[发明专利]一种用于电致变色玻璃的互补色离子存储层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于电致变色玻璃的互补色离子存储层及其制备方法，该离子存储层设置在电致变色玻璃中并与电致变色层的颜色互补，使电致变色玻璃在高透过率状态呈现无色透明状态。该离子存储层是采用电化学沉积方法制备的。该离子存储层是将透明电极浸入电镀液，通过电化学沉积制备非晶态过渡金属氧化物薄膜。本发明还提供了该用于电致变色玻璃的互补色离子存储层的制备方法。本发明通过选择合适的离子存储层材料，使其颜色与电致变色层的颜色互补，可以使整个电致变色玻璃在高透过率状态时表现为无色透明状态。针对不同的电致变色层材料，可以设计不同的离子存储层材料与其相匹配，实现电压窗口的匹配和颜色互补。

技术领域

本发明涉及一种用于电致变色玻璃领域的与电致变色层具有互补色的离子存储层的材料设计和制备方法，具体地，涉及一种用于电致变色玻璃的互补色离子存储层及其制备方法。

背景技术

电致变色是指材料的颜色、透明度等光学属性在外加电场的作用下发生可逆变化的现象。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料，用电致变色材料做成的玻璃称为电致变色玻璃。

电致变色玻璃(也被称为智能玻璃)在外加电压的作用下可以显示可逆的颜色和透明度变化。这种玻璃可以动态地调控进入建筑物或车辆的太阳光及热量，为建筑物内和车内提供舒适的温度和光亮度环境。更为重要的是，这种玻璃的应用可以大幅减少用于室内和车内冷却、加热或照明系统的能量消耗。据估算，电致变色玻璃的应用可以为建筑节省约20％的能量成本，在碳中和和绿色环保经济领域有广阔的应用前景。

但是，现有的电致变色玻璃在处于高透过率状态时依然有一定的颜色，限制了其应用范围。如图1所示，电致变色玻璃的基本结构包括第一透明导电层、电致变色层、离子传输层、离子存储层、第二透明导电层。透明导电层通常是氧化铟锡(ITO)。离子传输层是固态电解质，通常以锂盐作为电解质。离子存储层能够通过氧化还原反应存储离子和电荷，并且是无色或浅色的导电材料，作为对电极材料，平衡从电致变色层中迁入或迁出的电荷和离子。电致变色层可以使用无机电致变色材料，其化学稳定性较好，但电导率低、响应慢、缺乏柔性；也可以使用有机电致变色材料，其电导率较高、响应较快，并且具有一定的柔性，但化学稳定性不如无机电致变色材料。这些电致变色材料在高透过率状态下都有一定的颜色，使电致变色玻璃在高透过率状态下依然有颜色，不适合要求无色透明的应用场景，限制了其应用范围。

另外，离子存储层通常是非晶态过渡金属氧化物薄膜。现有的技术通常用物理溅射的方法来沉积这类非晶态过渡金属氧化物薄膜。但物理溅射方法需要复杂的设备和严苛的真空条件，其成本非常高昂，这也是直接导致电致变色玻璃价格高昂的原因之一。因此，开发出一种低成本的制备离子存储层薄膜的技术显得尤其的重要。

溶液处理法为降低镀膜成本提供了很好的机会，因为溶液法通常可以在常压下操作，并且所需的设备也比较简单。溶液涂布的方法适用于制备有机高分子材料薄膜，但不适用于制备无机材料薄膜。

电化学沉积法则是在常温常压条件下，在含有金属离子或者金属络合物的前驱体溶液中，通过阴极/阳极电化学沉积法将非晶态过渡金属氧化物薄膜沉积至电极表面。与物理溅射法相比，电化学沉积方法有很多优势：

(1)物理溅射法受真空腔尺寸的限制，难以在大尺寸的玻璃衬底上制备薄膜，而电化学沉积方法不受限制，可以在大尺寸的玻璃衬底上制备，进而做出大尺寸的电致变色玻璃。

(2)物理溅射法受是在高真空条件下，通过电子束轰击靶材实现对基底的沉积。而电化学沉积方法合成条件温和，无需昂贵的仪器和复杂的操作，并且避免了高温、真空、电子束轰击等条件对材料结构完整性造成破坏或对化学组分产生改变。

(3)使用物理溅射法，需要更换靶材才能实现对材料的化学组成的调控。而电化学沉积方法，可以方便的改变沉积条件，如电解液成分、电流、电压、温度等，很容易可对材料的化学组成、晶体结构和形貌进行可控调节。

发明内容