【摘 要】
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电致变色“智能窗”具有对太阳光的照射以及热辐射选择性吸收或透过的特点,可以大幅度降低建筑中的能耗、缓解资源紧缺问题。目前制备的全固态电致变色器件仍然无法满足实际应用需求。本论文针对如何提高薄膜与器件的光学调制幅度、循环寿命,缩短着色、褪色响应时间等问题,采用磁控溅射方法制备WO3、NiOx电致变色薄膜,通过调控沉积工艺参数、Cu掺杂等方式改善薄膜的电致变色性能。搭建了全固态电致变色器件ITO/WO
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电致变色“智能窗”具有对太阳光的照射以及热辐射选择性吸收或透过的特点,可以大幅度降低建筑中的能耗、缓解资源紧缺问题。目前制备的全固态电致变色器件仍然无法满足实际应用需求。本论文针对如何提高薄膜与器件的光学调制幅度、循环寿命,缩短着色、褪色响应时间等问题,采用磁控溅射方法制备WO3、NiOx电致变色薄膜,通过调控沉积工艺参数、Cu掺杂等方式改善薄膜的电致变色性能。搭建了全固态电致变色器件ITO/WO3/LiPON/NiOx/ITO,对器件的性能分析讨论。主要研究内容及结果如下:（1）采用中频磁控溅射方法制备WO3电致变色薄膜,研究了不同溅射气压下WO3薄膜的微观形貌特征及其与电致变色性能的关系。结果表明,在溅射气压4 Pa时,WO3薄膜呈非晶态且表面颗粒粗大、膜层疏松程度适中时,薄膜综合电致变色性能最佳。薄膜的光学调制幅度在550 nm处可达81.0%,着色、褪色响应时间分别为7.8 s、5.85 s,且在1500次循环后,电流密度仅减少约6.3%,具有优异的循环性能。（2）采用直流磁控溅射方法制备NiOx电致变色薄膜,考察了溅射气压对薄膜电致变色性能的影响规律。研究表明,NiOx薄膜的光学调制幅度主要取决于着色态透过率的变化。在一定范围内,随着溅射气压的增大,薄膜表面颗粒更加粗大且孔隙增加,有利于Li+和电子e-的插入与脱出,从而提升NiOx薄膜的电化学性能。当溅射气压为2.4 Pa时,NiOx薄膜的光学调制幅度最大为54.49%,着色仅需2.2 s,褪色为1.4 s。（3）通过改变Cu的溅射功率调控掺杂量,发现存在一个临界值,使薄膜的电致变色性能达到最优。当掺杂功率为40 W时,薄膜的光学调制幅度增大到60.29%。Cu掺杂使NiOx晶格发生畸变,在晶体内部形成大孔隙的通道结构,更有利于Li+的传输;也使更多的Ni原子参与到电致变色过程,进一步提升了NiOx薄膜的性能。此外,Cu掺杂使薄膜的电导率增大约3倍,对电流的承载能力增强,衰减程度减小,改善了NiOx薄膜的循环性能。（4）搭建了ITO/WO3/Li PON/NiOx/ITO全固态互补型电致变色器件。由于产生叠加效应,提升了器件的电致变色性能,光学调制幅度可达67.99%,着色、褪色时间分别为6.05 s、7.4 s,比ITO/WO3/Li PON/ITO器件性能更好。此外,器件施加的电压过低会导致电致变色反应过程中离子与电子的插入量少,电压过高会使电致变色反应不够完全,发现器件的适配电压为5 V。器件在高温环境时电致变色性能并没有降低且加速了响应时间,说明搭建的电致变色器件具有一定的环境适应性。
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