磁控濺射WO-,3-和NiO-,x-互補型電致變色薄膜.pdf

1、非晶結構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構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，應用前景廣闊。 本文利用中頻孿生非平衡磁控濺射技術，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構、成分以及電致變色性能等，得到了以下主要結果： 采用中頻孿生磁控濺射技術沉積的WO3薄膜為非晶結構：XPS分析表明，薄膜表面的鎢僅以+6價形式存在，而薄膜內部則由單質鎢和多價態(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薄膜結構有利于Li+離子的注入和抽取，具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性和較快響應速度。 不同熱處理溫度對WO3薄膜影響的研究表明，經200℃熱處理后WO3薄膜仍為非晶結構，薄膜中元素的結合能沒有發(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350℃溫度熱處理后WO3薄膜向多晶結構轉變，晶化后薄膜的電荷容量明顯減少，電致變色性能下降。原因是薄膜經熱處

4、理晶化后其結構不利于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W元素價態(tài)與未摻雜WO3薄膜相同，但對WO3薄膜的結構和性能有較大影響。原因在于Ti摻雜使WO3薄膜的表面和內部顆粒明顯細化，薄膜晶化溫度升高。適量Ti摻雜能有效提高WO

5、3薄膜響應速度和壽命、改善薄膜可逆性、減小薄膜致色驅動電壓，是由于Ti的摻入抑制了WO3顆粒結晶長大，薄膜非晶化程度提高，薄膜結構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。 制備了質地均勻NiOx薄膜，薄膜為納米晶結構，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薄膜結構易于Li+離子注入和抽取，電致變色響應速度快，對可見光的調節(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；制備的結構為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)于結構為Glass/ITO/WO3/LiClO4-PC/ITO/Glass的電致變色器件，對可見光調制范圍較寬，在波長