高通量篩選固態(tài)無機電致變色材料的電致變色器件及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電致變色材料領域，尤其涉及一種高通量篩選固態(tài)無機電致變色材料的電致變色器件及其制備方法。
【背景技術】
[0002]電致變色是指材料的光學屬性(反射率、透光率及吸收率等)在外加電場的作用下發(fā)生穩(wěn)定、可逆的顏色變化的現(xiàn)象，在外觀上表現(xiàn)為顏色和透明度的可逆變化，具有電致變色性能的材料稱為電致變色材料；用電致變色材料做成的器件稱為電致變色器件。電致變色的工作原理是電致變色材料在外加電場作用下發(fā)生電化學氧化還原反應，得失電子，使材料的顏色發(fā)生變化。電致變色材料按物質形態(tài)分為固體和液體;按著色方式分為陰極著色和陽極著色;按化學性質分為無機電致變色材料和有機電致變色材料。其中，由于固態(tài)無機電致變色材料的化學穩(wěn)定性好、制備工藝簡單、抗輻射能力強及易實現(xiàn)全固化，且該材料的透光率可在較大范圍內連續(xù)調節(jié)，并可由人工隨意調節(jié)，驅動變色所需電壓低，電源簡單，可滿足節(jié)能、視覺舒適度、隱私保護等不同的個性化需要。
[0003]為了將無機電致變色材料應用于更多領域，需對該材料的性能進行改進，例如將單色變色改進為多色連續(xù)變化，或通過改進以提高該材料的透光率;為了有效解決上述問題，一般通過將無機電致變色材料改進為多元摻雜與復合材料來提高該材料的性能。但由于多元摻雜與復合材料涉及的成分較多，為得到組分種類、組分含量及材料結構能夠互相匹配而得到變色性能及透光性能均滿足使用要求的多元摻雜與復合材料，研究人員需要制備大量的樣品，通過變色或透過率的性能測試來分析該材料的成分和結構等特征，這種方法研發(fā)周期長，費用高，使得在實際工作中對摻雜元素的選取與最佳摻雜量的確定均受到限制。因此，現(xiàn)有技術中通常采用高通量篩選技術從眾多樣品材料中篩選出摻雜種類、組分含量均設置合理的具有最佳結構特征的材料以獲得變色效果和透過率均較好的固態(tài)無機電致變色材料。其中，高通量篩選技術是將多種技術方法有機結合而形成的一種新技術體系，它以微板形式作為實驗工具載體，以自動化操作系統(tǒng)執(zhí)行實驗過程，以靈敏快速的檢測儀器采集實驗數(shù)據(jù)，以計算機對數(shù)以千計的樣品數(shù)據(jù)進行分析處理，從而得出科學準確的實驗結果和特色效用。
[0004]研究人員在使用高通量篩選技術從單組分電致變色材料中篩選變色效果或透光率最優(yōu)的材料時，一般利用電致變色材料膜層的不同厚度驗證篩選，電致變色材料膜層的不同厚度具有不同的變色效果和透光率，研究人員可通過驗證其變色效果和透光率選出最優(yōu)厚度的電致變色材料，但采用現(xiàn)有技術制備的電致變色材料膜層的厚度種類較少，不能制備出厚度種類較多，厚度差別更小及制備方法簡捷準確的電致變色材料，以至于通過高通量技術選出的電致變色材料的最優(yōu)厚度不真實不準確；
[0005]尤其對于應用更多的多元摻雜與復合電致變色材料，為了從其中篩選出電致變色材料的最優(yōu)組分含量配比及提高電致變色器件的研發(fā)速率，現(xiàn)有技術通過將配置的不同濃度的溶液經(jīng)過干燥來制備不同配方的復合電致變色材料，該方法存在以下問題:要得到多元摻雜材料需配置多種不同濃度的溶液，使用上述溶液制備的無機電致變色材料的組分含量配比類型較少，可能會因遺漏摻雜組分的最佳含量而影響篩選結果的真實性;要得到多種類型的配方，技術難度大，操作繁瑣，誤差較大;對于多元摻雜材料中的低含量物質的配制易因為配制誤差而影響檢測結果的準確性，還限制了對難溶物質制備多元摻雜材料的研究；
[0006]綜上所述，在制備單組分電致變色材料或多元摻雜與復合電致變色材料時均存在一個相同的技術問題，即利用現(xiàn)有技術較難制備出多種類型的電致變色材料以供高通量技術篩選而得到最優(yōu)電致變色材料，采用高通量技術從較少類型的電致變色材料中選出的最優(yōu)材料不真實不準確。

【發(fā)明內容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明實施例提供了一種高通量篩選固態(tài)無機電致變色材料的電致變色器件及其制備方法，主要目的是制備出可供高通量篩選技術準確篩選出最優(yōu)固態(tài)無機電致變色材料的電致變色器件。
[0008]為達到上述目的，本發(fā)明主要提供了如下技術方案:
[0009]—方面，本發(fā)明實施例提供了一種高通量篩選固態(tài)無機電致變色材料的電致變色器件，所述電致變色器件包括基板、沉積于基板表面的下透明導電層和沉積于下透明導電層表面的多個電致變色器件單元;所述多個電致變色器件單元分為至少兩組；
[0010]每一個電致變色器件單元自所述下透明導電層起從內至外依次鍍制有陰極電致變色層、固態(tài)電解質層、陽極電致變色層及上透明導電層;其中，陰極電致變色層、固態(tài)電解質層和陽極電致變色層三個功能層中的至少一個功能層在不同組的電致變色器件單元之間形成厚度漸變層;其中，
[0011]當所述陰極電致變色層、固態(tài)電解質層或陽極電致變色層由一種材料形成時，所述陰極電致變色層、固態(tài)電解質層或陽極電致變色層在不同組的電致變色器件單元中的厚度不同，從而在不同組的電致變色器件單元之間形成厚度漸變層，所述厚度漸變層為單膜層；
[0012]當所述陰極電致變色層、固態(tài)電解質層或陽極電致變色層由兩種或兩種以上材料分別形成的膜層組合而成時，所述陰極電致變色層、固態(tài)電解質層或陽極電致變色層在不同組的電致變色器件單元中的各材料形成的膜層之間的厚度比不同，從而在不同組的電致變色器件單元之間形成厚度漸變層，所述厚度漸變層為復合膜層。
[0013]作為優(yōu)選，所述多個電致變色器件單元以矩陣形式沉積于所述下透明導電層的表面;所述矩陣的行數(shù)m為2-10，所述矩陣的列數(shù)η為2-10;所述電致變色器件單元的長為Imm-5mm,寬為；所述電致變色器件單元之間具有間距，所述間距均為。
[0014]作為優(yōu)選，所述電致變色器件單元的數(shù)量為10-100，所述多個電致變色器件單元分為5-20組。
[0015]作為優(yōu)選，所述多個電致變色器件單元以矩陣形式沉積于所述下透明導電層的表面;所述不同組的電致變色器件單元為不同行的電致變色器件單元或不同列的電致變色器件單元。
[0016]作為優(yōu)選，所述多個電致變色器件單元以矩陣形式沉積于所述下透明導電層的表面；當任意一個功能層是由一種材料形成的厚度漸變層時，第一行至最后一行的電致變色器件單元的厚度漸變層的厚度，以一個固定變化值，沿所述矩陣的行數(shù)遞增的方向遞減，或者第一列至最后一列的電致變色器件單元的厚度漸變層的厚度，以一個固定變化值，沿所述矩陣的列數(shù)遞增的方向遞減。
[0017]作為優(yōu)選，所述多個電致變色器件單元以矩陣形式沉積于所述下透明導電層的表面；當任意一個功能層是由兩種材料分別形成的膜層組合而成的厚度漸變層時，第一列至最后一列的電致變色器件單元的厚度漸變層中的第一膜層的厚度，以第一厚度變化值，沿所述矩陣的列數(shù)遞增的方向遞減，第一列至最后一列的電致變色器件單元的厚度漸變層中的第二膜層的厚度，以第二厚度變化值，沿所述矩陣的列數(shù)遞增的方向遞增;或者，
[0018]第一行至最后一行的電致變色器件單元的厚度漸變層中的第一膜層的厚度，以第一厚度變化值，沿所述矩陣的行數(shù)遞增的方向遞減，第一行至最后一行的電致變色器件單元的厚度漸變層中的第二膜層的厚度，以第二厚度變化值，沿所述矩陣的行數(shù)遞增的方向遞增;所述第一厚度變化值和所述第二厚度變化值不同；
[0019]所述電致變色器件單元的陰極電致變色層、固態(tài)電解質層或陽極電致變色層的厚度漸變層是由兩種材料形成的復合膜層時，所述電致變色器件上的每一個電致變色器件單元的陰極電致變色層、固態(tài)電解質層或陽極電致變色層的膜層總厚度均相同。
[0020]作為優(yōu)選，所述多個電致變色器件單元以矩陣形式沉積于所述下透明導電層的表面；當任意兩個功能層均是由兩種材料分別形成的膜層組合而成的厚度漸變層時，兩個功能層分別為第一厚度漸變層和第二厚度漸變層，第一列至最后一列的電致變色器件單元的第一厚度漸變層中的第一膜層的厚度，以第一厚度變化值，沿所述矩陣的列數(shù)遞增的方向遞減，所述第一厚度漸變層中的第二膜層的厚度，以第二厚度變化值，沿所述矩陣的列數(shù)遞增的方向遞增，所述第一厚度變化值和所述第二厚度變化值不同；第一列至最后一列的電致變色器件單元的第二厚度漸變層中的第一膜層的厚度，以第三厚度變化值，沿所述矩陣的列數(shù)遞增的方向遞減，所述第二厚度漸變層中的第二膜層的厚度，以第四厚度變化值，沿所述矩陣的列數(shù)遞增的方向遞增，所述第三厚度變化值和所述第四厚度變化值不同；或者，
[0021]第一行至最后一行的電致變色器件單元的第一厚度漸變層中的第一膜層的厚度，以第一厚度變化值，沿所述矩陣的行數(shù)遞增的方向遞減，所述第一厚度漸變層中的第二膜層的厚度，以第二厚度變化值，沿所述矩陣的行數(shù)遞增的方向遞增，所述第一厚度變化值和所述第二厚度變化值不同；第一行至最后一行的電致變色器件單元的第二厚度漸變層中的第一膜層的厚度，以第三厚度變化值，沿所述矩陣的行數(shù)遞增的方向遞減，所述第二厚度漸變層中的第二膜層的厚度，以第四厚度變化值，沿所述矩陣的行數(shù)遞增的方向遞增，所述第三厚度變化值和所述第四厚度變化值不同；
[0022]所述電致變色器件單元的陰極電致變色層、固態(tài)電解質層或陽極電致變色層的厚度漸變層是由兩種材料形成的復合膜層時，所述電致變色器件上的每一個電致變色器件單元的陰極電致變色層、固態(tài)電解質層或陽極電致變色層的膜層總厚度均相同。
[0023]另一方面，本發(fā)明提供了一種制備上述高通量篩選固態(tài)無機電致變色材料的電致變色器件的方法，包括:在基板表面沉積的下透明導電薄膜表面覆蓋一層掩膜，所述掩膜具有多個鏤空單元格，覆蓋有所述掩膜的基板為預鍍體;在預鍍體的表面依次鍍制陰極電致變色層、固態(tài)電解質層、陽極電致變色層及上透明導電層，鍍制結束后去掉所述掩膜，得到具有多個電致變色器件單元的電致變色器件;其中，陰極電致變色層、固態(tài)電解質層或陽極電致變色層為單膜層或復合膜層；
[0024]鍍制過程為:在預鍍體與靶材之間設一可移動擋板，調節(jié)控制擋板沿設定方向連續(xù)移動，擋板連續(xù)移動同時對所述預鍍體的表面連續(xù)鍍膜，所述預鍍體的表面隨著擋板沿設定方向連續(xù)移動而沿擋板的移動方向連續(xù)露出，先露出的預鍍體的表面先被鍍上膜并被持續(xù)鍍膜，后露出的預鍍體的表面后被鍍上膜并被持續(xù)鍍膜，先露出的預鍍體的表面鍍制的薄膜的厚度大于后露出的預鍍體的表面鍍制的薄膜的厚度;所述擋板的同一部位從預鍍體表面的第一位置移動至第二位置的同時，處于所述第一位置至所述第二位置之間的預鍍體表面鍍制得到第一個膜層，所述第一個膜層為所述單膜層；
[0025]所述第一個膜層鍍制結束后，變換靶材，變換所述擋板的移動方向，使所述擋板從預鍍體表面的第二位置移動至第一位置，所述擋板的同一部位從預鍍體表面的第二位置移動至第一位置的同時，在所述第二位置至所述第一位置之間的預鍍體表面的所述第一個膜層的表面上鍍制了第二個膜層；
[0026]采用鍍制所述第一個膜層或所述第二個膜層的步驟，在所述第二膜層的表面上繼續(xù)鍍制多個膜層，至少兩個膜層形成所述復合膜層。
[0027]作為優(yōu)選，所述擋板設置于鍍膜設備中的真空室內；所述擋板的長與寬分別對應大于所述基板的長與寬；所述擋板的運動速率和運動方向由鍍膜設備內的馬達控制和調節(jié);所述擋板做勾速直線運動，所述擋板的運動速率選自0.lmm/s-2mm/s。