[發明專利]一種金屬氧化物薄膜的陽離子摻雜裝置和摻雜方法

在審

• 申請號: 202010013902.4
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111193073A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 王欣月;李智信;凌潔;朱清瀅;唐秀鳳;王憶
• 申請（專利權）人: 五邑大學
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;H01M4/13;H01M4/139;H01M10/42;G02F1/1523;G02F1/1524;G02F1/153;G02F1/155
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 肖云

本發明實施例提供了一種金屬氧化物薄膜的陽離子摻雜裝置和摻雜方法，能夠實現摻雜離子的定向遷移，相對于現有技術，上述陽離子摻雜裝置利用通電電流在金屬氧化物與液體(或凝膠體)，即電解質層與金屬氧化物薄膜的固?液界面處形成磁場，摻雜離子在該固?液界面處進行熱平衡交換時，由于兩側能量勢壘差的不同，導致離子從金屬氧化物到液體(或凝膠體)會被加速，而從液體(或凝膠體)到金屬氧化物則會被減速，導致在磁場作用下摻雜離子在金屬氧化物和液體(或凝膠體)中走不同半徑的半圓弧運動，從而引起摻雜離子在金屬氧化物表面處形成宏觀的移動量，實現摻雜離子的定向遷移。

技術領域

本發明屬于金屬氧化物薄膜技術領域，具體涉及一種金屬氧化物薄膜的陽離子摻雜裝置和摻雜方法。

背景技術

陽離子的摻入和脫出金屬氧化物薄膜技術，被廣泛應用于儲能器件的充電和放電，以及電致變色器件等方面。

現有技術中，陽離子只能在外加電場的驅動下，垂直注入到金屬氧化物薄膜層內。雖然進入薄膜層內的離子靠濃度差擴散的方式可以均勻填滿整個薄膜區域，但無法進一步控制離子在金屬氧化物薄膜中的濃度分布以及控制摻雜區域。若能實現注入金屬氧化物體內的陽離子，還能進行可控的橫向遷移運動，并且移動后的離子在撤去外場后還能穩定存在于預設定的區域內，將會引發一系列技術上的變革，如鋰電池將可扁平化(同一層薄膜間的充放電)、電致變色窗戶不再是整體變色，可實現局部可控變色，摻雜的濃度分布可控、空間分辨率更高等，甚至能實現陽離子在固態材料中的三維可控運動。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種金屬氧化物薄膜的陽離子摻雜裝置和摻雜方法，能夠實現摻雜離子的定向遷移。

根據本發明第一方面實施例的一種金屬氧化物薄膜的陽離子摻雜裝置，包括

基底層，以及設置于所述基底層表面的導電層，所述導電層的兩側設置有電極層，所述導電層的表面設置有金屬氧化物薄膜，所述金屬氧化物薄膜表面設置有電解質層；

所述導電層包括相互分離的第一導電層和第二導電層，所述第一導電層和第二導電層之間設置有目標摻雜區域覆蓋層。

根據本發明實施例的一種金屬氧化物薄膜的陽離子摻雜裝置，至少具有如下技術效果：

相對于現有技術，上述陽離子摻雜裝置利用通電電流在金屬氧化物與液體(或凝膠體)，即電解質層與金屬氧化物薄膜的固-液界面處形成磁場，摻雜離子在該固-液界面處進行熱平衡交換時，由于兩側能量勢壘差的不同，導致離子從金屬氧化物到液體(或凝膠體)會被加速，而從液體(或凝膠體)到金屬氧化物則會被減速，導致在磁場作用下摻雜離子在金屬氧化物和液體(或凝膠體)中走不同半徑的半圓弧運動，從而引起摻雜離子在金屬氧化物表面處形成宏觀的移動量，實現摻雜離子的定向遷移。上述陽離子摻雜裝置通過電壓驅動，使摻雜陽離子通過間斷的導電層，在金屬氧化物薄膜中永久注入，普適性強。

根據本發明的一些實施例，所述基底層包括玻璃。

根據本發明的一些實施例，所述導電層包括ITO薄膜、AZO薄膜和FTO薄膜。

根據本發明的一些實施例，所述金屬氧化物薄膜為三氧化鎢薄膜、氧化鉬薄膜、二氧化鈦薄膜、五氧化二鈮薄膜和鈷酸鋰薄膜中的一種。

根據本發明的一些實施例，所述電解質層中含有目標摻雜陽離子。

根據本發明的一些實施例，所述目標摻雜陽離子為鈣離子、鋰離子、氫離子、鈉離子、鋅離子和鉀離子中的至少一種。

根據本發明第二方面實施例的一種金屬氧化物薄膜的陽離子摻雜方法，步驟包括：

S1：取基底層，在所述基底層表面設置導電層；

S2：在所述導電層的兩側設置電極層；