一種氧化鈷全固態(tài)電致變色玻璃的制備方法及其制品的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于全固態(tài)電致變色玻璃制備工藝領(lǐng)域，尤其是一種氧化鈷全固態(tài)電致變色玻璃的制備方法及其制品。
【背景技術(shù)】
[0002]電致變色(Electrochromic, EC)是指在外加電場作用下，材料的光學(xué)性能發(fā)生連續(xù)可逆變化的現(xiàn)象，直觀地表現(xiàn)為材料的顏色和透明度發(fā)生可逆變化的過程。電致變色材料分為無機(jī)電致變色材料和有機(jī)電致變色材料。
[0003]無機(jī)電致變色材料幾乎都是過渡金屬氧化物，由于過渡金屬氧化鎢中金屬離子的電子層結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在一定條件下價態(tài)發(fā)生可逆轉(zhuǎn)變，形成混合價態(tài)離子共存狀態(tài)。隨著離子價態(tài)和濃度的變色，顏色也隨之發(fā)生變化。如氧化鈷(CoOx)、氧化鎳(N1x)、氧化鎢(WOx等)。
[0004]現(xiàn)有的氧化鈷全固態(tài)電致變色玻璃的典型結(jié)構(gòu)為:包括第一玻璃或透明基底材料，在第一玻璃或透明基底材料上依次沉積有第一透明導(dǎo)電層(如:ΙΤ0)、電致變色層(CoOx層)、電解質(zhì)層(金屬Li層)、離子存儲層、第二透明導(dǎo)電層(如:ΙΤ0)，第二透明導(dǎo)電層上再設(shè)置第二玻璃或透明基底材料。在工作時，在兩個透明導(dǎo)電層之間加上一定的電壓，電致變色層材料在電壓作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，顏色發(fā)生變化；而電解質(zhì)層則由特殊的導(dǎo)電材料組成，如包含有高氯酸鋰、高氯酸納等的溶液或固體電解質(zhì)材料；離子存儲層在電致變色材料發(fā)生氧化還原反應(yīng)時起到儲存相應(yīng)的反離子，保持整個體系電荷平衡的作用。
[0005]然而，由于現(xiàn)有的氧化鈷全固態(tài)電致變色玻璃中，電致變色層(CoOJl)的厚度一般為300~1000nm，電解質(zhì)層(金屬Li層)的厚度一般為150~200nm，其電解質(zhì)層的厚度較厚，導(dǎo)致電致變色的速度較低，并且，電解質(zhì)層的透明度有限，可見光的穿透能力較低，使用者在直視玻璃的時候會感覺有一層?xùn)|西擋在眼前，物體的對比以及顏色的飽和度會降低，影響視覺觀感甚巨。另外，由于氧化物的能隙較大，而金屬的能隙較大，因此，在CoOJl與金屬鋰層之間會有一個明顯的接口，使得鋰離子在進(jìn)行擴(kuò)散時，需要跨過這個接口所形成的能階，就大大降低了產(chǎn)品的電致變色速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在提供一種氧化鈷全固態(tài)電致變色玻璃的制備方法，采用此方法制得的氧化鈷全固態(tài)電致變色玻璃可克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的可見光穿透率低、電致變色速度慢的缺陷。
[0007]一種氧化鈷全固態(tài)電致變色玻璃的制備方法，包括以下步驟:
(1)在透明基材上依次沉積第一透明導(dǎo)電層、氧化鈷層、金屬鋰層和第二透明導(dǎo)電層，制成氧化鈷變色玻璃試片；
(2)將氧化鈷變色玻璃試片置于脈沖鐳射聚焦系統(tǒng)的蒸鍍腔體內(nèi)的基板座上，采用脈沖鐳射對試片進(jìn)行鐳射聚焦，鐳射光束對準(zhǔn)試片上的氧化鈷層與金屬鋰層的接合線往復(fù)掃描I次以上；
(3)掃描后，關(guān)閉鐳射，等試片溫度冷卻至100°C以下，通入惰性氣體破真空，取出試片，即得氧化鈷變色玻璃成品。
[0008]本發(fā)明通過將鐳射光束聚焦在固態(tài)電解質(zhì)層(即氧化鈷層)與無機(jī)變色層(即金屬鋰層)的接合線位置，利用鐳射聚焦時所產(chǎn)生的熱，讓接合線一側(cè)的金屬Li層中的金屬Li擴(kuò)散進(jìn)入接合線另一側(cè)的氧化鈷(CoOx)中，Li與(^(^反應(yīng)形成LiCoO2，在接合線處形成LiCoOJl ο
[0009]由于，相對于金屬Li和CoOx來說，LiCoO；^微觀結(jié)構(gòu)更為緊促，S卩，相對于氧化鈷變色玻璃試片來說，氧化鈷變色玻璃成品的總厚度更薄，并且，LiCoO2的透光率高于金屬Li(原因在于:金屬的能隙較小，容易吸光，而氧化物的能隙較大，不容易吸光，故，LiCoO2的透光率高于金屬Li)，所以，本發(fā)明所制得的氧化鈷變色玻璃成品的可見光穿透能力更強(qiáng)；另夕卜，現(xiàn)有的氧化鈷變色玻璃(即本發(fā)明的步驟(I)所制得的氧化鈷變色玻璃試片)中金屬Li層與CoOJl之間會存在一個明顯的接口，而這個接口會造成電致變色過程中金屬Li進(jìn)行擴(kuò)散時需要跨過這個接口所形成的能階，本發(fā)明在金屬Li層與CoOJl之間形成LiCoO 2層，消除了不同材料接口所形成的能階，大大提高氧化鈷變色玻璃成品的電致變色速度。
[0010]本發(fā)明所述的一種氧化鈷全固態(tài)電致變色玻璃的制備方法，可做如下改進(jìn):
(I)所述的步驟(2沖蒸鍍腔體的壓力控制在7X 10_7~9X 10_7Torr ;所述的鐳射聚焦的條件為:電壓設(shè)定為10~15kV，鐳射擊發(fā)頻率設(shè)定在100~150 Hz，每兩次打擊間鐳射光束點有30~50%重迭；鐳射光束對準(zhǔn)試片上的氧化鈷層與金屬鋰層的接合線往復(fù)掃描，掃描速率為0.1-0.5mm/s，往復(fù)掃描1~5次。
[0011]本發(fā)明通過對蒸鍍腔體的壓力以及鐳射聚焦的條件進(jìn)行限定，使得金屬鋰的擴(kuò)散的深度占電解質(zhì)層與電致變色層的總厚度的比例控制在1:10~1:5，既可避免擴(kuò)散深度太大，導(dǎo)致氧化鈷層的厚度過薄，變色效能降低，又可避免擴(kuò)散深度過小，提高可見光穿透率低和加快電致變色速度的效果不明顯。
[0012](2)所述的步驟(2)中在采用脈沖鐳射對試片進(jìn)行鐳射聚焦之前，對試片進(jìn)行預(yù)熱處理。本發(fā)明在擴(kuò)散處理前進(jìn)行預(yù)熱處理，可以減小擴(kuò)散處理時的應(yīng)力，可有效避免固態(tài)電解質(zhì)層或電致變色層因為應(yīng)力過大而產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象。
[0013]在具體實施過程中，對試片進(jìn)行預(yù)熱處理的時間為30~60min，既可達(dá)到預(yù)防龜裂的目的，同時又可以盡量縮短預(yù)熱時間。
[0014](3)透明基材與第一透明導(dǎo)電層之間還沉積有離子阻擋層，可避免透明基材中的鈉、鉀離子在使用時間久了之后，會擴(kuò)散到電致變色層與固態(tài)電解質(zhì)層，造成電致變色層與固態(tài)電解質(zhì)層失效。
[0015](4)第二透明導(dǎo)電層外再沉積保護(hù)層。該保護(hù)層可以是透明基材，也可以是S12
薄膜層等。
[0016]一種氧化鈷全固態(tài)電致變色玻璃，該玻璃根據(jù)上述的氧化鈷全固態(tài)電致變色玻璃的制備方法制得。
【具體實施方式】
[0017]現(xiàn)具體提供本發(fā)明的3種實施方式: 實施例1
一種氧化鈷全固態(tài)電致變色玻璃的制備方法，包括以下步驟:
(1)在透明基材上依次沉積第一透明導(dǎo)電層、氧化鈷層、金屬鋰層和第二透明導(dǎo)電層，制成氧化鈷變色玻璃試片；
(2)將氧化鈷變色玻璃試片置于脈沖鐳射聚焦系統(tǒng)的蒸鍍腔體內(nèi)的基板座上，蒸鍍腔體的壓力控制在7 X 10_7~9 X 1-7Torr ;采用KrF準(zhǔn)分子脈沖對試片進(jìn)行鐳射聚焦，其鐳射聚焦的條件為:電壓設(shè)定為10~15kV，鐳射擊發(fā)頻率設(shè)定在150 Hz，每兩次打擊間鐳射光束點有30%重迭；鐳射光束對準(zhǔn)試片上的氧化鈷層與金屬鋰層的接合線往復(fù)掃描，掃描速率為0.lmm/s，往復(fù)掃描I次；
(3)掃描后，關(guān)閉鐳射，等試片溫度冷卻至100°C以下，通入惰性氣體破真空，取出試片，即得氧化鈷變色玻璃成品。
[0018]實施例1所制得的氧化鈷變色玻璃成品中金屬鋰的擴(kuò)散深度占電解質(zhì)層與電致變色層的總厚度的比例為1:10。
[0019]實施例2
實施例2與實施例1不同的是:步驟(2)中采用ArF準(zhǔn)分子脈沖對試片進(jìn)行鐳射聚焦，其鐳射聚焦的條件為:電壓設(shè)定為10~15kV，鐳射擊發(fā)頻率設(shè)定在100 Hz，每兩次打擊間鐳射光束點有50%重迭；鐳射光束對準(zhǔn)試片上的氧化鈷層與金屬鋰層的接合線往復(fù)掃描，掃描速率為0.3mm/s，往復(fù)掃描3次，其他均與實施例1相同。
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