一种全固态无机电致变色复合膜系智能玻璃组件及其制备方法与流程

1.本发明属智能玻璃材料结构与设计领域，涉及全固态无机智能玻璃组件，具体涉及一种以湿化学的无机离子传输层作为粘合介质进行夹层的全固态无机智能玻璃组件及其制备方法。


背景技术：

2.电致变色是指材料的光学性能（透射、反射和吸收等）可以在外加电场或电流的作用下产生稳定可逆的变化。电致变色材料作为一种新型功能材料，具有良好的物理化学性质以及可逆的光学性能，可用于制作显示器、调光玻璃、信息存储等器件，在信息、电子、能源、建筑以及国防等诸多领域有着广泛的应用前景，对于节能、环保具有重要意义。特别是利用电致变色材料制备的电致变色器件具有能耗低、响应快、可人为控制等优点所制备的电致变色智能玻璃得到更多的研究与推广，电致变色智能玻璃在电场作用下具有光吸收透过的可调节性，可选择性地吸收或反射外界的热辐射和减少内部的热扩散，减少办公大楼和民用住宅在夏季保持凉爽和冬季保持温暖而必须消耗的大量能源，同时起到改善自然光照程度、防窥的目的，并且解决现代不断恶化的城市光污染问题，应用市场巨大。
3.电致变色智能玻璃可分为有机或无机电致变色两大类，其中全固态无机电致变色玻璃由于其较快的变色响应时间，较大的变色幅度，长的循环寿命和强大的耐候性能在应用产业化的进程中尤其收到关注，然而全固态无机电致变色组件通常由玻璃上的五层膜系构成，其中两层为透明导电膜，另外分别为电致变色层、离子传输层与离子存储层。传统的电致变色层与离子存储层为wo3与nio基薄膜，离子传输层为litao3薄膜，通常由磁控溅射方法制备，wo3与nio基薄膜层制备效率较高，而litao3层的制备由于靶材属性制备效率极其低下，导致能耗巨大，整体影响了组件的制备效率从而导致制备成本居高不下。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种全固态无机电致变色复合膜系智能玻璃组件及其制备方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种全固态无机电致变色复合膜系智能玻璃组件，包括玻璃基底，其特征在于具有如下结构：在玻璃基底上从下到上依次有ito或fto薄膜层、厚100～500nm的wo3薄膜层、厚100～500nm的li 掺杂的alpo4薄膜层、厚100～500nm的nio基薄膜层、ito或fto薄膜层、玻璃基底。
6.进一步，所述wo3薄膜为纯的wo3薄膜或wo3掺杂ti
2
、ag

、mo
6
等离子的薄膜。
7.进一步，所述nio基薄膜为纯的nio薄膜或nio掺杂li

、al
3
、na

、k

、mg
2
、ca
2
等离子的薄膜。
8.进一步，所述wo3薄膜层厚度为200～300nm、li 掺杂的alpo4薄膜层厚度为200～
350nm、nio基薄膜层厚度为200～350nm。
9.进一步，所述wo3薄膜层厚度为220～280nm、li 掺杂的alpo4薄膜层厚度为250～300nm、nio基薄膜层厚度为240～320nm。
10.一种全固态无机电致变色复合膜系智能玻璃组件的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）膜系电致变色层与离子存储层制备：以两片透明导电膜玻璃为基底，透明导电膜玻璃为ito或fto镀膜玻璃，在其中一片导电玻璃上以磁控溅射方法制备一层厚100～500nm的wo3基薄膜作为电致变色层，在另一片导电玻璃上以磁控溅射方法制备一层厚100～500nm的nio基薄膜作为离子存储层；（2）膜系无机离子传输层制备：以湿化学溶胶
‑
凝胶法分别在制备的wo3基与nio基薄膜上制备厚100～500nm的li 掺杂的alpo4薄膜作为离子传输层（电解质层）；（3）电致变色组件制备：将这两片玻璃以湿化学的li 掺杂的alpo4薄膜为介质贴合在一起，然后进行热处理（150～400℃）固化玻璃组件中间的湿化学离子传输层，得到本发明所述的全固态无机电致变色复合膜系智能玻璃组件。
11.进一步，所述步骤（1）中磁控溅射功率为500～2200w，溅射压强为0.2~2.0pa；氩氧气体流量比为10:1～1:1。
12.进一步，所述步骤（2）所述的li 掺杂的alpo4薄膜制备方法包括：浸渍提拉、旋涂、刮涂、辊涂等。
13.本发明将磁控溅射镀膜与液相法镀膜进行有机结合，以液相法制备离子传输li 掺杂的alpo4层，以无机离子传输层的湿溶胶膜作为粘合介质，同时组件的两片玻璃的粘合介质为同质无机材料，通过热处理，这种同质材料相互渗透传质，进而固化成一层固态的无机离子传输层。同时，以湿化学溶胶凝胶法制备电致变色组件的离子传输层能够充分发挥液相法制备薄膜结构疏松的优势，进一步提高组件工作时的离子传输速率，进而提高组件电致变色效率；同时结合高效的wo3与nio基薄膜层磁控溅射法制备，避免了低下的litao3层磁控溅射制备效率，节省了能耗，从而降低整个组件的制备成本。
14.本发明的有效增益是：1.利用本发明所述双向贴片的方式可直接获取无机电致变色智能玻璃组件，节省了传统无机电致变色智能玻璃组件膜系层层累积制备完成后需要的封装工艺，使得组件获得更为简捷；2.本发明所述制备方法比传统更加高效，成本更低，为未来产业化提供了一种新的思路；本发明制得的智能玻璃在建筑窗户、幕墙、装饰品、智能汽车、消费电子、信息显示等领域有很好的应用前景。
附图说明
15.图1为本发明步骤（1）膜系电致变色层与离子存储层制备工艺简图；图2为本发明步骤（2）膜系无机离子传输层制备工艺简图；图3为本发明步骤（3）电致变色组件制备工艺简图。
具体实施方式
16.下面实施例结合附图进一步介绍本发明，但是实施例不会构成对本发明的限制。
17.实施例1（1）膜系电致变色层与离子存储层制备：如附图1所示，以两片透明导电膜玻璃为基底，透明导电膜玻璃为ito或fto镀膜玻璃，薄膜方阻为20
ꢀω
/sq；在其中一片导电玻璃上以磁控溅射方法制备wo3基薄膜作为电致变色层，溅射靶材为金属w靶或者金属w、ti合金靶等(除金属w以外的合金元素掺量为10%)，溅射功率为1200w，溅射压强为1.0pa；氩氧气体流量比为10:1，控制制备厚度为300nm；在另一片导电玻璃上以磁控溅射方法制备nio基薄膜作为离子存储层，溅射靶材为金属ni靶或者金属ni、al合金靶等(除金属ni以外的合金元素掺量为15%)，溅射功率为1000w，溅射压强为1.0pa；氩氧气体流量比为10:1，控制制备厚度为300nm；（2）膜系无机离子传输层制备：以异丙醇为溶剂，以异丙醇铝、高氯酸锂、磷酸为前驱体制备li 掺杂的alpo4镀膜溶胶，li 掺杂浓度为20%，如附图2所示，溶胶
‑
凝胶法以制备的溶胶分别在制备的wo3基与nio基薄膜上制备li 掺杂的alpo4薄膜作为离子传输层（电解质层），li 掺杂的alpo4薄膜制备方法包括：浸渍提拉、旋涂、刮涂、辊涂等，控制单面制备厚度为300nm；（3）电致变色组件制备：如附图3所示，将以上制备的两片以湿化学的li 掺杂的alpo4薄膜为介质贴合在一起，然后进行热处理固化玻璃组件中间的湿化学离子传输层，热处理温度为250℃，最终得到本发明所述的全固态无机电致变色复合膜系智能玻璃组件。
18.实施例2（1）膜系电致变色层与离子存储层制备：如附图1所示，以两片透明导电膜玻璃为基底，透明导电膜玻璃为ito或fto镀膜玻璃，薄膜方阻为8
ꢀω
/sq；在其中一片导电玻璃上以磁控溅射方法制备wo3基薄膜作为电致变色层，溅射靶材为金属w靶或者金属w、ti合金靶等(除金属w以外的合金元素掺量为5%)，溅射功率为800w，溅射压强为0.5pa；氩氧气体流量比为2:1，控制制备厚度为150nm；在另一片导电玻璃上以磁控溅射方法制备nio基薄膜作为离子存储层，溅射靶材为金属ni靶或者金属ni、al合金靶等(除金属ni以外的合金元素掺量为5%)，溅射功率为800w，溅射压强为0.5pa；氩氧气体流量比为2:1，控制制备厚度为150nm；（2）膜系无机离子传输层制备：以异丙醇为溶剂，以异丙醇铝、高氯酸锂、磷酸为前驱体制备li 掺杂的alpo4镀膜溶胶，li 掺杂浓度为20%，如附图2所示，溶胶
‑
凝胶法以制备的溶胶分别在制备的wo3基与nio基薄膜上制备li 掺杂的alpo4薄膜作为离子传输层（电解质层），li 掺杂的alpo4薄膜制备方法包括：浸渍提拉、旋涂、刮涂、辊涂等，控制单面制备厚度为150nm；（3）电致变色组件制备：如附图3所示，将以上制备的两片以湿化学的li 掺杂的alpo4薄膜为介质贴合在一起，然后进行热处理固化玻璃组件中间的湿化学离子传输层，热处理温度为250℃，最终得到本发明所述的全固态无机电致变色复合膜系智能玻璃组件。
19.实施例3（1）膜系电致变色层与离子存储层制备：如附图1所示，以两片透明导电膜玻璃为基底，透明导电膜玻璃为ito或fto镀膜玻璃，薄膜方阻为35
ω
/sq；在其中一片导电玻璃上以磁控溅射方法制备wo3基薄膜作为电致变色层，溅射靶材为金属w靶或者金属w、ti合金靶
等(除金属w以外的合金元素掺量为18%)，溅射功率为2000w，溅射压强为1.8pa；氩氧气体流量比为8:1，控制制备厚度为450nm；在另一片导电玻璃上以磁控溅射方法制备nio基薄膜作为离子存储层，溅射靶材为金属ni靶或者金属ni、al合金靶等(除金属ni以外的合金元素掺量为25%)，溅射功率为2000w，溅射压强为1.8pa；氩氧气体流量比为8:1，控制制备厚度为450nm；（2）膜系无机离子传输层制备：以异丙醇为溶剂，以异丙醇铝、高氯酸锂、磷酸为前驱体制备li 掺杂的alpo4镀膜溶胶，li 掺杂浓度为20%，如附图2所示，溶胶
‑
凝胶法以制备的溶胶分别在制备的wo3基与nio基薄膜上制备li 掺杂的alpo4薄膜作为离子传输层（电解质层），li 掺杂的alpo4薄膜制备方法包括：浸渍提拉、旋涂、刮涂、辊涂等，控制单面制备厚度为450nm；（3）电致变色组件制备：如附图3所示，将以上制备的两片以湿化学的li 掺杂的alpo4薄膜为介质贴合在一起，然后进行热处理固化玻璃组件中间的湿化学离子传输层，热处理温度为250℃，最终得到本发明所述的全固态无机电致变色复合膜系智能玻璃组件。