[發(fā)明專利]一種非晶態(tài)-納米晶復合結構的銦錫鈮鎵氧化物電致變色薄膜及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610730480.6
• 申請日: 2016-08-25
• 公開（公告）號: CN106634940B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發(fā)明（設計）人: 王麗;蘇雪瓊;李樹峰;李宬漢;高東文
• 申請（專利權）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: C09K9/00
• 分類號: C09K9/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種非晶態(tài)?納米晶復合結構的銦錫鈮鎵氧化物電致變色薄膜及其制備方法，屬于電致變色技術領域。利用元素摻雜和控制調整平均配位數(shù)方法，通過優(yōu)化脈沖激光沉積法制備(ITO)_x(Nb₂O₅)_y(Ga₂O₃)_1?x?y薄膜的工藝，整體薄膜制備為統(tǒng)一納米晶?非晶混合晶態(tài)。本發(fā)明操作簡單，不易引入雜質，制備溫度低，制備條件容易控制，所制備的納米晶?非晶復合結構的(ITO)_x(Nb₂O₅)_y(Ga₂O₃)_1?x?y電致變色薄膜響應時間快，具有較好的柔韌性和明顯的顏色變化，為柔性智能變色窗器件提供材料支持和工藝改進。

技術領域

本發(fā)明屬于電致變色技術領域，具體涉及一種非晶態(tài)-納米晶復合結構的銦錫鈮鎵氧化物電致變色薄膜及其制備方法。

背景技術

非晶態(tài)固體具有近程有序而遠程無序的結構特征。非晶態(tài)固體宏觀上表現(xiàn)為各向同性，熔解時無明顯的熔點，只是隨溫度的升高而逐漸軟化，粘滯性減小，并逐漸過渡到液態(tài)。非晶態(tài)固體又稱玻璃態(tài)，可看成是粘滯性很大的過冷液體。晶體的長程有序結構使其內能處于最低狀態(tài)，而非晶態(tài)固體由于長程無序而使其內能并不處于最低狀態(tài)，故非晶態(tài)固體是屬于亞穩(wěn)相，向晶態(tài)轉化時會放出能量。常見的非晶態(tài)固體有高分子聚合物、氧化物玻璃、非晶態(tài)金屬和非晶態(tài)半導體等。

顯示技術柔性化和超薄化的趨勢，引起全球研究學者和工業(yè)界對非晶態(tài)透明氧化物半導體薄膜(TAOS,Transparent Amorphous Oxide Semiconductor)的極大關注。2003年，J.F.Wager等人分別在Science等期刊上發(fā)表了關于非晶透明氧化物半導體薄膜晶體管的優(yōu)良特性的報告開始，全球掀起了研究熱潮。非晶態(tài)透明氧化物半導體薄膜(TAOS)飛速發(fā)展的今天，研究人員已發(fā)現(xiàn)了很多的有用的光電特性，并基于此制作光電器件或電化學器件。非晶態(tài)材料特性主要取決于共價鍵結構排布，但其結構排布的不定性使得控制結構仍然是難題。在非晶結構中引入納米晶結構，通過控制納米晶結構和非晶態(tài)之間共價鍵，進而控制非晶態(tài)結構材料的光電特性，在兩種結構的交接界面上甚至會出現(xiàn)新的功能材料，有新的優(yōu)異特性出現(xiàn)。例如，納米晶的引入增強塊體玻璃的硬度，提高玻璃的光學非線性系數(shù)，導致原本不透光光譜區(qū)域出現(xiàn)透明性，在納米晶和玻璃交界面，粒子傳輸能力增強.

存在問題是：1、納米晶-非晶混合結構的新功能材料多采用水熱法或化學法，玻璃態(tài)或膠態(tài)與納米晶態(tài)接觸生長，兩種材料有明顯交界面，該材料只存在于交界面附近，新功能材料不能大面積或大體積生長，材料生長方法與傳統(tǒng)工業(yè)生長方式不兼容。

2、納米晶-非晶混合結構氧化物半導體薄膜，按照傳統(tǒng)濺射工藝大面積生長時，溫度-時間變化曲線是生長沉積關鍵參數(shù)，但溫度高有利于晶體生長，溫度低有利于非晶生長，混合晶態(tài)的生長使得溫度設定進入到一個兩難境地，讓傳統(tǒng)工藝靠溫度調控材料晶態(tài)結構的方法無法適用于納米晶-非晶混合晶態(tài)新材料中。

2013年Nature發(fā)表的Anna Llordes小組在在交界面上實現(xiàn)玻璃態(tài)NbO材料混合納米晶態(tài)ITO材料，可在可見-近紅外波段電致變色導電氧化物半導體薄膜。該材料可應用于電致變色智能窗、可見-紅外傳感探測器件中，但之前提出的問題成為限制該材料大力推廣瓶頸：新功能材料只在交界面處存在，面積太小無商業(yè)使用尺寸，文獻中提到的化學法與商業(yè)化制造不兼容，傳統(tǒng)工藝溫度參數(shù)無法調控混合晶態(tài)等問題。Shi-na Li小組嘗試在ITO中摻雜Nb薄膜制備出的單晶薄膜，但該材料沒有電致變色特性。

本發(fā)明通過調整透明氧化物半導體薄膜摻雜元素種類和成分配比的途徑，在傳統(tǒng)工藝滿足大面積商業(yè)制備的基礎上，制備出納米晶-非晶混合晶態(tài)透明氧化物半導體薄膜，并實現(xiàn)可見-近紅外波段電致變色效應，為這種新型電致變色功能材料應用在智能節(jié)能窗、低能耗顯示器、汽車防炫目后視鏡以及衛(wèi)星、武器裝備的紅外隱身等各種領域，提供材料支持和工藝改進。