ZAO/WO3/PAMPS/ZAO全固态电致变色薄膜器件的制备和性能研究

采用直流反应磁控溅射法制备ZAO薄膜和WO3薄膜,PAMPS-Li+作为离子储存层和离子导电层,ZAO薄膜作为对电极,制备成ZAO/WO3/PAMPS/ZAO电致变色器件。运用XRD、SEM、可见分光光度计、伏安特征曲线分别对薄膜的晶体结构、成分、微观表面形貌、透射光谱特性及电致变色性能进行分析,探讨了WO3薄膜的电致变色性能和微观结构之间的关系。结果表明:PAMPS-Li+离子胶体是一种很好的离子储存层和离子导电层。实验中全固态电致变色薄膜器件在可见光范围内着色态和褪色态平均透光率差值高达50%以上。

全固态电致变色薄膜器件的研制

论述了全固态电致变色薄膜器件的结构和变色机理，讨论了制备工艺参数对ｗｑ３薄膜和Ｖ２Ｏ５薄膜特性的影响。提出了一种新的电致变色薄膜的理化方法。通过电子枪蒸镀锂单质，提高了锂的离化率，从而提高了锂化效果。对ｍＬｉＦ：ｎＡＩＦ３离子导体的离子导电特性和导电机理作了进一步的研究。研制了透射式和反射式全固态电致变色簿膜器件，获得的变色调制度分别为５０％－５％和７０％－２０％，响应时间为１０ｓ－２０ｓ，寿命为１０开关次数。

磁控溅射法制备电致变色器件的研究进展

电致变色材料在外部施加电压的作用下可实现光学特性的可逆性转换,基于此原理设计的电致变色器件因其优异的低功耗特性得到了广泛应用。在电致变色器件的制备工艺中磁控溅射技术因其工艺成熟,操作简单,镀膜质量好等优势成为研究者们制备电致变色器件的首选。文章简述了磁控溅射技术的原理与分类、电致变色器件的结构与原理,总结了近年来磁控溅射技术在电致变色器件制备过程中的应用。

W掺杂NiO_x薄膜的制备及全固态电致变色器件的性能

采用直流反应磁控溅射技术,使用原子比4∶1的镍钨合金靶,在不同氩氧比条件下制备了W掺杂的NiO_x薄膜。利用X射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM),原子力显微镜(AFM),分光光度计和光谱椭圆偏振仪(SE)对薄膜进行分析和表征,研究溅射过程中氧分压对薄膜形貌、结构和光学性能的影响。研究结果表明:颗粒之间相互接触在薄膜表面形成片状结构;随着氧分压上升,薄膜中的颗粒尺寸减小,结晶程度下降,衍射峰的位置向小角度方向移动;光学透过率和光学带隙随氧分压上升而下降,而折射率和消光系数则随氧分压上升而增大。最优工艺条件下制备的电致变色器件结构为FTO/Li_yWO_3/电解质/W掺杂NiO_x/ITO。器件在波长550nm处的光调制幅度为56.3%,着色态透过率为3.9%,褪色态透过率为60.2%。

全固态电致变色器件工艺技术研究

提出一种新型结构与材料的全固态电致变色器件 ,及其氢化技术和制作工艺。在实验室中研制出 2cm× 2cm可重复转换、性能优良的电致变色器件 ,为大面积电致变色器件连续自动生产线的研制作了必要的技术准备。

全固态聚苯胺-二氧化钛电致变色器件的制备

以聚苯胺(PANI)为电致变色材料,分别制备了对称结构(SSECD,ITO||PANI||电解质||PANI||ITO)和非对称结构(ASECD,ITO||PANI||电解质||TiO2||ITO)的全固态电致变色器件。TiO2薄膜的制备采用提拉法,经500℃处理后得到锐钛矿结构,所得薄膜由粒径10～20 nm的TiO2颗粒组成,厚度约为200 nm,循环伏安曲线显示其具有良好的电荷储存能力。通过光谱电化学对比研究发现,ASECD的最大透射率差值(光学对比度)△Tmax为43.3%,比SSECD增大几乎一倍,显示出黄(-1.4 V)、绿(0 V)、蓝(1.4 V)三色变化,且具有更快的着褪色响应速度(0.8s),可进行实用开发。

烯烃取代的紫罗精合成及全固态电致变色器件

合成了2种烯烃取代的紫罗精分子,通过核磁、红外和紫外测试技术对其结构进行了确证。循环伏安表明,它们都有2个明显的可逆氧化还原峰;并以PEO胶体聚电解质为离子导电层组装出了基于所合成化合物,低能耗、无辐射的全固态电致变色器件,总厚度约2.35mm,同溶液型电致变色器件相比较,全固态化可以提高器件在变色-褪色和开路延时记忆等方面的性能,且固态电致变色器件制作工艺相对简单,便于规模化生产。经优化后制作的电致变色器件施加1.1～3V的电压可产生明显的蓝色或紫色,断电后开路延时记忆可以达到3d。实验测试出大多数器件响应时间小于50ms,循环次数在百万次以上,主要性能指标已经达到电子墨水的显示要求。

聚苯胺-普鲁士蓝全固态电致变色器件的制备及特性

电沉积法制备的聚苯胺-普鲁士蓝(PANI-PB)电致变色层与KCl掺杂的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(PAMPS)的离子导电层相结合,组装制得8.5×12.5cm2全固态电致变色器件。该器件只需1~2V的驱动电压,即可显示出良好的着、退色性能,当驱动电压为零,器件自身着色。紫外-可见分光光度计表征表明,该器件在600nm处的光可调节范围达到60%,具有较好的应用前景。

无机全固态电致变色材料与器件研究进展

智能场致变色材料是一类能在外场(电场、温度、光照、气氛)刺激下发生可逆光学变化的物质群。其中,电致变色材料因其调节幅度大、响应速率快、着色效率高和循环稳定性好等特点,有望在智能窗、屏幕显示和多功能储能器件等领域得到广泛应用。相较于半固态电致变色器件难于封装以及有机电致变色材料易于变性失效,无机全固态电致变色材料及其器件具有更好的综合应用性。本文聚焦典型无机全固态电致变色材料与器件,综述了当前电致变色器件各结构层的制备途径,并对比了其优劣性,详细介绍了主要的电致变色备选材料及其关键性能评价指标,并阐释了几种代表性电致变色器件的作用原理,提出了使用兼具高透光率、低面电阻以及优异抗弯折性的透明柔性电极替代传统的刚性衬底以实现多场响应器件的应用拓展。最后,从性能瓶颈、工艺难点及产业化机遇的角度对无机全固态电致变色器件的应用前景进行了展望,为电致变色产业化进程提供了借鉴。

光学设计用于全固态电致变色器件的高溅射效率三明治结构电解质

全固态电致变色器件以其光学对比度高、响应速度快以及良好的循环稳定性等特点而广泛应用于节能窗、屏幕显示、多功能储能设备等诸多领域。然而,传统的基于单层电解质体系的全固态电致变色器件常受限于光学透过率和溅射效率的不足。本工作利用反应直流磁控溅射技术成功制备了基于LiAlO_(x)/Ta_(2)O_(5)/LiAlO_(x)(ATA)三明治结构电解质的全固态电致变色器件。通过引入ATA三明治结构电解质,所制得的七层体系电致变色器件(ITO/NiO/LiAlO_(x)/Ta_(2)O_(5)/LiAlO_(x)/WO_(3)/ITO)兼具了优异的透光率和可观的溅射效率。该全固态电致变色器件取得了令人满意的着色效率(79.6 cm^(2)/C),更快的响应速度(着色时间1.9 s,褪色时间1.6 s)以及数百次循环的良好稳定性。此外,ATA三明治结构电解质充分利用了Ta2O5优异的离子传输速率和稳定性,并提供了足够的锂离子以满足快速变色切换的需求。因而,通过连续直流溅射制备的基于ATA三明治结构电解质的全固态电致变色器件有望为高性能电致变色器件的量产和实际应用提供重要的指导。

无机全固态电致变色器件研究进展

电致变色是一种在外加电场下材料光学属性可变的现象。本文围绕全固态电致变色器件,阐述了器件中每一层的结构、可选材料、性能等,并根据全固态电致变色器件近期的研究进展,总结了两种全固态器件的典型结构,详细介绍了两类器件结构的结构特点、制备方法和电致变色性能,并展望了未来全固态电致变色器件的发展方向。

电致变色器件中WO_3薄膜高温环境性能退化机理

目的研究ITO/WO_3/LiTaO_3/NiO_x/Al反射式无机全固态薄膜中WO_3薄膜在高温环境中的性能退化机理。方法采用直流反应磁控溅射法制备电致变色器件和WO_3单层薄膜,并进行高温加热试验。对电致变色整体器件进行反射率变化量的测试,对WO_3薄膜进行微观结构分析和电化学循环特性分析。结果电致变色器件经不同温度加热后,350℃以下,反射率变化量下降不明显,350℃以上反射率变化量明显降低,WO_3薄膜发生了非晶结构向晶体结构的转变。WO_3薄膜的电化学循环特性为:随着加热温度的升高,电致变色响应时间增大,350℃以上,响应时间急剧增大,电致变色性能降低明显,但电致变色循环稳定性更好。结论 WO_3薄膜疏松多孔的非晶结构能提供更多的离子(电子)注入和传输通道,电致变色性能更好,但疏松多孔结构循环稳定性较差。致密的晶体结构因通道闭合,离子(电子)不易注入和传输,电致变色性能较差,但致密结构循环稳定性较好。

掺氮WO_3电致变色薄膜及器件的制备与性能

文章在氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)玻璃上用反应磁控溅射法制备了氮掺杂WO_3薄膜和TiO_2薄膜,并封装制成电致变色器件。用X-ray衍射仪、原子力显微镜、X射线光电子能谱仪对薄膜的结构、形貌、成分和结合键进行表征;采用直流稳压电源和分光光度计对器件的透光变色性能进行测试。结果表明:制备的掺氮WO_3薄膜为非晶态,其非晶衍射包的峰位随着含N量的增加而移动;随着WO_3薄膜中含N量的升高,表面粗糙度增大,器件在着色态透光率降低;掺氮WO_3薄膜中W、O分别以W^(6+)和O^(2-)存在,而N以中性价态、代换O位与W键合以及表面吸附3种状态存在。当掺氮量为2.80%时,电致变色器件调制幅度最大,适用于节能玻璃。

4,4’-双(三苯胺)紫精制备与电致变色固态器件性能研究

合成了一种4,4’-双(三苯胺)紫精化合物,并对其结构进行了核磁、红外和质谱表征;循环伏安法分析表明,该紫精化合物有明显的氧化还原峰位。将该化合物溶于氯仿涂覆在ITO玻璃上获得均匀的电致变色薄膜,并与电解质薄膜的ITO玻璃组装成全固态电致变色器件(ECD)。通过循环伏安和紫外吸收光谱测试了器件的性能,研究结果表明,对该器件施加-0.8 V到0.8 V的电压,器件的颜色从无色到浅蓝色的可逆变化,而且器件没有封装时其变色态在空气中仍能保持5 h以上,表现出优良的稳定性。

全薄膜电致变色器件glass/ITO/NiO_x/ZrO_2∶H/WO_3/ITO中单层膜的表征及器件的光学性能

采用磁控溅射法制备了glass/ITO/NiOx/ZrO2:H/WO3/ITO全薄膜电致变色器件,并对单层膜的结构及性能进行了研究.器件中NiOx、ZrO2:H和WO3各单层薄膜的SEM、XRD以及XPS的测试结果表明:NiOx薄膜表面颗粒之间有孔隙存在,这些空隙有利于H+的嵌入和脱出;而ZrO2:H薄膜和WO3薄膜的表面粗糙,颗粒度较小,这样的表面形貌有利于电致变色反应的发生.采用紫外-可见光分光光度计对器件的光学性能及循环寿命进行研究,器件经历60000次连续着褪色循环后,着色响应时间明显迟缓,褪色响应时间变化不显著,在可见光范围内的透过率调节范围仍可以达到57.9%,表明该器件具有良好的可见光调制性能和较长的循环寿命,初步达到了商业化应用的要求.

基于原位聚合离子液体凝胶的固态电致变色器件的制备及性能研究

本文通过在离子液体BmimPF6中原位热聚合甲基丙烯酸甲酯得到了透明的离子液体凝胶。通过交流阻抗测定,当BmimPF6与甲基丙烯酸甲酯的质量比为5∶1时,离子液体凝胶的导电率为1.33×10-3Scm-1。将通过电化学沉积制得的三氧化钨(WO3)和普鲁士蓝(PB)修饰FTO电极,与上述离子液体凝胶一起组装得到了全固态的电致变色器件。原位吸收光谱数据显示所制得的电致变色器件,在±2V的工作电压下,具有稳定的电致变色响应,其着色和褪色时间分别为4.5s和4.0s,着色效率达190cm2C-1(λ=660nm)。

溅射气压对WO_3薄膜电致变色器件性能的影响

采用磁控溅射法,以溅射气压为变量,在ITO导电玻璃上制备了WO3薄膜及TiO2薄膜,将Li+聚合物电解质涂覆于这两种薄膜之间封装成固态电致变色器件。采用XRD、AFM对WO3薄膜进行结构表征和形貌观察;采用直流稳压电源对器件进行电致变色测试,并以分光光度计测定其着色/褪色态可见光透过率。结果表明:1.5Pa溅射气压下原位沉积WO3薄膜含较多的金属W;2.0~3.0Pa溅射气压下得到了非晶态WO3薄膜;2.0Pa溅射气压下得到的WO3薄膜表面分布有狭长的颗粒团簇,表面积较大,便于着色或褪色时Li+与电子的注入或脱出,故其所封装器件的调制幅度最大,响应最快;随溅射气压的增大,WO3薄膜表面缺陷增多,器件变色性能恶化。

WO_(3)薄膜电致变色器件的响应时间测试及其改善方案

电致变色(Electrochromism,EC)器件,具有工作电压低、多稳态、静态无功耗、变色功耗低、透光度/反射度连续可调等特点。WO_(3)制作的电致变色器件存在响应时间过长、光学调制幅度较低等问题。为了能够进一步缩短响应时间,本文使用WO_(3)作为变色层的材料并制备电致变色器件,研究了不同氩氧流量比下对WO_(3)薄膜的影响以及对响应时间的影响,且以Ag-WO_(3)复合层作为变色层的改进方案来制备电致变色器件,研究其对响应时间的影响。研究表明当氩氧流量比为50∶50时,WO_(3)薄膜制备的电致变色器件的响应时间最短,着色响应时间与褪色响应时间分别为21.27 s与11.68 s;Ag-WO_(3)复合薄膜制作的电致变色器件,当Ag层厚度为6 nm时,两种响应时间最小,着色响应时间与褪色响应时间分别为12.71 s和7.89 s。WO_(3)薄膜制作的电致变色器件,在不同氩氧流量比下器件的响应时间受到影响;Ag-WO_(3)复合薄膜制作的电致变色器件响应时间与用WO_(3)制作的器件相比明显缩短,但是当Ag层厚度增加时,器件的响应时间随之增加。

氧化镍电致变色薄膜及其器件的制备与性能研究

以氧化铟锡(ITO)玻璃为基底,采用直流反应磁控溅射法在室温环境下制备了高透过率调制的NiO_(x)薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子电镜(SEM)、紫外可见分光光度计(UV 3600)对薄膜进行分析和表征,研究溅射过程中氩氧比、气压、功率对薄膜结构、形貌及电致变色性能的影响。结果表明:制备的NiO_(x)薄膜表面有明显的结晶颗粒及孔隙,并沿(200)晶面择优生长;随着气压、功率、氧分压的增大,透过率调制先增大后减小,在时间为45 min、溅射气压4.9 Pa、氩氧比113∶7、功率215 W时最高可达58.3%,着褪色响应时间分别为9和19s,相应的着褪色效率分别为77.56和40.39 cm^(2)/C;以最优工艺的NiO_(x)薄膜组装了结构为Glass/ITO/NiO_(x)/Li-electrolyte/WO/ITO/Glass的电致变色器件,器件在550 nm处的光调制幅度为46.5%,着褪色时间分别为27和45 s,相应的着褪色速率为1.5和0.9%/s,在循环500次后透过率调制保持在40%以上。

电致变色器件中WO3薄膜厚度的选择

WO3(三氧化钨)薄膜厚度的选择对电致变色器件性能有至关重要的作用。通过TFCalc软件理论计算WO3薄膜褪色态、着色态透过光谱及其光学调制幅度变化;通过在FTO(氧化锡掺氟)玻璃上制备氧化钨薄膜,研究分析不同厚度氧化钨晶体结构与光学调制幅度相关性。对比研究发现:WO3厚度的选择应根据着色态透过率和实际的光学调制幅度确定,光学理论计算WO3薄膜的调制幅度有一定的局限性,这与晶态WO3薄膜的结构发生变化有关。