解质填充大约80%时,腔室的空气进口完全打开以便空气压力快速回升到大气压,并且100%的液体得到填充。灌注完成后,再次旋转底座并将进气口从液态电解质中移除。预留小孔的开放部分用UV脂粘住并快速固化。最后,在85℃下烘烤2小时,膜片空腔内的有机Li+离子液体电解质交联固化完成,形成有机锂离子导体膜,作为电致变色器件的电解质层140,从而获得了单层多彩色全固态电致变色器件。
参见图3,为对实施例1制备的钼掺杂五氧化二钒薄膜进行XRD(X-raydiffraction,X射线衍射)扫描获取的XRD图谱。通过XRD图谱可以明显看出,除了ITO薄膜的衍射峰外,只有较强的五氧化二钒薄膜[001]取向的衍射峰,表明钼掺杂五氧化二钒薄膜(即电致变色层130)沿[001]择优生长。其在沿[001]择优生长的钼掺杂五氧化二钒薄膜结构下,锂离子具有更高的自由度和良好的离子传输性能,有利于离子的吸附-脱附和转移,可提升电致变色器件的灵敏度。
参见图4,为上述实施例1制备的电致变色器件的透过率数据图。由其透过率数据图可知,通过阴极电极和阳极电极之间应用的电压能够有效调控电致变色器件的光学透过率。
另外,通过在实施例1制备得到的全固态单层多色彩电致变色器件的阴极电极和阳极电极之间加+3.0V,+1.0V,-1.0V和-3.0V的方压,得知该单层电致变色器件在橙-黄-绿-蓝之间可逆变化。
实施例2
参见图2,为双层电致变色器件的一具体实施例,第一衬底110为普通透明玻璃片。第一导电层120为铟锡氧(ITO)薄膜,用于与外界电源连通,作为阴极电极。第一电致变色层130为钼掺杂五氧化二钒薄膜。电解质层140为聚合物锂盐固态电解质膜。第二衬底160为普通透明玻璃片。第二导电层150为铟锡氧(ITO)薄膜,用于与外界电源连通,作为阳极电极。第二电致变色层180为氧化钨(WO3)或氧化镍(NiO)薄膜。使用环氧树脂170将两块镀膜的透明玻璃片叠合封边。
上述双层电致变色器件的制作方法包括如下步骤:
首先,经丙酮和无水乙醇溶液超声清洗洁净的面积为2.5×2.5cm2的普通玻璃作为透明的第一衬底110。该普通玻璃在可见光范围内的透过率达80%以上,且表面光滑并具有平面结构。
其次,采用磁控溅射法在第一衬底110上沉积一层厚度为50nm~5μm的ITO薄膜作为第一导电层120,即阴极导电层。
然后,采用掩膜板或其他覆盖板将ITO薄膜的一角遮盖,作为电极接触区,利用磁控溅射法在ITO薄膜上沉积一层厚度为800nm的钼掺杂五氧化二钒薄膜,作为第一电致变色层130。
接着,同样利用磁控溅射法在第二衬底160上沉积一层厚度为50nm~5μm的ITO薄膜,作为第二导电层150,即阳极导电层。
然后,同样采用掩膜板或其他具有相同覆盖功能的覆盖板将ITO薄膜(此处指的是第二导电层150)的一角遮盖,作为电极接触区,利用磁控溅射法在ITO薄膜(指的是第二导电层150)上沉积一层WO3或NiO薄膜,作为第二电致变色层180。
紧接着,利用环氧树脂170将把V2O5:Mo/ITO膜片和WO3(NiO)/ITO膜片用一定厚度的有机玻璃框架隔开并密封,留小孔用作电解溶胶注射入口。
最后,将两个制备好的膜片放置在真空室内在100℃至300℃下进行烘烤,以祛除水气。然后,将无色透明的有机锂离子溶胶用真空灌注法注入到两个膜片之间,在预设烘烤温度下进行烘烤,使得有机锂离子溶胶聚合并完全固化形成有机锂离子导体膜,作为电致变色器件的电解质层140,最终得到多层全固态多色彩电致变色器件。
通过在实施例2制备得到的全固态多色彩电致变色器件的阴极电极和阳极电极之间加+3.0V,+1.0V,-1.0V和-3.0V的驱动方压,该多层电致变色器件能够呈(橙-蓝)-(黄-蓝)-绿-蓝多色彩变化,而不是仅仅在橙-黄-绿-蓝之间变化。由此增加了全固态电致变色器件的多色彩性。
实施例3
参见图1,本实施例提供的电致变色器件为单层多色彩电致变色器件。其中,第一衬底110为普通透明玻璃片。第一导电层120为铟锡氧(ITO)薄膜,用于与外界电源连通,作为阴极电极。第一电致变色层130为钼掺杂五氧化二钒薄膜。电解质层140为聚合物锂盐固态电解质膜。第二衬底160同样为普通透明玻璃片。第二导电层150为ITO膜,用于与外界电源连通,作为阳极电极。其使用环氧树脂170将两块镀膜的透明玻璃片叠合封边。
上述单层电致变色器件的制作方法包括如下步骤:
首先,经丙酮和无水乙醇溶液超声清洗洁净的面积为2.5×2.5cm2的普通玻璃作为透明的第一衬底110。该普通玻璃在可见光范围内的透过率达80%以上,且表面光滑并具有平面结构。
其次,采用磁控溅射法在第一衬底110上沉积一层厚度为50nm~5μm的ITO薄膜作为第一导电层120,即阴极导电层。
然后,采用掩膜板或其他覆盖板将ITO薄膜的一角遮盖,作为电极接触区,利用磁控溅射法在ITO薄膜上沉积一层厚度为800nm的钼掺杂五氧化二钒薄膜,作为第一电致变色层130。
接着,同样利用磁控溅射法在第二衬底160上沉积一层厚度为50nm~5μm的ITO薄膜,作为第二导电层150,即阳极导电层。
然后,同样采用掩膜板或其他具有相同覆盖功能的覆盖板将ITO薄膜(此处指的是第二导电层150)的一角遮盖,作为电极接触区。利用环氧树脂170将第二导电层膜片和沉积有钼掺杂五氧化二钒薄膜膜片用一定厚度的有机玻璃框架隔开并用环氧树脂密封。同时,留小孔用作电解质溶胶注射入口。
最后,将柠檬酸溶解在无水乙醇中,再加入正硅酸乙酯,然后加入碳酸锂并充分溶解,最后加入乙二醇,将所得无色透明溶液在80℃下保持24h(小时)获得电解质溶胶(即有机锂离子溶胶)。然后,将无色透明的有机锂离子溶胶用注射器注入到两个膜片之间,在预设烘烤温度下使得溶胶聚合并完全固化,形成有机锂离子导体膜,作为电致变色器件的电解质层140,从而得到全固态单层多色彩电致变色器件。
通过在实施例1制备得到的全固态单层多色彩电致变色器件的阴极电极和阳极电极之间加+3.0V,+1.0V,-1.0V和-3.0V的方压,得知该单层电致变色器件在橙-黄-绿-蓝之间可逆变化。
相应的,本发明还提供了上述任一种电致变色器件在移动终端上的应用。通过电源管理和电路集成,将上述任一种单层电致变色器件或双层电致变色器件应用到移动终端的背壳上,如:手机背壳或平板电脑背壳等,提高了移动终端的个性化和稳定性,满足了消费者的个性化色彩需求。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电致变色器件制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
采用镀膜工艺在第一衬底表面沉积第一导电层;
在所述第一导电层表面掩膜沉积第一电致变色层;
采用所述镀膜工艺在所述第一电致变色层表面依次沉积电解质层和第二导电层;或在第二衬底表面沉积所述第二导电层后,在所述第二导电层和所述第一电致变色层之间制备所述电解质层;得到单层电致变色器件;
或,采用所述镀膜工艺在所述第一电致变色层表面依次沉积所述电解质层、第二电致变色层和所述第二导电层;或在所述第二衬底表面依次沉积所述第二导电层和所述第二电致变色层后,在所述第二电致变色层和所述第一电致变色层之间制备所述电解质层;得到双层电致变色器件;
所述电解质层为透明固态有机锂离子导体膜。
2.根据权利要求1所述的电致变色器件制备方法,其特征在于,制备所述电解质层包括:
在所述第二导电层和所述第一电致变色层之间,或在所述第二电致变色层和所述第一电致变色层之间注射或注入电解质溶胶后,在预设烘烤温度下烘烤至所述电解质溶胶聚合并固化形成所述透明固态有机锂离子导体膜;
其中,所述电解质溶胶为有机锂离子溶胶。
3.根据权利要求2所述的电致变色器件制备方法,其特征在于,所述预设烘烤温度为50℃—200℃。
4.根据权利要求1所述的电致变色器件制备方法,其特征在于,所述第一电致变色层和所述第二电致变色层的沉积工艺均为电化学沉积工艺或磁控溅射沉积工艺。
5.一种电致变色器件,其特征在于,采用权利要求1至4任一项所述的电致变色器件制备方法制备,包括导电层、电致变色层和电解质层;
其中,所述电解质层为透明固态有机锂离子导体膜。
6.根据权利要求5所述的电致变色器件,其特征在于,所述透明固态有机锂离子导体膜在可见光范围内的透过率大于或等于80%;且,
所述透明固态有机锂离子导体膜的厚度为50nm~5mm。
7.根据权利要求6所述的电致变色器件,其特征在于,所述透明固态有机锂离子导体膜的离子导电率大于或等于1×10-5S/cm。
8.根据权利要求5所述的电致变色器件,其特征在于,所述电致变色层为钼掺杂五氧化二钒薄膜;且,
所述钼掺杂五氧化二钒薄膜为[001]取向的层状结构。
9.根据权利要求8所述的电致变色器件,其特征在于,所述钼掺杂五氧化二钒薄膜中,钼的掺杂浓度为5%~10%mol;且,
所述钼掺杂五氧化二钒薄膜的厚度为50nm~5μm。
10.一种如权利要求5至9任一项所述的电致变色器件在移动终端上的应用。
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