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题目:无机全固态电致变色材料及器件的制备与性能研究

关键词:磁控溅射;电致变色;薄膜;器件;液氮冷却

  摘要

电致变色是指材料在交替的高低或正负外电场的作用下,通过注入或抽取电荷(离子或电子),从而在低透射率的着色状态或高透射率的漂白状态之间产生可逆变化的一种特殊现象。这种现象使电致变色材料在智能窗、无眩反光镜、信息显示器、红外辐射可调表面等光学器件等方面都有广阔的应用前景。本论文采用磁控溅射方法在具有ITO薄膜的玻璃基片上制备了电致变色单层薄膜(WO3,MoO3,NiOx),并在此基础上制备了五层薄膜结构的无机全固态电致变色器件(全薄膜电致变色器件),电致变色器件以WO3或MoO3为电致变色材料,LiBSO或LiAlO2为离子导电材料,NiOx为离子储存材料,ITO为透明导电电极。研究了制备条件对其微结构、电致变色性能的影响,获得了电致变色性能良好的、具有应用前景的无机全固态电致变色器件,并探讨了电致变色机制。在本论文中,采用了多种分析测试手段,如:X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等对所制备样品进行了结构表征;紫外-可见分光光度计、循环伏安法、X射线光电子能谱(XPS)等测试手段,分析了所制备薄膜样品的电致变色性能和机制。并且还对电致变色薄膜和器件的响应时间进行了深入的探讨。获得了以下主要结果:(1)由于薄膜材料发生电致变色现象是通过离子和电子在膜层中的注入和抽出实现的,因此具有疏松结构特征的电致变色薄膜有利于其性能的提高。为了得到结构疏松多孔的非晶和纳米晶薄膜,并且减小薄膜沉积过程中对前面膜层的热轰击效应,本论文中采用了液氮冷却基片方法,在基片处于低温下制备了全薄膜电致变色器件。并且还通过调节制备工艺参数,如溅射气压、O2/Ar比例、靶-基距等,制备了所需要的具有不同微观结构特征的电致变色薄膜。(2)采用磁控溅射方法制备了WO3阴极电致变色薄膜,通过降低基片温度、提高薄膜溅射气压、增大靶-基距,得到了微结构疏松的WO3非晶薄膜。对所制备的WO3薄膜样品在LiClO4溶液中进行电致变色性能测试,其对可见光的平均透过率调节范围最大达到70 %,着色时间最快为5 s,漂白时间最快为14 s,表现出良好的电致变色性能。为制备电致变色器件中WO3膜层确定了优化制备参数,以及为探讨该制备参数及其对整个器件性能可能的影响因素奠定了基础。(3)采用反应溅射方法制备了NiOx阳极电致变色薄膜,通过增加反应气体(O2)流量比例,获得了富氧结构的NiOx(1