CN110389479A - 用于涂覆电致变色薄膜的电沉积法以及电致变色器件 - Google Patents
用于涂覆电致变色薄膜的电沉积法以及电致变色器件 Download PDFInfo
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Abstract
用于涂覆电致变色薄膜的电沉积法以及电致变色器件，所述电沉积法包括如下步骤：提供第一、第二导电基底；对所述第一、第二导电基底进行预处理以清除所述第一、第二导电基底表面的污染物；准备电沉积溶液；制备对电极，将OER催化剂设置在所述第一导电基底上；将所述第二导电基底与对电极两者都垂直浸入所述电沉积溶液中，并为所述对电极及第二导电基底加载电压，其中，所述对电极设置为正偏压，而第二导电基底设置为负偏压以在作为阴极的第二导电基底上的表面形成均匀的钨基蓝膜以制成电致变色器件。本电沉积法至少具有以下一个或多个优点：无真空，易于控制，快速原型制作，节约材料，且性价比高。本发明还包括一个由上述方法制备的电致变色器件。
Description
技术领域
本发明属于电致变色技术领域，特别是用于涂覆电致变色薄膜的电沉积法以及电致变色器件。
背景技术
目前，颜色可调的太阳镜多数使用光致变色材料。然而光致变色镜片的透明态与着色态之间的转变需要5分钟甚至更长时间，而且人为不可控，导致较差的用户体验。因此变色速度更快、人为可控的电致变色材料为变色镜片提供了更好的技术支持。同时这种电致变色材料也可以通过嵌入光敏电阻的方式由光来触发变色，实现手动控制和自动控制两种模式。电致变色材料也应用在其他的一些领域，如智能窗户上使用电致变色材料可以自动阻挡热量，从而减少空调的能耗；汽车防眩目后视镜，可以迅速变色将后面车辆的远光灯光线吸收，降低夜间行车时后面车灯对司机视觉的冲击；又如电致变色材料兼容光学显示系统，可以为增强平视显示器(HUD)和增强现实(AR)的视觉性能提供硬件支持。基于以上广阔的应用前景，电致变色器件已经在工业和学术领域中受到广泛关注。其中，三氧化钨(WO3)是一种研究最广泛的电致变色材料，可以通过改变加在三氧化钨上的电压来改变该电致变色器件的颜色。
目前，电致变色的三氧化钨薄膜通常是由CVD(Chemical Vapor Deposition)法，溅射法，电子束蒸发法，等离子聚合法，以及旋涂法中某一种方法制备。然而，上述每一种方法都因为各有缺点而影响了其应用。例如，CVD方法需要非常昂贵的设备和500℃左右的高温来保持沉积速度，同时在特殊形状上得到高度保角性薄膜(conformal films)的难度也很大。溅射方法需要复杂的设备、真空腔体以及惰性或反应性气体，这无疑增加了制造成本。由于X射线会引起气体分子的电离，电子束蒸发法可能会污染样品表面。等离子体聚合法也需要在真空条件下完成，这也无疑会增加成本，同时对于大尺寸薄膜，等离子体聚合法所具有低沉积速率特性导致只能沉积非常薄的薄膜。最后，对于旋涂法，其在制造薄膜涂层过程中虽然不使用或较少使用真空环境和昂贵设备，但是旋涂制程受旋转板的限制，因此只能涂覆小尺寸样品。同时，，对操作员工旋涂液的滴加方式和熟练度有很高的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种既简单又制造成本低的的用于涂覆电致变色薄膜的电沉积方法以及电致变色器件，以解决上述问题。
用于涂覆电致变色薄膜的电沉积法,其包括如下步骤：
STEP1：提供第一导电基底和第二导电基底；
STEP2：对所述第一、第二导电基底进行预处理以清除所述第一、第二导电基底表面的污染物；
STEP3：准备电沉积溶液，所述电沉积溶液为盐酸、二水钨酸钠、草酸、以及金属氯化物盐的混合物；
STEP4：制备对电极，即将阳极析氧反应催化剂设置在第一导电基底上以形成所述对电极；
STEP5：将所述第二导电基底与对电极都垂直浸入所述电沉积溶液中，并为所述对电极及第二导电基底加载电压，其中，所述对电极设置为正偏压，而第二导电基底设置为负偏压以在阴极的第二导电基底的表面上形成均匀的钨基蓝膜以制成电致变色器件。
进一步地，所述第一、第二导电基底为FTO玻璃或ITO玻璃。
进一步地，在步骤STEP2中，预处理所述第一、第二导电基底的方法为在超声波浴中分别用丙酮，乙醇和去离子水洗涤所述第一、第二导电基底。
进一步地，所述阳极析氧反应催化剂为IrO2，RuO2，或Fe2O3.
进一步地，在步骤STEP5后还包括STEP6，在STEP6中通过在去离子水中浸泡所述钨基薄膜并在空气中干燥一段时间来清洁涂覆有钨基蓝膜的第二导电基底以去除表面上的金属盐。
进一步地，在STEP6后，还将涂覆有钨基蓝膜的第导电基底在空气中在100-500℃下退火1-3小时，并冷却至室温。
进一步地，在所述阳极和所述阴极之间施加至少0.3V至1.2V的电压，在施加过某一电压后保持恒电压模式，电流自然下降，直至改变至下一个电压值。
电致变色器件，其包括一个导电基底，以及涂覆在所述导电基底上的钨基蓝膜。
与现有技术相比，本发明提供的用于涂覆电致变色薄膜的电沉积法至少具有以下一个或多个优点：无真空，易于控制，快速原型制作，节约材料，且性价比高。因此，该电沉积方法可以促进了电致变色工业中的商业化。
附图说明
图1为本发明提供的用于涂覆电致变色薄膜的电沉积法的流程图。
图2为实施图1的用于涂覆电致变色薄膜的电沉积法的过程中制备的对电极的结构示意图。
图3为图1的用于涂覆电致变色薄膜的电沉积法所制备的电致变色器件的结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。
如图1所示，其为本发明提供的一种用于涂覆电致变色薄膜的电沉积法的流程图。所述用于涂覆电致变色薄膜的电沉积法包括如下步骤：
STPE1:提供第一导电基底10和第二导电基底11。
所述第一、第二导电基底10、11可以为FTO(F-doped Tin Oxide)玻璃或ITO(Indium Tin Oxide)玻璃。在本实施例中，所述第一、第二导电基底10、11皆为FTO玻璃，所述FTO玻璃为具有15Ω/sq的薄层电阻。可以想到的是，所述第一、第二导电基底10、11并不限于该具有15Ω/sq的FTO玻璃。例如，在本发明的其他的一些实施例，薄层电阻可以为7Ω/sq至20Ω/sq。可以理解的是，较大的薄层电阻应当与所施加的较高的电压相协调。
STPE2:对所述第一、第二导电基底10、11进行预处理以清除所述第一、第二导电基底10、11的表面的污染物。所述污染物可能是灰尘、油脂和其它杂质。
在对所述第一、第二导电基底10、11进行清除污染物时，其在超声波浴中必须分别按顺序用丙酮，乙醇和去离子水洗涤FTO玻璃。
STPE3:准备电沉积溶液，所述电沉积溶液为盐酸、二水钨酸钠、草酸、以及金属氯化物盐的混合物。具体地，所述电沉积溶液的制备方法为将盐酸与二水钨酸钠溶液混合，制成绿黄色的钨酸溶液。加入草酸以在室温下制备澄清且稳定的溶液。然后在溶液中加入金属氯化物盐。所述金属氯化物盐可以为氯化钠，氯化钾，氯化镍，氯化钴中的一种或几种。
STPE4:制备对电极12，即将阳极析氧反应催化剂121设置在第一导电基底10上以形成所述对电极12，如图2所示
在这种双电极系统中，对电极被认为对实现均匀的薄膜具有至关重要的影响。该对电极12的作用是促进阳极析氧反应(Oxygen Evolution Reaction，OER)。因为在本发明的电化学沉积过程，是要在作为阴极的第二导电基底11，即FTO玻璃表面发生电子还原反应来沉积氧化钨薄膜，相应地作为阳极的对电极发生了氧析出(OER)的失电子氧化反应，即：2H2O→O2↑+4H+4e-,促进阳极的氧析出反应会相应地促进阴极成膜过程。因此，优选那些可以耐酸的OER催化剂。所述OER催化剂可以通过溅射蒸发或刷涂在所述第一导电基底10，即FTO玻璃上，形成对电极12，例如IrO2，RuO2，Fe2O3。在本实施例中，所述OER催化剂为Fe2O3。Fe2O3具有良好的薄膜促进性。
STEP5:将所述第二导电基底11与对电极12都垂直浸入所述电沉积溶液中，并为所述对电极12加载电压，其中，所述对电极12设置为正偏压，而所述第二导电基底11设置为负偏压以在作为阴极的第二导电基底10的表面上形成均匀的钨基蓝膜13以制得电致变色器件，如图3所示。还可以根据所述第二导电基底12使用的FTO玻璃尺寸来改变电压和反应时间。例如，0.2V至1.2V，镀膜时间为2至10分钟，适用于5*5FTO玻璃。在10cm×10cm FTO玻璃上施加1V至10V，3至15分钟的镀膜时间。在施加所述电压时，施加所述电压可以分为两次，第一次所施加的电压小于第二次所施加的电压。具体地，在所述阳极和所述阴极之间可以施加至少0.3V至1.2V的电压，在施加过某一电压后保持恒电压模式，电流自然下降，直至改变至下一个电压值。在这里需要说明的是，所述第二导电基底11与对电极12垂直浸入所述电沉积溶液的目的是使作为阳极的对电极12与作为阴极的第二导电基底11相互面对面平行放置。另外，可以想到的是，通过两个导电夹子分别夹住所述第二导电基底11与对电极12以给该第二导电基底11与对电极12加载电压。
STEP6:通过在去离子水中浸泡薄膜并在空气中干燥一段时间来清洁涂覆有钨基蓝膜13的第二导电基底11，以去除表面上的其他金属盐，如氯化钠，氯化钾，氯化镍，氯化钴中的一种或几种。
STEP6之后，还可以将涂覆有钨基蓝膜13的第二导电基底11在空气中在100-500℃下退火1-3小时，并冷却至室温。
通过上述的制程所制得的电致变色器件，其包括一个导电基底，以及涂覆在所述导电基底上的钨基蓝膜。
对所制得的电致变色器件进行测试，即将制得的电致变色器件放入0.1M硫酸中并对导电基底10施加3V电压，铂线作为对电极11。所述电致变色器件在2秒内变为蓝色，阴极在1秒内漂白。
与现有技术相比，本发明提供的用于涂覆电致变色薄膜的电沉积法至少具有以下一个或多个优点：无真空，易于控制，快速原型制作，节约材料，且性价比高。因此，该电沉积方法可以促进了电致变色工业中的商业化。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (9)
1.用于涂覆电致变色薄膜的电沉积法,其包括如下步骤：
STEP1：提供第一导电基底和第二导电基底；
STEP2：对所述第一、第二导电基底进行预处理以清除所述第一、第二导电基底表面的污染物；
STEP3：准备电沉积溶液，所述电沉积溶液为盐酸、二水钨酸钠、草酸、以及金属氯化物盐的混合物；
STEP4：制备对电极，即将阳极析氧反应催化剂设置在第一导电基底上以形成所述对电极；
STEP5：将所述第二导电基底与所述对电极都垂直浸入所述电沉积溶液中，并为所述对电极及第二导电基底加载电压，其中，所述对电极设置为正偏压，而第二导电基底设置为负偏压以在阴极的第二导电基底的表面上形成均匀的钨基蓝膜以制成电致变色器件。
2.如权利要求1所述的用于涂覆电致变色薄膜的电沉积法，其特征在于：所述第一、第二导电基底为FTO玻璃或ITO玻璃。
3.如权利要求1所述的用于涂覆电致变色薄膜的电沉积法，其特征在于：在步骤STEP2中，预处理所述第一、第二导电基底的方法为在超声波浴中分别用丙酮，乙醇和去离子水洗涤所述第一、第二导电基底。
4.如权利要求1所述的用于涂覆电致变色薄膜的电沉积法，其特征在于：所述阳极析氧反应催化剂为IrO2，RuO2，或Fe2O3。
5.如权利要求1所述的用于涂覆电致变色薄膜的电沉积法，其特征在于：在步骤STEP5后还包括STEP6，在STEP6中通过在去离子水中浸泡所述钨基薄膜并在空气中干燥一段时间来清洁涂覆有钨基蓝膜的第二导电基底以去除表面上的金属盐。
6.如权利要求1所述的用于涂覆电致变色薄膜的电沉积法，其特征在于：在STEP6后，还将涂覆有钨基蓝膜的第二导电基底在空气中在100-500℃下退火1-3小时，并冷却至室温。
7.如权利要求1所述的用于涂覆电致变色薄膜的电沉积法，其特征在于：在步骤STEP5中加载电压时，施加所述电压分为两次，第一次所施加的电压小于第二次所施加的电压。
8.如权利要求7所述的用于涂覆电致变色薄膜的电沉积法，其特征在于：在所述阳极和所述阴极之间施加至少0.3V至1.2V的电压，在施加过某一电压后保持恒电压模式，电流自然下降，直至改变至下一个电压值。
9.电致变色器件，其特征在于：所述电致变色器件包括一个导电基底，以及涂覆在所述导电基底上的钨基蓝膜。
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