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CN111596496A - 一种可见-红外独立调控电致变色器件 - Google Patents

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CN111596496A CN202010466939.2A CN202010466939A CN111596496A CN 111596496 A CN111596496 A CN 111596496A CN 202010466939 A CN202010466939 A CN 202010466939A CN 111596496 A CN111596496 A CN 111596496A
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Abstract

本发明公开一种可见‑红外独立调控电致变色器件。所述可见‑红外独立调控电致变色器件的结构包括依序排布的第一透明电极、在高电压条件下仅调控可见光的第一电致变色层、在低电压条件下仅调控红外光透过率的第二电致变色层、离子传导层和第二透明电极；其中，所述高电压为‑5至5V，所述低电压为‑2.5至2.5V。本发明设计了能够调节可见光的第一电致变色层和只调控红外光的第二电致变色层，从而实现不同的电压下独立调控红外光和可见光的透过率，满足实际生活的需要。

Description

一种可见-红外独立调控电致变色器件
技术领域
本发明涉及化工材料合成和功能材料技术领域，特别涉及一种可见-红外独立调控电致变色器件。
背景技术
能源是维持国家经济持续发展、保障人民物质生活水平的重要基础。如今，能源短缺、环境污染等问题日益严峻，科学家在开发新能源的同时也在努力寻找节能降耗的方法。建筑是人类进行生产生活活动的主要场所之一，在人类生产生活总能耗中，建筑能耗占有很大比例，而在建筑能耗中，用于改善建筑舒适度的照明和空调系统的能耗，在建筑总能耗中所占的比例超过75％。这两部分的能耗都与门窗玻璃有关，因此开发具有节能效果的建筑玻璃是实现建筑节能的重要途径。目前的建筑玻璃控制能量损失的方式是静态的，例如在红外波段具有高反射率的Low-E玻璃，能阻止红外线透过窗户；中空玻璃，利用空气导热系数低来减少室内外之间的传导散热。上个世纪80年代，科学家基于电致变色材料，提出了“智能窗”的概念—一种主动调控可见和近红外透射光线强弱的建筑窗体结构材料，能够根据室内外环境的差异动态调节射入室内光线的强弱，减少空调和照明系统的使用，与Low-E、中空玻璃组合在一起可以达到更好的节能效果。电致变色材料的性能决定了“智能窗”调节光线能力的强弱，电致变色材料也因此引起了广泛的重视。电致变色是指材料的光学属性，如透过率，反射率在低电压驱动下发生可逆的颜色变化现象，在外观上表现为蓝色和透明态之间的可逆変化。电致变色作为如今研究的热点，应用领域广。电致变色器件及技术主要应用于节能建筑玻璃、其他移动体车窗上、汽车防眩后视镜、显示屏、电子纸、隐身伪装等领域。
传统电致变色器件主要由五层薄膜组成、包括两层透明导电层、离子储存层、电致变色层、以及离子传导层。其中，离子储存层辅助电致变色层在透明导电层上施加低电压实现电致变色反应。离子传导层提供锂离子传输通道，提高锂离子在离子存储层和电致变色层之间的迁移能力和迁移效率，其结构与制备工艺是保证器件电致变色性能的最重要的技术之一。电致变色器件可按离子传导层的状态分为三种，分别为：液态电致变色器件，凝胶态电致变色器件以及全固态电致变色器件，其中凝胶态电致变色器件又为准固态电致变色器件。相对于液态电致变色器件存在封装、漏液等问题，全固态电致变色器件存在响应时间慢、离子导电性较差等问题，准固态电致变色器件稳定性较佳、制备工艺简单、并且其响应时间又高于全固态电致变色器件。
然而那些传统的电致变色玻璃只有两种调制模式，即光照可通过和光不能通过。而太阳光主要由含大量热量的近红外光和可见光组成，如果能够单独调控可见光和近红外光的透过与不透过，则可以根据实际需要调控红外光和可见光的传递，满足现代社会多样化需求，实现节约能源同时满足采光的目的。目前关于独立调控可见-近红外光电致变色主要集中在设计两层不同微观结构的氧化钨，不仅制备工艺复杂，而且独立调控能力较弱，调控范围较窄，从而限制了独立可调电致变色器件的实际应用。
中国专利CN 109143716A公开了可见-近红外光电致变色复合材料、其制备方法及应用。这种复合材料包括第一、第二结构层，其中第一层能够调节可见光，第二结构层调控红外光。然而该发明必须在第二层中构建离子扩散通道，才能实现第一层和第二层分别调控可见光和红外光。该专利中通液态电解质同时与两层电致变色材料接触，实现可见光和红外光的调控。因此必须在第二层中构造微孔结构，电解液才能通过这些微孔接触到第一电致变色层。中国专利CN 105036564 A利用导电氧化物纳米粒子调节近红外透射光，利用氧化钨调控可见光，达到对光(可见光)与热(近红外光)选择性调控的目的。然后该专利中导电氧化物纳米粒子对远红外的吸收非常强烈，导致对中远红外的调节能力比较弱。导电氧化物纳米颗粒由于表面等离子共振效应对中远红外存在较强的吸收，因此只能调节可见光和近红外光。
发明内容
本发明针对现有技术中电致变色器件难以独立调控可见光和红外光，或者调控能力较弱的问题，提供一种可见-红外独立调控电致变色器件，该器件采用两层电致变色结构，并选择使用热致变色材料，能够显著有效调节红外光的透过率且不影响可见光的透过率，从而保证可见光和红外光的独立调控。
本发明所述可见-红外独立调控电致变色器件，其结构包括依序排布的第一透明电极、在高电压条件下仅调控可见光的第一电致变色层、在低电压条件下仅调控红外光透过率的第二电致变色层、离子传导层和第二透明电极。
其中，所述高电压为-5至5V，所述低电压为-2.5至2.5V。
较佳地，所述第一电致变色层的材料为WO3-x、TiO2、PEDOT或普鲁士蓝中的至少一种，厚度为50-500nm。
较佳地，所述第二电致变色层的材料为单斜相VO2，厚度为20-200nm。
本发明通过引入热致变色变色材料VO2作为第二电致变色层材料。VO2能够调控整个红外波段的透过率。并且研究发现，在外加电压驱动下，阳离子进入VO2中也能够引起相变，导致薄膜从红外透过态变为红外阻隔态。因此，本发明的双层膜结构能够分别调控红外和可见光，并且具有优异的调节能力和更宽的调节范围。
较佳地，在低电压条件下，阳离子仅能迁移并插入第二电致变色层，使得第二电致变色层从红外透过的半导体单斜结构转变为红外光阻隔的金属四方结构。
较佳地，继续提高电压，在高电压条件下，阳离子向第一电致变色层中迁移，实现对可见光的吸收。
较佳地，所述第一透明电极和/或第二透明电极的材料为透明导电氧化物或者金属纳米线中的至少一种，厚度100-400nm，方阻3-100Ω/cm2，透过率大于75％。优选地，所述透明导电氧化物为FTO、ITO、ATO、AZO中至少一种，所述金属纳米线为Cu、Au、Ag和Al中至少一种。
较佳地，所述离子传导层为基于树脂材料的阳离子传导层，其中阳离子为Li、Na、Al、K、Li、Cs、Rb、Mg和Ca中的至少一种。
较佳地，所述可见-红外独立调控电致变色器件还包括位于离子传导层和第二透明电极之间的离子存储层。
较佳地，所述可见-红外独立调控电致变色器件还包括位于第一电致变色层与第二电致变色层之间或者位于第二电致变色层和离子传导层之间的电子阻挡层和离子缓冲层。
较佳地，所述第二电致变色层通过包括磁控溅射、激光脉冲沉积、分子束外延、旋涂、喷涂或者提拉的成膜方式制备于第一电致变色层表面。一些实施方式中，第二电致变色层通过上述成膜方式制备于介于第一电致变色层与第二电致变色层之间的电子阻挡层或离子缓冲层。
本发明具有以下有益效果：
1.设计两种独立调控可见光和红外光薄膜分别作为第一和第二电致变色层，提高了红外光与可见光独立调控的调控能力和红外光的调控范围。
2.可以通过连续溅射的工艺制备第一和第二电致变色层，避免使用特殊的制备工艺，从而缩减制备周期和降低生产成本。
3.通过引入其他辅助层材料，能够进一步提高电致变色器件的响应速度和循环稳定性。
附图说明
图1是实施例1制备的可见-红外独立调控电致变色器件的结构图；
图2是实施例1制备的可见-红外独立调控电致变色器件施加不同电压的光谱图；
图3是实施例1半器件即在透明衬底表面沉积两层电致变色层所得器件的断面扫描电子显微镜图片；
图4是实施例4制备的包括电子阻挡层的可见-红外独立调控电致变色器件的记忆效应图；
图5是实施例11制备的可见-红外独立调控电致变色器件在不同电压下的变色示意图。
具体实施方式
通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
本发明所述可见-红外独立调控电致变色器件的基本结构包括有序排列的第一透明电极，第一电致变色层，第二电致变色控层，离子传导层和第二透明电极。通过设计多层电致变色层，外加偏压不同时，能够实现红外光和可见光的独立调控。
作为示例，本发明的电致变色器件由第一透明电极，第一电致变色层，第二电致变色层，离子传导层和第二透明电极有序构成，其中可以选择性插入离子存储层。本发明设计了能够调节可见光的第一电致变色层和只调控红外光的电致变色层材料，从而实现不同的电压下独立调控红外光和可见光的透过率，满足实际生活的需要。
例如，第一电致变色层的材料包括但不限于WO3-x、TiO2、PEDOT或普鲁士蓝等。例如可为常见的WO3等阴极电致变色材料。该类材料呈现非晶态、且结构疏松。一些实施方式中，第一电致变色层的厚度为50-500nm。
例如，第二电致变色层的材料可为VO2等热致变色材料。所述第二电致变色层的材料为单斜相VO2，其原因是仅单斜相的VO2具有红外调节性能。VO2对红外区域均存在较大的调节能力，因此本发明制备的器件具有更好的可见-红外独立调控性能。第二电致变色层的厚度可为20-200nm。
又，第一电致变色层和第二电致变色层的厚度比可为20：1-2：1。第二电致变色层的厚度过高，会影响离子通过第二电致变色层进入第一电致变色层的数量，因而降低了第一电致变色层调节可见光透过率的能力。此外，第二电致变色层还会影响离子的迁移能力，过厚将会导致阳离子迁移能力下降。但是，第二电致变色层的厚度太薄则会导致红外部分的调节能力不足。
低电压下阳离子迁移能力较弱，仅能插入VO2中，使得VO2薄膜从红外透过的半导体单斜结构转变为红外光阻隔的金属四方结构，继续提高电压阳离子进一步往第一电致变色层中迁移，从而对可见光产生较强的吸收。本发明相比于之前的双模式独立调控电致变色器件的结构更加简单，调节能力更强，红外调节范围更大。
本发明通过调控两层电致变色材料之间的接触界面，能够提高阳离子的迁移效率，避免在界面处的积累，提高器件的循环稳定性。
具体地，通过调节器件中各功能层的厚度和制备工艺，调节各层界面之间的接触状态，从而得到能够广泛推广和具有使用价值的能够独立调控可见-红外透过率电致变色智能窗。两层电致变色材料之间的界面影响了阳离子在外加电压驱动下脱出与嵌入动力。通过优化两层材料之间的结合，减少界面缺陷，阳离子在界面迁移时往往容易被缺陷俘获，从而导致褪色不完全。具体地，首先调节两层材料的厚度，主要通过调控各层的溅射时间。由于阳离子在不同层中迁移动力学不同，因而嵌入深入不同。具体实施方式中，VO2层不能过厚，否则进入WO3中的阳离子数量不足，影响器件在可见光范围内的调节能力。其次，VO2和WO3薄膜在可见光范围内有一定吸收，因此合理的厚度能够优化器件的性能。根据实施例的测试结果比较可知，第一电致变色层(WO3)厚度约为350nm，第二电致变色层(VO2)厚度约为30nm，此时厚度较佳。另外，通过协同调节溅射气压和功率，能够控制薄膜的表面粗糙度和界面结合力。表面粗糙度越低，两层薄膜之间结合越好，离子迁移能力越强。通过实施例的比较可以发现，WO3层的沉积工艺是总压强2.0Pa和直流电源功率70W，得到非晶结构的WO3薄膜，VO2层的沉积条件是总压强1Pa和直流电源功率100W，得到单斜结构的VO2。
而且，本发明同时利用WO3等阴极电致变色材料与VO2等热致变色材料作为第一和第二电致变色材料，通过调控阳离子在两层材料及其界面处的嵌入和脱出，实现可见-红外的独立调控在电致变色器件的构造和功能上均具有创新性。另外，本发明所述可见-红外独立调控电致变色器件热致变色和电致变色功能的简单叠加，不仅能实现红外光调控，而且可以实现可见-红外的独立调控。
以下示例性说明制备可见-红外独立调控电致变色器件的具体技术方案。
以透明导电玻璃衬底，在其表面连续沉积制备无机电致变色层(即第一电致变色层)和电子阻挡层。通过磁控溅射法，以金属钨、钼或者钛为靶材，溅射气体为氩气和氧气，总压强为0.5-2.0Pa，氧分压为0-50％，靶材与基底的距离为10-20cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为30-150W或者功率密度为0.6-3.0W/cm2表面使用直流电源沉50nm–500nm的第一电致变色层薄膜。
继续以V2O3为靶材，总压强为0.5-2.0Pa，氧分压为0-50％，靶材与基底的距离为10-20cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为100-400W或者功率密度为2-8.0W/cm2表面使用直流电源沉积20nm–200nm的第二电致变色层薄膜。上述过程中，靶材是V2O3,溅射过程是反应溅射，得到的薄膜是VO2薄膜。
随后按照现有技术通过磁控溅射技术或者配置树脂前驱体通过紫外辐照固化技术制备离子传导层，最后通过磁控溅射技术在样品上表面制备第二透明导电电极或者直接覆盖透明导电玻璃作为电极。
本发明中磁控溅射沉积所使用的直流磁控溅射系统设备可以包括沉积腔室、进样室、若干个靶头、一个衬底板、一个直流电流、以及一系列的机械泵和真空泵，其中靶头与衬底板成一定角度，相隔一定距离，直流电源连接在靶头上。将基底超声清洗，分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗基材各20min，并用压缩空气吹干。用高温胶带覆盖住一定部分的导电基底作为电极，并固定在衬底托盘上，放入进样室内，打开机械泵抽至5Pa以下，然后打开挡板阀，送入真空度(本底真空度)已达10-4Pa及以下的溅射室内。
制备的可见-红外独立调控电致变色器件在0V～1V电压下，在红外波长范围内的透过率为10～80％。
制备的可见-红外独立调控电致变色器件在1V～1.5V电压下，在可见光波长范围内最高的光调制范围为60～72％。
制备的可见-红外独立调控电致变色器件在0V～1.5V电压的外加电场循环测试作用下1000次后，材料在可见光，红外波长范围内的调节幅度可达到初次测试的95％。
所述可见-红外独立调控电致变色器件的可见光调制幅度为60～72％，红外光调制幅度为60～70％，完全着色时间为3～5s，褪色时间为1～3s，着色效率为30～100cm2/C。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
首先以ITO透明导电玻璃衬底，将基底分别用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗20min后，用高温胶带固定在衬底托盘上，放入进样室，打开机械泵抽至5Pa以下，打开挡板阀，送入真空度(本底真空度)以达到10-4Pa以下的溅射腔室里。通过磁控溅射法，在其表面连续沉积制备第一电致变色层和第二电致变色层。以金属钨为靶材，溅射气体为氩气和氧气，总压强为2.0Pa，氧分压为6％，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为70W或者功率密度为1.54W/cm2，沉积时间为30min，得到厚度为350nm左右的无机电致变色层薄膜(即第一电致变色层)。以V2O3为靶材，总压强为1Pa，氧分压为30％，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为100W或者功率密度为2W/cm2表面使用直流电源沉积20min，得到厚度为30nm的第二电致变色层。按照现有技术通过真空滴灌或者丝网印刷将由有机溶剂、稳定剂、固化树脂、前驱体以及离子源按一定比例配置好的树脂浆料涂覆于上述薄膜表面，形成树脂层(即离子传导层)。通过紫外光固化或者热固化形成完整的器件。通过硬模板和树脂溶液的表面张力控制树脂层的厚度为80μm。在硬模板之上覆盖与第一透明电极相同的ITO透明导电电极。其中光固化为将器件放在100W紫外下灯均匀照射50min。待器件固化之后，使用有机溶剂清除多余器件表面的有机物。即可得到本发明提出的可见-红外独立调控电致变色器件，结构示意图如图1所示。可见-红外可见光独立调控光谱如图2所示，随着电压逐渐增加红外透过率逐渐降低，然后可见光透过率迅速下降。图3是半器件的断面扫描电子显微镜图片，即在透明衬底表面沉积的两层电致变色层示意图。从图3中可以看出第一和第二点电致变色之间结合紧密，有助于离子嵌入和脱出。
实施例2
首先以ITO透明导电玻璃衬底，将基底分别用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗20min后，用高温胶带固定在衬底托盘上，放入进样室，打开机械泵抽至5Pa以下，打开挡板阀，送入真空度(本底真空度)以达到10-4Pa以下的溅射腔室里。通过磁控溅射法，在其表面连续沉积制备第一电致变色层和第二电致变色层。以金属钨为靶材，溅射气体为氩气和氧气，总压强为2.0Pa，氧分压为6％，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为70W或者功率密度为1.54W/cm2，沉积时间为15min，得到厚度为100nm左右的无机电致变色层薄膜(即第一电致变色层)。以V2O3为靶材，总压强为1Pa，氧分压为30％，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为100W或者功率密度为2W/cm2表面使用直流电源沉积20min，得到厚度为30nm的第二电致变色层。按照现有技术通过真空滴灌或者丝网印刷将由有机溶剂、稳定剂、固化树脂、前驱体以及离子源按一定比例配置好的树脂浆料涂覆于上述薄膜表面，形成树脂层(即离子传导层)。通过紫外光固化或者热固化形成完整的器件。通过硬模板和树脂溶液的表面张力控制树脂层的厚度为80μm。在硬模板之上覆盖与第一透明电极相同的ITO透明导电电极。其中光固化为将器件放在100W紫外下灯均匀照射50min。待器件固化之后，使用有机溶剂清除多余器件表面的有机物。即可得到本发明提出的可见-红外独立调控电致变色器件。
实施例3
首先以ITO透明导电玻璃衬底，将基底分别用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗20min后，用高温胶带固定在衬底托盘上，放入进样室，打开机械泵抽至5Pa以下，打开挡板阀，送入真空度(本底真空度)以达到10-4Pa以下的溅射腔室里。通过磁控溅射法，在其表面连续沉积制备第一电致变色层和第二电致变色层。以金属钨为靶材，溅射气体为氩气和氧气，总压强为2.0Pa，氧分压为6％，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为70W或者功率密度为1.54W/cm2，沉积时间为30min，得到厚度为350nm左右的无机电致变色层薄膜(即第一电致变色层)。以V2O3为靶材，总压强为1Pa，氧分压为30％，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为200W或者功率密度为4W/cm2表面使用直流电源沉积20min，得到厚度为100nm的第二电致变色层。按照现有技术通过真空滴灌或者丝网印刷将由有机溶剂、稳定剂、固化树脂、前驱体以及离子源按一定比例配置好的树脂浆料涂覆于上述薄膜表面，形成树脂层(即离子传导层)。通过紫外光固化或者热固化形成完整的器件。通过硬模板和树脂溶液的表面张力控制树脂层的厚度为80μm。在硬模板之上覆盖与第一透明电极相同的ITO透明导电电极。其中光固化为将器件放在100W紫外下灯均匀照射50min。待器件固化之后，使用有机溶剂清除多余器件表面的有机物。即可得到本发明提出的可见-红外独立调控电致变色器件。
实施例4
首先以ITO透明导电玻璃衬底，将基底分别用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗20min后，用高温胶带固定在衬底托盘上，放入进样室，打开机械泵抽至5Pa以下，打开挡板阀，送入真空度(本底真空度)以达到10-4Pa以下的溅射腔室里。通过磁控溅射法，在其表面连续沉积制备第一电致变色层和第二电致变色层。以金属钨为靶材，溅射气体为氩气和氧气，总压强为2.0Pa，氧分压为6％，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为70W或者功率密度为1.54W/cm2，沉积时间为30min，得到厚度为350nm左右的无机电致变色层薄膜(即第一电致变色层)。以V2O3为靶材，总压强为1Pa，氧分压为30％，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为100W或者功率密度为2W/cm2表面使用直流电源沉积20min，得到厚度为30nm的第二电致变色层。在VO2薄膜之上以硅为靶材，溅射气体为氩气和氧气，总压强为1.0Pa，氧分压为10％，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为110W或者功率密度为2.2W/cm2表面使用直流电源沉积5nm左右的SiO2薄膜。按照现有技术通过真空滴灌或者丝网印刷将由有机溶剂、稳定剂、固化树脂、前驱体以及离子源按一定比例配置好的树脂浆料涂覆于上述薄膜表面，形成树脂层(即离子传导层)。通过紫外光固化或者热固化形成完整的器件。通过硬模板和树脂溶液的表面张力控制树脂层的厚度为80μm。在硬模板之上覆盖与第一透明电极相同的ITO透明导电电极。其中光固化为将器件放在100W紫外下灯均匀照射50min。待器件固化之后，使用有机溶剂清除多余器件表面的有机物。即可得到本发明提出的可见-红外独立调控电致变色器件。电子阻挡层的插入显著提高记忆效应，如图4所示。
实施例5
首先以ITO透明导电玻璃衬底，将基底分别用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗20min后，用高温胶带固定在衬底托盘上，放入进样室，打开机械泵抽至5Pa以下，打开挡板阀，送入真空度(本底真空度)以达到10-4Pa以下的溅射腔室里。通过磁控溅射法，在其表面连续沉积制备第一电致变色层和第二电致变色层。以金属钨为靶材，溅射气体为氩气和氧气，总压强为2.0Pa，氧分压为6％，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为70W或者功率密度为1.54W/cm2，沉积时间为30min，得到厚度为350nm左右的无机电致变色层薄膜(即第一电致变色层)。以V2O3为靶材，总压强为1Pa，氧分压为30％，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为100W或者功率密度为2W/cm2表面使用直流电源沉积20min，得到厚度为30nm的第二电致变色层。在VO2薄膜之上以氟化锂为靶材，溅射气体为氩气，总压强为1.0Pa，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为50W或者功率密度为1W/cm2表面使用直流电源沉积10nm左右的氟化锂薄膜。按照现有技术通过真空滴灌或者丝网印刷将由有机溶剂、稳定剂、固化树脂、前驱体以及离子源按一定比例配置好的树脂浆料涂覆于上述薄膜表面，形成树脂层(即离子传导层)。通过紫外光固化或者热固化形成完整的器件。通过硬模板和树脂溶液的表面张力控制树脂层的厚度为80μm。在硬模板之上覆盖与第一透明电极相同的ITO透明导电电极。其中光固化为将器件放在100W紫外下灯均匀照射50min。待器件固化之后，使用有机溶剂清除多余器件表面的有机物。即可得到本发明提出的可见-红外独立调控电致变色器件，可见-红外可见光独立调控光谱如图3所示。
实施例6
首先以ITO透明导电玻璃衬底，将基底分别用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗20min后，用高温胶带固定在衬底托盘上，放入进样室，打开机械泵抽至5Pa以下，打开挡板阀，送入真空度(本底真空度)以达到10-4Pa以下的溅射腔室里。通过磁控溅射法，在其表面连续沉积制备第一电致变色层和第二电致变色层。以金属钨为靶材，溅射气体为氩气和氧气，总压强为2.0Pa，氧分压为6％，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为70W或者功率密度为1.54W/cm2，沉积时间为30min，得到厚度为350nm左右的无机电致变色层WO3薄膜(即第一电致变色层)。在WO3薄膜之上以硅为靶材，溅射气体为氩气和氧气，总压强为1.0Pa，氧分压为10％，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为110W或者功率密度为2.2W/cm2表面使用直流电源沉5nm左右的SiO2薄膜。以V2O3为靶材，总压强为1Pa，氧分压为30％，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为100W或者功率密度为2W/cm2表面使用直流电源沉积20min，得到厚度为30nm的第二电致变色层。在VO2薄膜之上以氟化锂为靶材，溅射气体为氩气，总压强为1.0Pa，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为50W或者功率密度为1W/cm2表面使用直流电源沉积10nm左右的氟化锂薄膜。按照现有技术通过真空滴灌或者丝网印刷将由有机溶剂、稳定剂、固化树脂、前驱体以及离子源按一定比例配置好的树脂浆料涂覆于上述薄膜表面，形成树脂层(即离子传导层)。通过紫外光固化或者热固化形成完整的器件。通过硬模板和树脂溶液的表面张力控制树脂层的厚度为80μm。在硬模板之上覆盖与第一透明电极相同的ITO透明导电电极。其中光固化为将器件放在100W紫外下灯均匀照射50min。待器件固化之后，使用有机溶剂清除多余器件表面的有机物。即可得到本发明提出的可见-红外独立调控电致变色器件。
实施例7
首先以ITO透明导电玻璃衬底，将基底分别用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗20min后，用高温胶带固定在衬底托盘上，放入进样室，打开机械泵抽至5Pa以下，打开挡板阀，送入真空度(本底真空度)以达到10-4Pa以下的溅射腔室里。通过磁控溅射法，在其表面连续沉积制备第一电致变色层和第二电致变色层。以金属钨为靶材，溅射气体为氩气和氧气，总压强为2.0Pa，氧分压为6％，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为70W或者功率密度为1.54W/cm2，沉积时间为30min，得到厚度为350nm左右的无机电致变色层WO3薄膜(即第一电致变色层)。在WO3薄膜之上以氟化锂为靶材，溅射气体为氩气，总压强为1.0Pa，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为50W或者功率密度为1W/cm2表面使用直流电源沉积10nm左右的氟化锂薄膜。以V2O3为靶材，总压强为1Pa，氧分压为30％，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为100W或者功率密度为2W/cm2表面使用直流电源沉积20min，得到厚度为30nm的第二电致变色层。在VO2薄膜之上以硅为靶材，溅射气体为氩气和氧气，总压强为1.0Pa，氧分压为10％，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为110W或者功率密度为2.2W/cm2表面使用直流电源沉积5nm左右的SiO2薄膜。按照现有技术通过真空滴灌或者丝网印刷将由有机溶剂、稳定剂、固化树脂、前驱体以及离子源按一定比例配置好的树脂浆料涂覆于上述薄膜表面，形成树脂层(即离子传导层)。通过紫外光固化或者热固化形成完整的器件。通过硬模板和树脂溶液的表面张力控制树脂层的厚度为80μm。在硬模板之上覆盖与第一透明电极相同的ITO透明导电电极。其中光固化为将器件放在100W紫外下灯均匀照射50min。待器件固化之后，使用有机溶剂清除多余器件表面的有机物。即可得到本发明提出的可见-红外独立调控电致变色器件。
实施例8
首先以ITO透明导电玻璃衬底，将基底分别用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗20min后，用高温胶带固定在衬底托盘上，放入进样室，打开机械泵抽至5Pa以下，打开挡板阀，送入真空度(本底真空度)以达到10-4Pa以下的溅射腔室里。通过磁控溅射法，在其表面连续沉积制备第一电致变色层和第二电致变色层。以金属钨为靶材，溅射气体为氩气和氧气，总压强为2.0Pa，氧分压为6％，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为70W或者功率密度为1.54W/cm2，沉积时间为30min，得到厚度为350nm左右的无机电致变色层薄膜(即第一电致变色层)。以V2O3为靶材，总压强为1Pa，氧分压为30％，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为100W或者功率密度为2W/cm2表面使用直流电源沉积20min，得到厚度为30nm的第二电致变色层。通过真空蒸发在上述薄膜表面制备有机电致变色材料，按照现有技术制备300nm厚度PEDOT:PSS薄膜。按照现有技术通过真空滴灌或者丝网印刷将由有机溶剂、稳定剂、固化树脂、前驱体以及离子源按一定比例配置好的树脂浆料涂覆于上述薄膜表面，形成树脂层(即离子传导层)。通过紫外光固化或者热固化形成完整的器件。通过硬模板和树脂溶液的表面张力控制树脂层的厚度为80μm。在硬模板之上覆盖与第一透明电极相同的ITO透明导电电极。其中光固化为将器件放在100W紫外下灯均匀照射50min。待器件固化之后，使用有机溶剂清除多余器件表面的有机物。即可得到本发明提出的可见-红外独立调控电致变色器件。
实施例9
首先以ITO透明导电玻璃衬底，将基底分别用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗20min后，用高温胶带固定在衬底托盘上，放入进样室，打开机械泵抽至5Pa以下，打开挡板阀，送入真空度(本底真空度)以达到10-4Pa以下的溅射腔室里。通过磁控溅射法，在其表面连续沉积制备第一电致变色层和第二电致变色层。以金属钨为靶材，溅射气体为氩气和氧气，总压强为2.0Pa，氧分压为6％，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为70W或者功率密度为1.54W/cm2，沉积时间为30min，得到厚度为350nm左右的无机电致变色层薄膜(即第一电致变色层)。以V2O3为靶材，总压强为1Pa，氧分压为30％，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为100W或者功率密度为2W/cm2表面使用直流电源沉积20min，得到厚度为30nm的第二电致变色层。配置浓度35％的稀硝酸，将上述薄膜在浸泡90s后用去离子水和无水乙醇清洗干净，并使用干燥的N2吹扫残余的溶剂。通过真空蒸发在上述薄膜表面制备有机电致变色材料，按照现有技术制备300nm厚度PEDOT:PSS薄膜。按照现有技术通过真空滴灌或者丝网印刷将由有机溶剂、稳定剂、固化树脂、前驱体以及离子源按一定比例配置好的树脂浆料涂覆于上述薄膜表面，形成树脂层(即离子传导层)。通过紫外光固化或者热固化形成完整的器件。通过硬模板和树脂溶液的表面张力控制树脂层的厚度为80μm。在硬模板之上覆盖与第一透明电极相同的ITO透明导电电极。其中光固化为将器件放在100W紫外下灯均匀照射50min。待器件固化之后，使用有机溶剂清除多余器件表面的有机物。即可得到本发明提出的可见-红外独立调控电致变色器件。
实施例10
首先以ITO透明导电玻璃衬底，将基底分别用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗20min后，用高温胶带固定在衬底托盘上，放入进样室，打开机械泵抽至5Pa以下，打开挡板阀，送入真空度(本底真空度)以达到10-4Pa以下的溅射腔室里。通过磁控溅射法，在其表面沉积制备第一电致变色层。以金属钨为靶材，溅射气体为氩气和氧气，总压强为2.0Pa，氧分压为6％，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为70W或者功率密度为1.54W/cm2，沉积时间为30min，得到厚度为350nm左右的无机电致变色层薄膜(即第一电致变色层)。按照现有技术配置VO2固含5％的分散液，溶剂为PMA,在上述薄膜表面旋涂制备VO2薄膜(即第二电致变色层)，转速为3000rpm，厚度约为50nm。旋涂完成之后在70℃的加热板上干燥。之后按照现有技术通过真空滴灌或者丝网印刷将由有机溶剂、稳定剂、固化树脂、前驱体以及离子源按一定比例配置好的树脂浆料涂覆于上述薄膜表面，形成树脂层(即离子传导层)。通过紫外光固化或者热固化形成完整的器件。通过硬模板和树脂溶液的表面张力控制树脂层的厚度为80μm。在硬模板之上覆盖与第一透明电极相同的ITO透明导电电极。其中光固化为将器件放在100W紫外下灯均匀照射50min。待器件固化之后，使用有机溶剂清除多余器件表面的有机物。即可得到本发明提出的可见-红外独立调控电致变色器件。
实施例11
首先以ITO透明导电玻璃衬底，将基底分别用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗20min后，用高温胶带固定在衬底托盘上，放入进样室，打开机械泵抽至5Pa以下，打开挡板阀，送入真空度(本底真空度)以达到10-4Pa以下的溅射腔室里。通过磁控溅射法，在其表面沉积制备第一电致变色层。以金属钨为靶材，溅射气体为氩气和氧气，总压强为2.0Pa，氧分压为6％，靶材与基底的距离为15cm，初始基底温度为室温，施加在所述靶材上的直流电源功率为70W或者功率密度为1.54W/cm2，沉积时间为30min，得到厚度为350nm左右的无机电致变色层薄膜(即第一电致变色层)。按照现有技术配置VO2固含5％的分散液，溶剂为PMA,在上述薄膜表面旋涂制备VO2薄膜(即第二电致变色层)，转速为3000rpm。旋涂完成之后在70℃的加热板上干燥。通过真空蒸发在上述薄膜表面制备有机电致变色材料，按照现有技术制备300nm厚度PEDOT:PSS薄膜。之后按照现有技术通过真空滴灌或者丝网印刷将由有机溶剂、稳定剂、固化树脂、前驱体以及离子源按一定比例配置好的树脂浆料涂覆于上述薄膜表面，形成树脂层(即离子传导层)。通过紫外光固化或者热固化形成完整的器件。通过硬模板和树脂溶液的表面张力控制树脂层的厚度为80μm。在硬模板之上覆盖与第一透明电极相同的ITO透明导电电极。其中光固化为将器件放在100W紫外下灯均匀照射50min。待器件固化之后，使用有机溶剂清除多余器件表面的有机物。即可得到本发明提出的可见-红外独立调控电致变色器件。旋涂制备的VO2薄膜相比于溅射制备的薄膜更加疏松，因而更加有利于阳离子的传输，因此在较低的电压下即可具有可见-红外独立调控能力。如图5所示，实施例11制备的可见-红外独立调控电致变色器件在不同电压下透过率变化。其中电压从0V-1V时，可见光透过率变化不大，结合图3可知红外透过率显著降低。进一步提高电压到1.5V时，可见光透过率明显降低。开路电压测试表明器件具有较好的记忆效应，0V指的是将器件阴极和阳极连接，表征电荷存储量。图5表明器件具有优异的可见-红外独立调控能力，以及较好的记忆效应和电荷存储能力，能够进一步拓展其他应用。

Claims (10)

1.一种可见-红外独立调控电致变色器件，其特征在于，所述可见-红外独立调控电致变色器件的结构包括依序排布的第一透明电极、在高电压条件下仅调控可见光的第一电致变色层、在低电压条件下仅调控红外光透过率的第二电致变色层、离子传导层和第二透明电极；其中，所述高电压为-5至5V，所述低电压为-2.5至2.5V。
2.根据权利要求1所述的可见-红外独立调控电致变色器件，其特征在于，所述第一电致变色层的材料为WO3-x、TiO2、PEDOT或普鲁士蓝中的至少一种，厚度为50-500 nm。
3.根据权利要求1或2所述的可见-红外独立调控电致变色器件，其特征在于，所述第二电致变色层的材料为单斜相VO2，厚度为20-200 nm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的可见-红外独立调控电致变色器件，其特征在于，在低电压条件下，阳离子仅能迁移并插入第二电致变色层，使得第二电致变色层从红外透过的半导体单斜结构转变为红外光阻隔的金属四方结构。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的可见-红外独立调控电致变色器件，其特征在于，继续提高电压，在高电压条件下，阳离子向第一电致变色层中迁移，实现对可见光的吸收。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的可见-红外独立调控电致变色器件，其特征在于，所述第一透明电极和/或第二透明电极的材料为透明导电氧化物或者金属纳米线中的至少一种，厚度100-400 nm，方阻3-100 Ω/cm2，透过率大于75 %。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的可见-红外独立调控电致变色器件，其特征在于，所述离子传导层为基于树脂材料的阳离子传导层，其中阳离子为Li、Na、Al、K、Li、Cs、Rb、Mg和Ca中的至少一种。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的可见-红外独立调控电致变色器件，其特征在于，所述可见-红外独立调控电致变色器件还包括位于离子传导层和第二透明电极之间的离子存储层。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的可见-红外独立调控电致变色器件，其特征在于，所述可见-红外独立调控电致变色器件还包括位于第一电致变色层与第二电致变色层之间或者位于第二电致变色层和离子传导层之间的电子阻挡层和离子缓冲层。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的可见-红外独立调控电致变色器件，其特征在于，所述第二电致变色层通过包括磁控溅射、激光脉冲沉积、分子束外延、旋涂、喷涂或者提拉的成膜方式制备于第一电致变色层表面。
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