全固態(tài)電致變色智能窗

【中玻網(wǎng)】智能窗是一種由玻璃或其它透明材料等基材和調(diào)光材料所組成的調(diào)光智能器件，在一定的物理?xiàng)l件下（如光照、電場(chǎng)、溫度），這種器件發(fā)生著色或褪色反應(yīng)，改變自身的顏色狀態(tài)，從而有選擇性地吸收或反射外界的熱輻射和阻止內(nèi)部熱擴(kuò)散，達(dá)到調(diào)節(jié)光強(qiáng)度和室內(nèi)溫度的目，從而達(dá)到節(jié)能的目的。智能窗按其激勵(lì)方式可分為：熱致變色、光致變色、電致變色3大類。電致變色是指在外加電場(chǎng)的作用下，材料的光學(xué)性能發(fā)生連續(xù)可逆變化的現(xiàn)象。本文要點(diǎn)研究電致變色智能窗中的全固態(tài)電解質(zhì)電致變色智能窗。

　　（1）電致變色按其材料類型可分為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系電致變色和無機(jī)電致變色。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系電致變色材料是由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系材料復(fù)合而成，其制備工藝復(fù)雜，不耐紫外線照射，化學(xué)穩(wěn)定性不高，不易被工業(yè)化接受。通�？捎米鳠o機(jī)電致變色材料的是元素周期表中的過渡金屬元素的氧化物，在陰較著色材料中，研究更充分、更完全的要數(shù)WO3。

　�。�2）無機(jī)電致變色智能窗是在透明玻璃基底上，依次沉積透明導(dǎo)電層（TC），電致變色層（EC），離子導(dǎo)電層（IC），離子儲(chǔ)存層（IS）和透明導(dǎo)電層（TC）的5層結(jié)構(gòu)。如圖1所示。

圖1    無機(jī)電致變色智能窗結(jié)構(gòu)示意圖

　　（3）全固態(tài)電解質(zhì)電致變色智能窗：如圖1所示，無機(jī)電致變色智能窗的離子導(dǎo)電層材料可為液態(tài)、凝膠態(tài)和全固態(tài)。

　　本文研究互補(bǔ)五層型全固態(tài)電解質(zhì)電致變色智能窗，采用磁控濺射直流反應(yīng)濺射法制備各層薄膜。膜層結(jié)構(gòu)中的TCO層為TC層；WO3層為EC層，也就是電致變色層，非晶態(tài)的WO3是無色的，當(dāng)有離子注入時(shí)，就會(huì)著色變成藍(lán)色；LiTaO3為IC層，也就是離子導(dǎo)體層，也被稱為電解質(zhì)層，它只允許離子通過，用作傳導(dǎo)變色過程中的離子；NiOx為IS層，也就是離子儲(chǔ)存層，也可稱為對(duì)電較層，由于它與WO3具有相反的著色效應(yīng)，它是電致變色層中注入離子的提供者，起到平衡離子的作用。

　　（4）全固態(tài)電解質(zhì)電致變色薄膜的制備：本文利用直流反應(yīng)濺射鍍制各膜層，采用10Ω的TCO玻璃作為基片，利用臥式鍍膜機(jī)，分別制備WO3、LiTaO3、NiOx、ITO薄膜，研究其性能，找出合適的厚度，確定復(fù)合膜層的各層厚度及工藝。

表1各薄層工藝

　　由于全固態(tài)電解質(zhì)電致變色薄膜與傳統(tǒng)的液態(tài)及凝膠態(tài)電致變色薄膜的主要區(qū)別在于電解質(zhì)材料，本文要點(diǎn)研究用磁控濺射法制備的LiTaO3薄膜的性能。LiTaO3薄膜SEM分析：從圖2中可以看出，雖然為常溫濺射，LiTaO3薄膜表面的顆粒度較小，結(jié)構(gòu)致密。

圖2    LiTaO3薄膜SEM圖

　　LiTaO3薄膜光學(xué)性能測(cè)試：圖3為UV3600測(cè)得850 nm厚的LiTaO3薄膜的可見光光譜，從圖中可以看出，LiTaO3薄膜具有較高的可見光透過率，可達(dá)到95%以上。

圖3    LiTaO3薄膜可見光光譜

　�。�5）LiTaO3薄膜厚度對(duì)復(fù)合膜層組裝器件的影響：在保證ITO、WO3、NiOx厚度不變的情況下，改變LiTaO3的厚度，研究其與上述薄膜復(fù)合后對(duì)整個(gè)器件在可見光范圍內(nèi)透過率的變化見圖4、圖5。

（a）

（b）

圖4    不同LiTaO3膜厚組裝器件的SEM圖

　　圖4（a）中LiTaO3薄膜厚度為850 nm，圖4（b）中LiTaO3薄膜厚度為500 nm。

（a）

（b）

圖5    不同LiTaO3膜厚組裝器件的可見光光譜

　　圖5中（a）（b）分別對(duì)應(yīng)圖4（a）（b）的可見光光譜。從圖5可發(fā)現(xiàn)，在LiTaO3薄膜850 nm時(shí)，漂白-著色可見光透過率可調(diào)制范圍可達(dá)到55%，而LiTaO3薄膜500 nm時(shí)，漂白-著色可見光透過率可調(diào)制范圍減少到40%。因此，LiTaO3薄膜的厚度對(duì)組件的可見光調(diào)制范圍有著關(guān)鍵影響。這是由于離子導(dǎo)電層越厚，將有越多的離子參與反應(yīng)，調(diào)制范圍就越寬。

　　通過一系列的實(shí)驗(yàn)得出：全固態(tài)電解質(zhì)電致變色薄膜，可連續(xù)調(diào)整可見光透過率，可調(diào)整范圍達(dá)到55%，具有廣泛的應(yīng)用前景。該電致變色玻璃可廣泛應(yīng)用于汽車自變暗后視鏡、與低輻射鍍膜玻璃復(fù)合更進(jìn)一步降低中空玻璃的U值及遮陽系數(shù)達(dá)到節(jié)能效果，更重要的是可主動(dòng)地使幕墻玻璃的透過率在2%~60%之間調(diào)整，使建筑幕墻玻璃也實(shí)現(xiàn)智能化。