磁控濺射WO-,3-和NiO-,x-互補型電致變色薄膜.pdf

1、非晶結(jié)構(gòu)WO3薄膜具有優(yōu)良的陰極電致變色特性，是最有發(fā)展前景的電致變色材料之一；NiOx薄膜為典型的陽極優(yōu)質(zhì)電致變色材料，是電致變色器件對電極層的首選材料；由WO3薄膜和NiOx薄膜組成的具有雙電致變色膜層的互補型結(jié)構(gòu)電致變色器件不僅簡化了器件制作工序，而且其性能也優(yōu)于傳統(tǒng)器件，應(yīng)用前景廣闊。 本文利用中頻孿生非平衡磁控濺射技術(shù)，以純金屬為靶材，沉積WO3、Ti-WO3和NiOx電致變色薄膜，優(yōu)化薄膜的沉積工藝參數(shù)以提高薄膜電致

2、變色性能，并通過多種測試手段研究薄膜的結(jié)構(gòu)、成分以及電致變色性能等，得到了以下主要結(jié)果： 采用中頻孿生磁控濺射技術(shù)沉積的WO3薄膜為非晶結(jié)構(gòu)：XPS分析表明，薄膜表面的鎢僅以+6價形式存在，而薄膜內(nèi)部則由單質(zhì)鎢和多價態(tài)鎢的氧化物組成；提高沉積氣氛中的氧氣含量可增大薄膜中的O/W的原子數(shù)比，薄膜的電致變色性能也逐漸提高。其中氧氣流量百分比為95％條件下沉積的透明WO3薄膜電致變色性能明顯優(yōu)于其他薄膜，在光波波長633 nm處薄膜著

3、色態(tài)與透射態(tài)透光率差值可達63％。WO3薄膜結(jié)構(gòu)有利于Li+離子的注入和抽取，具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性和較快響應(yīng)速度。 不同熱處理溫度對WO3薄膜影響的研究表明，經(jīng)200℃熱處理后WO3薄膜仍為非晶結(jié)構(gòu)，薄膜中元素的結(jié)合能沒有發(fā)生變化，薄膜保持了較好變色性能，在光波波長633nm處，薄膜著色態(tài)與褪色態(tài)透光率差值接近70％；經(jīng)350℃溫度熱處理后WO3薄膜向多晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，晶化后薄膜的電荷容量明顯減少，電致變色性能下降。原因是薄膜經(jīng)熱處

4、理晶化后其結(jié)構(gòu)不利于Li+離子的注入和抽取，使薄膜致色性能下降。 對Ti摻雜WO3薄膜的分析表明，Ti元素是以+4價形式存在。由于Ti4+和W6+的離子半徑相近，因此Ti4+離子以置換W6+離子的方式摻雜于薄膜中。雖然Ti摻雜不影響WO3薄膜中W的化合價態(tài)，膜內(nèi)W元素價態(tài)與未摻雜WO3薄膜相同，但對WO3薄膜的結(jié)構(gòu)和性能有較大影響。原因在于Ti摻雜使WO3薄膜的表面和內(nèi)部顆粒明顯細化，薄膜晶化溫度升高。適量Ti摻雜能有效提高WO

5、3薄膜響應(yīng)速度和壽命、改善薄膜可逆性、減小薄膜致色驅(qū)動電壓，是由于Ti的摻入抑制了WO3顆粒結(jié)晶長大，薄膜非晶化程度提高，薄膜結(jié)構(gòu)更有利于離子的注入和抽取。本實驗中Ti摻雜量為5.1％的薄膜性能較好，隨著Ti摻雜含量的增加，薄膜電致變色性能有所下降。 制備了質(zhì)地均勻NiOx薄膜，薄膜為納米晶結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸小于4.5 nm，薄膜表面粗糙度Ra=1.659 nm；以Li+離子為致色粒子，在±3V電壓作用下NiOx薄膜對可見光調(diào)制范圍

6、可達30％以上，薄膜電致變色性能較好：納米晶NiOx薄膜結(jié)構(gòu)易于Li+離子注入和抽取，電致變色響應(yīng)速度快，對可見光的調(diào)節(jié)作用較大，可與WO3薄膜組成互補型電致變色器件，對器件性能起到補充作用；制備的結(jié)構(gòu)為Glass/ITO/WO3/LiClO4-PC/NiOx/ITO/Glass的互補型電致變色器件，其電致變色性能明顯優(yōu)于結(jié)構(gòu)為Glass/ITO/WO3/LiClO4-PC/ITO/Glass的電致變色器件，對可見光調(diào)制范圍較寬，在波長