一种电致变色薄膜及其制备方法和电致变色器件与流程

本技术涉及电致变色，尤其涉及一种电致变色薄膜及其制备方法和电致变色器件。

背景技术：

1、太阳辐射光谱范围从紫外到近红外区域，包括紫外线(uv，200nm-400nm)、可见光(vis，400nm-780nm)和近红外光(nir，780nm-2500nm)。尽管地面的太阳辐射比大气外小很多，但是到达地面的太阳辐射依然对人们的生活产生重大的影响，尤其是在夏季，近红外波段由于含有较高的热量，会对建筑物、汽车、轮船等内部空间加热。研究表明：朝向南侧的玻璃窗，每年接受的太阳光能量密度大约为1000kwh/m2，这不仅降低了内部人员的舒适度，还会因为空调等的使用而极大的消耗能源。智能窗是降低建筑物热增量和热损耗的重要物理屏障，因此，开发智能窗等先进玻璃技术有望降低维护建筑物室内舒适环境所需要的能量。进一步地，开发一种在近红外波段具有高屏蔽性能的电致变色玻璃，对建设节约型社会和绿色发展具有非常重要的意义和必要性。

2、目前，氧化钨因为具有较大的光学调制率、优异的循环稳定性和良好的记忆效应等优点，而广泛用于制备电致变色薄膜。当通过在氧化钨中添加第三元素或通过增加晶格中的氧空位来引入自由电子时，可以诱导金属导电性和强烈的nir吸收。基于此，过渡金属掺杂氧化钨材料，是一种很有发展潜力的隔热型电致变色材料，例如铯掺杂氧化钨材料因其有独特的导电性、超导性、光致变色性、电致变色性以及光学性能等，已经开发出多种制备方法来进行生产应用。在这些制备方法中，热还原法难于控制材料形貌，固相法能耗大、所合成材料稳定性和重现性较差，电子束蒸发法所使用的仪器结构复杂、成本高，而溶剂热法具有简便、形貌可控、成本低廉等优点，已经成为常用的技术方案。

3、然而，由于铯和钨的离子半径以及原子系数相差较大，这两种原子在溶剂热中的反应速率有较大差异，这就会导致铯掺杂氧化钨粒子中的铯、钨两种元素布不均匀，无法达到最好的掺杂效果。因此，急需找到一种掺杂效果好，且能在近红外范围内产生更强吸收的电致变色材料。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种电致变色薄膜及其制备方法和电致变色器件，通过制备铯锑共掺杂氧化钨材料，提高了电致变色薄膜的可见光调制率、响应速度，尤其在近红外波段屏蔽性能高，隔热性能好。

2、为实现以上目的，本技术的技术方案如下：

3、第一方面，本技术提供一种电致变色薄膜，其原料包括铯锑共掺杂氧化钨材料。

4、第二方面，本技术还提供了第一方面所述的电致变色薄膜的制备方法，包括：

5、将钨源、铯源、锑源、还原剂和第一溶剂混合，得到混合溶液；

6、将所述混合溶液进行溶剂热反应，固液分离，得到固体铯锑共掺杂氧化钨；

7、将所述固体铯锑共掺杂氧化钨、第二溶剂、粘合剂混合，得到旋涂液；

8、将所述旋涂液涂覆在导电玻璃上，得到所述电致变色薄膜。

9、结合第二方面，在本技术的一些优选方式中，所述制备方法满足以下条件中的至少一个：

10、a.所述钨源包括六氯化钨、钨酸钠中的至少一种；

11、b.所述铯源包括氢氧化铯、碳酸铯、硫酸铯中的至少一种；

12、c.所述锑源包括氢氧化锑、碳酸锑、三氯化锑中的至少一种；

13、d.所述还原剂包括乙酸、草酸、柠檬酸、酒石酸中的至少一种；

14、e.所述第一溶剂包括无水乙醇、乙二醇、异丙醇、丁醇中的至少一种；

15、f.所述第二溶剂包括乙酸异戊酯、乙酸异丁酯、乙酸异丙酯中的至少一种；

16、g.所述粘合剂包括丙烯酸树脂、醋酸乙烯树脂、氯化橡胶中的至少一种；

17、h.所述导电玻璃包括ito导电玻璃或fto导电玻璃。

18、在本技术的一些优选方式中，所述制备方法还满足以下条件中的至少一个：

19、i.所述钨源、所述铯源、所述锑源、所述还原剂和所述第一溶剂的用量比为596mg：(36-112)mg：(26-78)mg：(0-40)ml：(100-150)ml；

20、j.所述钨源、所述铯源、所述锑源的摩尔比为1：(0.2-0.5)：(0.1-0.3)；

21、k.所述固体铯锑共掺杂氧化钨、所述粘合剂和所述第二溶剂的用量比为(300-500)mg：(4-5)mg：(2-5)ml。

22、在本技术的一些优选方式中，所述制备方法还满足以下条件中的至少一个：

23、l.所述溶剂热反应的温度为160℃-220℃，时间为12h-36h；

24、m.所述固液分离包括离心或过滤；

25、n.所述固液分离之后，还包括：将所述固液分离得到的固体产物进行洗涤，干燥，得到所述固体铯锑共掺杂氧化钨；

26、o.所述涂覆在导电玻璃之前，还包括：将所述导电玻璃进行清洗和表面活性处理。

27、进一步优选地，所述制备方法满足以下条件中的至少一个：

28、p.所述洗涤包括：将所述固体产物置于含有硝化纤维素和乙酸异戊酯的洗涤液进行超声分散、离心；

29、q.所述干燥的温度为60℃-80℃，时间为10h-15h；

30、r.所述清洗包括：依次使用洗涤剂、去离子水、丙酮、乙醇进行超声清洗；

31、s.所述表面活性处理包括：使用等离子体仪对所述清洗后的导电玻璃进行活性处理。

32、更优选地，所述制备方法满足以下条件中的至少一个：

33、t.在所述含有硝化纤维素和乙酸异戊酯的洗涤液中，所述硝化纤维素的质量占比为0.5％-5％；

34、u.所述等离子体仪的工作功率为150w-250w；

35、v.所述进行活性处理时，氧气压强变化顺序依次为120pa、40pa、90pa、68pa；

36、w.所述进行活性处理的时间为5min-10min。

37、在本技术的一些优选方式中，所述涂覆在导电玻璃之后，还包括：进行低温退火，所述低温退火的温度为80℃-200℃，时间为1h-2h。

38、第三方面，本技术提供一种电致变色器件，包括如第一方面所述的电致变色薄膜。

39、优选地，所述电致变色器件包括依次层叠设置的第一透明导电层、所述电致变色薄膜、离子传导层、离子存储层和第二透明导电层。

40、本技术的有益效果：

41、本技术的电致变色薄膜中，通过在氧化钨中掺杂了铯、锑两种元素，得到铯钨共掺杂氧化钨材料。其中，一方面通过锑元素来协调铯和钨在溶剂热反应中速率不一致导致的元素分布不均匀；另一方面，铯、锑的共掺杂可以形成更多以及特殊的电子空穴，增加其自由载流子浓度，并在近红外范围内产生更强的吸收。因此，铯钨共掺杂氧化钨材料的电致变色性能和红外吸收率优于单一铯掺杂的氧化钨粉体，进而含有铯钨共掺杂氧化钨材料的电致变色薄膜应用在电致变色玻璃等器件中时，近红外屏蔽性能和隔热性能更好。

42、本技术的制备方法中采用原位掺杂共还原法制备了元素分布均匀的铯锑共掺杂氧化钨材料，该制备方法工艺简单、重现性好、成本低，所制备的电致变色薄膜具有可见光调制率高、响应速度快、循环稳定性好、近红外屏蔽性能高等优点。