[发明专利]高透过率的多孔WO3电致变色薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能薄膜和化学化工领域，特别是一种高透过率的多孔WO₃电致变色薄膜的制备方法。

背景技术

三氧化钨（WO₃）是一种非常有前景的电致变色材料，可用于电致变色玻璃。在外加电场下电致变色玻璃的光学性能发生连续可逆的变化，从而实现选择性地吸收或反射外界热辐射和阻止内部热扩散，节约建筑物夏天的空调费和冬天的采暖费，调节室内采光和温度，同时可以保证对室外的观赏视野。除了用于建筑物，电致变色玻璃还可以用于汽车、火车、飞机和轮船等交通工具以及其它涉及到调整光线的领域，比如汽车顶篷、火车侧窗以及太阳眼镜等。

但是薄膜形态的三氧化钨由于比表面积小，因而存在响应时间长、变色效率低等缺点。为了克服薄膜形态的三氧化钨比表面积小而导致的响应时间长、变色效率低的缺点，人们尝试了很多方法。CN 201510186245.2公开了利用溶胶凝胶法在透明导电玻璃上制备多孔氧化钨的方法，但是该方法的工序复杂、会用到高危化学品比如浓硝酸等，另外该方法制备的氧化钨薄膜的孔洞多存在于内部，开口度不够好，影响离子导电层和存储层的锂离子进入，导致变色效果不佳。

另外，在应用到智能窗时，往往还要求薄膜具有较高的透过率，即在不影响原有玻璃的高透过率的前提下实现电致变色。CN 101660124 A 公布了一种W和Al金属共溅射成薄膜然后用强碱溶液对其进行选择性腐蚀和溶解的方法制备多孔WO₃薄膜，该方法需要用到危险性高的强碱溶液，另外对腐蚀和溶解过程能否全部将Al溶解，不好控制，因此常导致所得多孔WO₃薄膜中有金属Al的残留，导致透过率不高，仅达60%。

综上，随着人们对节能环保的重视，具有高透过率，响应时间短的电致变色薄膜对提高电致变色玻璃的性能至关重要，其相关的制备方法亟待解决。

发明内容

本发明是为了解决现有技术所存在的上述不足，提出一种工序简单，所用化学试剂无毒性和危险性，可形成开口度很好的多孔三氧化钨薄膜的制备方法。

本发明的技术解决方案是：一种高透过率的多孔WO₃电致变色薄膜的制备方法，其特征在于：所述的方法按照以下步骤进行：

a、将清洗好的衬底基片放入磁控溅射系统的真空室样品台上，采用纯度为99.99%的钨靶作为溅射靶材，将本底真空抽至10^-3Pa以下，基片温度设定在室温至300℃，

b、向真空室通入惰性气体，调整工作气压，开启钨靶并设定其溅射功率，开始在基片上沉积金属W薄膜，通过控制溅射时间来控制薄膜厚度，

c、溅射结束后在基片上得到黑褐色的金属W薄膜，

d、在含有F^-的电解质溶液中，对所制备的金属W薄膜进行阳极氧化处理，阳极是镀有W薄膜的基片，阴极为不锈钢片，在两极之间施加阳极氧化电压，

e、对阳极氧化后的样品进行空气退火处理，处理时间2小时，炉冷至室温，即得到多孔WO₃薄膜。

步骤b中所述的惰性气体为氩气。

步骤b中所述的工作气压为0.1~2.5Pa。

步骤b中所述所述的溅射功率为15~50W。

步骤b中所述薄膜厚度为200~800nm。

步骤d中所述的含有F^-的电解质溶液为NH₄F在乙二醇和水中的混合溶液，其中NH₄F、乙二醇和水的质量体积比为2～8g比300～600ml比7～13ml。

步骤d中所述的含有F^-的电解质溶液为NaF在乙二醇和水中的混合溶液，其中NaF、乙二醇和水的质量体积比为2～8g比300～600ml比7～13ml。

步骤d中所述的阳极氧化电压为10~40V。

步骤e中所述的空气退火处理的温度范围是300~500℃。

本发明同现有技术相比，具有如下优点：

本发明所公开的高透过率的多孔WO₃电致变色薄膜的制备方法，其工艺过程简单，参数容易控制，孔隙度和孔径大小可控，孔径分布均匀，最终获得的多孔WO₃电致变色薄膜的微观结构和性质适用于制作电致变色器件和气敏器件。并且该方法中所使用的化学试剂无毒性和危险性，降低了制备过程中的风险，同时也不会对环境造成污染；本种方法可形成开口度很好的多孔三氧化钨薄膜，孔隙率很高，有利于变色反应的发生，实现快速着色和褪色。