專利名稱：一種含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電領(lǐng)域，特別涉及一種含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件。
背景技術(shù)：
從20世紀(jì)60年代Plant首先提出電致變色概念以來，電致變色現(xiàn)象引起了人們 的廣泛關(guān)注。電致變色器件具有的透光度可以在較大范圍內(nèi)隨意調(diào)節(jié)，還具有存儲(chǔ)記憶功 能、驅(qū)動(dòng)變色電壓低、電源簡(jiǎn)單、省電、受環(huán)境影響小等特性，因此具有十分廣闊的應(yīng)用前 景。可以作為大面積顯示裝置應(yīng)用于照相機(jī)和激光等光通量調(diào)節(jié)閥、建筑物門窗、收音機(jī)、 汽車交通工具、圖像記錄、信息處理、光記憶、光開關(guān)、全息照相、裝飾材料、隱身材料和安全 防護(hù)材料等。這些電致變色器件主要構(gòu)件是一層電致變色材料，已報(bào)道的傳統(tǒng)變色材料的 選擇主要有無機(jī)材料(W03、Mo03、Nb205、Ti02、Ta205、V205及其摻雜氧化物)和有機(jī)材料(普 魯士藍(lán)類、導(dǎo)電聚合物、金屬酞花菁等)。無機(jī)電致變色材料一般具有高的著色率和電容量， 且變色電效率高，化學(xué)穩(wěn)定性好。這類無機(jī)材料的變色一般涉及到離子嵌入材料晶格和從 材料晶格中脫出，材料有較大的體積變化，變色響應(yīng)速度慢，循環(huán)可逆性差。雖說大部分有 機(jī)變色材料具有高的變色響應(yīng)速度，但是大部分有機(jī)變色材料的化學(xué)穩(wěn)定性不好、抗輻射 能力差，并且由于多數(shù)有機(jī)變色材料是通過化學(xué)聚合、電化學(xué)聚合、旋涂和提拉等方法在較 低溫度下沉積在基板上，與基板材料附著不牢從而導(dǎo)致循環(huán)可逆性差。因此研制與開發(fā)新 型的電致變色材料，已成為該領(lǐng)域的前沿問題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是為了提供一種含有鈦酸鋰的薄膜電極，該鈦酸鋰材料變色的 機(jī)理為鋰嵌入導(dǎo)致的能帶改變，鋰嵌入后材料的晶胞參數(shù)不發(fā)生變化，為“零應(yīng)變”材料，且 鋰離子可以從三維方向嵌入脫出，具有很高的離子電導(dǎo)和擴(kuò)散系數(shù)，可以克服現(xiàn)有無機(jī)變 色薄膜變色響應(yīng)速度慢；有機(jī)變色薄膜化學(xué)穩(wěn)定性差、與基底附著力差的缺點(diǎn)，從而提供 一種具有循環(huán)可逆性好、長(zhǎng)壽命、高變色響應(yīng)速度的薄膜電極。本發(fā)明的另一目的是為了提供一種含有鈦酸鋰的薄膜電極的光電器件在變色器 件、光電開關(guān)器件、智能隔熱器件和可變發(fā)射率熱控器件中的應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件，該器件 至少包括鈦酸鋰薄膜電極，電解質(zhì)，對(duì)電極；其中，鈦酸鋰薄膜生長(zhǎng)在透明導(dǎo)電基底上，厚度 為lnm-100 μ m，鈦酸鋰薄膜中含有化學(xué)組成為L(zhǎng)i4+xAaTi5_y012_zBb的物質(zhì)，其中A 為 H、Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sc、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、 Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Er、Tm、Yb、Lu、W、Pt、Au 或Bi中的至少一種；B 為 N、P、S、Se、F、Cl、Br 或 I 中的至少一種；χ, a, y, ζ, b代表摩爾百分比，_4彡χ彡4;0彡a彡4;0彡y彡4;0彡ζ彡3; 0彡b彡4。
上述技術(shù)方案中，所述透明導(dǎo)電基底的透明導(dǎo)電層為透明金屬薄膜、透明導(dǎo)電氧 化物薄膜、透明導(dǎo)電無機(jī)非氧化物薄膜、透明導(dǎo)電有機(jī)薄膜或透明導(dǎo)電聚合物薄膜的 一種 或幾種。上述技術(shù)方案中，所述透明金屬薄膜含有無定形碳、碳納米管、石墨烯、單層石墨、 Au、Ag、Cr、Ge、Ir、Os、Re、Rh、Ru、Cu、Pt或Al的一種或幾種；所述透明導(dǎo)電氧化物薄膜含 有摻雜或未摻雜的Sn02、In203、Zn0、Cd0或Cd2SnO4的一種或幾種；所述透明導(dǎo)電無機(jī)非氧化 物薄膜含有摻雜或未摻雜的CdS、Zns, LaB6, TiN, TiC、ZrN或HiN的一種或幾種；所述透明 導(dǎo)電有機(jī)薄膜含有摻雜或未摻雜的聚乙炔類、聚吡咯類、聚苯胺類、聚噻吩類、聚對(duì)苯類、聚 對(duì)苯撐乙烯類、聚芴類、聚苯硫醚類、聚呋喃類、聚噠嗪類、聚異硫茚、聚并苯的一種或幾種。上述技術(shù)方案中，所述電解質(zhì)為鋰離子導(dǎo)體，電子絕緣體、鋰離子固體電解質(zhì)、液 體電解質(zhì)、聚合物電解質(zhì)、膠體電解質(zhì)、離子液體中的至少一種。上述技術(shù)方案中，所述的對(duì)電極中含有金屬鋰或含鋰的化合物；其中，所述含鋰的 化合物包括含鋰的無機(jī)物或含鋰的有機(jī)物，其中鋰離子能從所述含鋰化合物中可逆的嵌入 和脫出。本發(fā)明還提供了一種變色器件，采用所述的含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件。本發(fā)明還提供了一種光電開關(guān)，采用所述的含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件。本發(fā)明還提供了一種智能隔熱玻璃，采用所述的含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器 件。本發(fā)明還提供了一種可變發(fā)射率熱控器件，采用所述的含有鈦酸鋰薄膜電極的光 電器件。本發(fā)明提供的含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件優(yōu)點(diǎn)在于1)本發(fā)明首次在透明導(dǎo)電基底上制備了含Li4Ti5O12或摻雜的Li4Ti5O12的薄膜電 極。2)本發(fā)明提供的鈦酸鋰薄膜，相對(duì)于有機(jī)變色薄膜材料而言，與透明導(dǎo)電基底附 著力強(qiáng)；且在離子嵌入或脫出過程中，基本不發(fā)生體積變化。10000次循環(huán)容量可逆保持超 過90 %，具有非常優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。3)本發(fā)明提供的含鈦酸鋰的薄膜電極中鈦酸鋰材料具有很高的離子電導(dǎo)，離子嵌 入該鈦酸鋰材料可以導(dǎo)致其電子電導(dǎo)顯著增大，相對(duì)其它無機(jī)變色材料而言，該鈦酸鋰材 料具有非常高的著色與褪色響應(yīng)速度。4)本發(fā)明提供的含鈦酸鋰的薄膜電極褪色態(tài)對(duì)可見光和紅外光透過率超過 90%，著色態(tài)為對(duì)可見和紅外光均有吸收的寬帶吸收，對(duì)可見光和紅外光的透過率平均低 于60%。該含有鈦酸鋰的薄膜電極作為變色電極使用時(shí)變色效果明顯；該薄膜電極也可以 作為電壓調(diào)控的隔熱材料使用。5)本發(fā)明提供的含鈦酸鋰的薄膜電極中，離子嵌入和脫出鈦酸鋰材料的反應(yīng)是兩 相反應(yīng)，在相轉(zhuǎn)變反應(yīng)平臺(tái)電位士0. 3V即可發(fā)生明顯的著色和褪色，因此該含有鈦酸鋰的 薄膜電極工作電壓低。6)本發(fā)明提供的鈦酸鹽薄膜電極制備方法簡(jiǎn)單多樣，可以使用旋涂、噴涂、電沉 積、物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積等方法制備。


圖1是實(shí)施例1制備的鈦酸鋰薄膜電極的X射線衍射譜。圖2是實(shí)施例1制備的鈦酸鋰薄膜電極著色態(tài)與褪色態(tài)的圖片。圖3是實(shí)施例1制備的鈦酸鋰薄膜電極著色態(tài)與褪色態(tài)的紫外可見吸收光譜。圖4是實(shí)施例1制備的鈦酸鋰薄膜電極的計(jì)時(shí)電流曲線。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例用于解釋本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明。實(shí)施例1、制備本發(fā)明鈦酸鋰薄膜電極作為電致變色器件的變色電極。鈦酸鋰薄膜電極可以通過以下方法制備。使用射頻濺射方法，純相尖晶石結(jié)構(gòu) Li4Ti5O12陶瓷片作為靶材，沉積氣氛為Ar/02混合氣體(Ar和O2流量比為1:2)，沉積氣壓 為1. OPa,射頻功率為200瓦，沉積溫度為600°C，沉積時(shí)間為1小時(shí)，在氟摻雜氧化錫(FTO) 透明導(dǎo)電玻璃上沉積制備500nm厚Li4Ti5O12薄膜。該薄膜電極的X射線衍射(XRD)譜如圖 1所示，使用該Li4Ti5O12薄膜作為電致變色器件的變色電極，使用金屬Li離子儲(chǔ)存層作為 對(duì)電極，lmol LiCiO4溶于IL碳酸丙烯酯(PC)溶液作為電解質(zhì)。變色電極、對(duì)電極與電解 質(zhì)構(gòu)成的電化學(xué)體系即為一個(gè)電致變色器件的主要部分。該變色器件在未施加直流電壓時(shí) 為透明，施加IV直流電壓時(shí)，Li4Ti5O12薄膜電極變成藍(lán)色；施加3V直流電壓時(shí)，Li4Ti5O1J^ 膜電極褪色變成透明，如圖2所示。Li4Ti5O12薄膜電極著色態(tài)與褪色態(tài)的紫外可見吸收光 譜如圖3所示，該Li4Ti5O12薄膜電極著色態(tài)在紫外可見紅外光譜波段均有吸收。如圖4所 示的計(jì)時(shí)電流曲線表明該Li4Ti5O12薄膜電極的著色和褪色響應(yīng)時(shí)間分別為3. 74秒和2. 38 秒。實(shí)施例2、制備本發(fā)明含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件。含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件可以通過以下方法制備。使用脈沖激光濺射方 法，248納米準(zhǔn)分子激光器為激光源，純相Li4Ti5O12陶瓷片作為靶材，沉積氣氛為02，沉積氣 壓為20Pa，沉積溫度為500°C，沉積時(shí)間為2小時(shí)，在氧化銦錫(ITO)透明導(dǎo)電玻璃上沉積 制備500nm厚Li4Ti5O12薄膜。在Li4Ti5O12薄膜上沉積Ium的LiLaTiO3作為電解質(zhì)材料， 然后在LiLaTiO3上沉積200nmLiFeP04薄膜作為離子儲(chǔ)存層，最后在LiFePO4薄膜上沉積制 備20nm Pt作為集流體。即制備得到一個(gè)以Li4Ti5O12薄膜電極為變色電極的全固態(tài)光電器 件。實(shí)施例3、制備本發(fā)明含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件。含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件可以通過以下方法制備。將IOg Li4Ti5O12和2g 納米Al2O3分散于50mL聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中形成漿料。以此漿料在氧化銦錫(ITO) 透明導(dǎo)電玻璃上旋涂2分鐘，旋涂速率為4000轉(zhuǎn)/分，然后在空氣中450°C熱處理30分鐘， 制備得到以Li4Ti5O12為基體的Li4Ti5O12和Al2O3復(fù)合薄膜電極。使用該薄膜電極作為電致 變色器件的變色電極，使用沉積在氧化銦錫(ITO)透明導(dǎo)電玻璃上鋰化的CeO2作為離子儲(chǔ) 存層構(gòu)成對(duì)電極，電解質(zhì)為lmol LiPF6溶于IL EC (碳酸乙烯酯)和DMC (碳酸二甲酯)的 混合溶劑中(體積比1 1)。變色電極、對(duì)電極與電解質(zhì)構(gòu)成的電化學(xué)體系即為一個(gè)含有 鈦酸鋰薄膜電極光電器件的主要部件。實(shí)施例4、制備本發(fā)明含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件。
含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件可以通過以下方法制備。摻雜Li4Ti5O12薄膜電極 可以通過以下方法制備。使用射頻濺射方法，摻雜Li4Fetl. Ji49O12陶瓷片作為靶材，沉積氣 氛為Ar/02混合氣體(Ar和O2流量比為1:2)，沉積氣壓為2. OPa,射頻功率為200瓦，沉積 溫度為600°C，沉積時(shí)間為1小時(shí)，在氟摻雜氧化錫(FTO)透明導(dǎo)電玻璃上沉積制備500nm 厚Fe摻雜Li4Ti5O12薄膜。使用該Li4Fetl. Ji5O12薄膜作為電致變色器件的變色電極，使用沉 積在氧化銦錫(ITO)透明導(dǎo)電玻璃上的20nm Ag作為對(duì)電極，電解質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)為基的碳酸丙烯酯(PC)+LiC104凝膠電解質(zhì)制備的薄膜。變色電極、對(duì)電極與電解 質(zhì)構(gòu)成的電化學(xué)體系即為一個(gè)含有鈦酸鋰薄膜電極光電器件的主要部件。實(shí)施例5、制備本發(fā)明含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件。 含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件可以通過以下方法制備。摻雜Li4Ti5O12薄膜電極 可以通過以下方法制備。使用射頻濺射方法，摻雜Li41Ti49C^5Fa5陶瓷片作為靶材，沉積 氣氛為Ar/02混合氣體(Ar和O2流量比為1:2)，沉積氣壓為2. OPa,射頻功率為200瓦， 沉積溫度為500°C，沉積時(shí)間為30分鐘，在F摻雜氧化錫(FTO)透明導(dǎo)電玻璃上制備得到 200nm厚的F摻雜Li4Ti5O12薄膜電極。使用該薄膜電極作為電致變色器件的變色電極，使 用沉積在氧化銦錫(ITO)透明導(dǎo)電玻璃上的NiO薄膜作為對(duì)電極，電解質(zhì)為聚甲基丙烯酸 甲酯(PMMA)為基的碳酸丙烯酯(PC)+LiClO4凝膠電解質(zhì)制備的薄膜。變色電極、對(duì)電極與 電解質(zhì)構(gòu)成的電化學(xué)體系即為一個(gè)含有鈦酸鋰薄膜電極光電器件的主要部件。實(shí)施例6、制備本發(fā)明含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件。含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件可以通過以下方法制備。使用射頻濺射方法，摻 雜Li4Ti5O12陶瓷片作為靶材，沉積氣氛為ArAUg合氣體(Ar和O2流量比為1 2)，沉積 氣壓為2. OPa，射頻功率為200瓦，沉積溫度為500°C，沉積時(shí)間為30分鐘，最后使用離子槍 進(jìn)行N離子注入，在鋁摻雜氧化鋅(AZO)透明導(dǎo)電玻璃上沉積制備300nm厚N摻雜Li4Ti5O12 薄膜。使用該薄膜電極作為電致變色器件的變色電極，使用沉積在氧化銦錫(ITO)透明導(dǎo) 電玻璃上的20nm無定形碳作為對(duì)電極，電解質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為基的碳酸丙 烯酯(PC)+LiC104凝膠電解質(zhì)制備的薄膜。變色電極、對(duì)電極與電解質(zhì)構(gòu)成的電化學(xué)體系 即為一個(gè)含有鈦酸鋰薄膜電極光電器件的主要部件。實(shí)施例7、制備本發(fā)明含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件。含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件可以通過以下方法制備。使用射頻濺射方法， Li4Ti5O12陶瓷片作為靶材，使用在玻璃上沉積20nm石墨烯作為透明導(dǎo)電基底，沉積氣氛為 Ar/02混合氣體(Ar和O2流量比為1:2)，沉積氣壓為2. OPa,射頻功率為200瓦，沉積溫 度為500°C，沉積時(shí)間為30分鐘，制備得到200nm厚的Li4Ti5O12薄膜，然后使用原子層沉積 方法在Li4Ti5O12薄膜上再沉積IOnmAl2O3制備得到含有Li4Ti5O12的薄膜電極。使用該薄膜 電極作為電致變色器件的變色電極，使用沉積在氧化銦錫(ITO)透明導(dǎo)電玻璃上Ta2O5薄膜 作為對(duì)電極，電解質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為基的碳酸丙烯酯(PC)+LiClOjf膠電解 質(zhì)制備的薄膜。變色電極、對(duì)電極與電解質(zhì)構(gòu)成的電化學(xué)體系即為一個(gè)含有鈦酸鋰薄膜電 極光電器件的主要部件。實(shí)施例8、制備本發(fā)明含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件。含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件可以通過以下方法制備。使用射頻濺射方法，摻 雜Li4Ti5O12陶瓷片作為靶材，使用熱蒸發(fā)方法在玻璃上沉積IOnm Au作為透明導(dǎo)電基底，沉積氣氛為Ar/02混合氣體(Ar和O2流量比為1:2)，沉積氣壓為2. OPa,射頻功率為200 瓦，沉積溫度為500°C，沉積時(shí)間為30分鐘，制備得到200nm厚的Li4Ti5O12薄膜電極。使用 該薄膜電極作為電致變色器件的變色電極，使用沉積在氧化銦錫(ITO)透明導(dǎo)電玻璃上的 WO3薄膜作為對(duì)電極，電解質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為基的碳酸丙烯酯(PC)+LiC10jf 膠電解質(zhì)制備的薄膜。變色電極、對(duì)電極與電解質(zhì)構(gòu)成的電化學(xué)體系即為一個(gè)含有鈦酸鋰 薄膜電極光電器件的主要部件。實(shí)施例9、制備本發(fā)明含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件。含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件可以通過以下方法制備。使用射頻濺射方法， Li4Ti5O12陶瓷片作為靶材，透明導(dǎo)電基底為在玻璃上沉積的TiO2與TiN雙層膜(Ti02、TiN 厚度分別為20nm、80nm)，沉積氣氛為Ar/02混合氣體(Ar和O2流量比為1:2)，沉積氣壓 為2. OPa,射頻功率為200瓦，沉積溫度為500°C，沉積時(shí)間為30分鐘，制備得到200nm厚的 Li4Ti5O12薄膜電極。使用該薄膜電極作為電致變色器件的變色電極，使用沉積在氧化銦錫 (ITO)透明導(dǎo)電玻璃上的NiO薄膜作為對(duì)電極，電解質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為基的 碳酸丙烯酯(PC)+LiClO4凝膠電解質(zhì)制備的薄膜。變色電極、對(duì)電極與電解質(zhì)構(gòu)成的電化 學(xué)體系即為一個(gè)含有鈦酸鋰薄膜電極光電器件的主要部件。實(shí)施例10、制備本發(fā)明含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件作為變色器件。 含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件可以通過以下方法制備。使用射頻濺射方法，Al、 F摻雜Li4Ti5O12陶瓷片作為靶材，使用電聚合方法在玻璃上沉積IOOnm聚苯胺作為透明導(dǎo) 電基底，沉積氣氛為Ar/02混合氣體(Ar和O2流量比為1:2)，沉積氣壓為2. OPa,射頻功率 為100瓦，沉積溫度為200°C，沉積時(shí)間為2小時(shí)，制備得到200nm厚的Li41Ala5Ti45O11^Fa2 薄膜電極。使用該薄膜電極作為電致變色器件的變色電極，使用沉積在氧化銦錫(ITO)透 明導(dǎo)電玻璃上鋰化的CeO2-TiO2薄膜(CeO2 TiO2 = 2 1)作為離子儲(chǔ)存層構(gòu)成對(duì)電極， 電解質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為基的碳酸丙烯酯(PC)+LiC104凝膠電解質(zhì)制備的薄 膜。變色電極、對(duì)電極與電解質(zhì)構(gòu)成的電化學(xué)體系即為一個(gè)變色器件的主要部件。實(shí)施例11、制備本發(fā)明含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件作為光電開關(guān)器件。含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件可以通過以下方法制備。使用射頻濺射方法， Li4Ti5O12陶瓷片作為靶材，使用電聚合方法在玻璃上沉積IOOnm聚苯胺作為透明導(dǎo)電基底， 沉積氣氛為Ar/02混合氣體(Ar和O2流量比為1:2)，沉積氣壓為2. OPa,射頻功率為100 瓦，沉積溫度為200°C，沉積時(shí)間為2小時(shí)，制備得到200nm厚的Li4Ti5O12薄膜電極。使用該 薄膜電極作為光電開關(guān)的工作電極，使用沉積在氧化銦錫(ITO)透明導(dǎo)電玻璃上鋰化的 CeO2-TiO2薄膜(CeO2 TiO2 = 2 1)作為離子儲(chǔ)存層構(gòu)成對(duì)電極，電解質(zhì)為2mol LiPF6 溶于IL 2-三氟甲基磺酸酰胺鋰(LiTFSI)的溶液。工作電極、對(duì)電極與電解質(zhì)構(gòu)成的電化 學(xué)體系即為一個(gè)光電開關(guān)的主要部件。當(dāng)工作電極施加-IV電壓時(shí)，Li離子嵌入工作電極 中的Li4Ti5O12導(dǎo)致工作電極的電阻急劇減小，從而起到開關(guān)作用。實(shí)施例12、制備本發(fā)明含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件作為智能隔熱玻璃。含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件可以通過以下方法制備。使用射頻濺射方法， Li4Ti5O12陶瓷片作為靶材，使用化學(xué)氣相沉積方法在玻璃上沉積30nm碳納米管陣列作為透 明導(dǎo)電基底，沉積氣氛為Ar氣，沉積氣壓為2. OPa,射頻功率為150瓦，沉積溫度為500°C， 沉積時(shí)間為1小時(shí)，制備得到300nm厚的Li45Ti5O12薄膜電極。使用該薄膜電極作為智能隔熱玻璃的工作電極，使用沉積在氧化銦錫(ITO)透明導(dǎo)電玻璃上的鋰化的V2O5薄膜作為離 子儲(chǔ)存層構(gòu)成對(duì)電極，電解質(zhì)為lmol LiPF6溶于IL 1_乙基_2，3甲基咪唑-2，3-氟甲基 磺酸氨基鹽(EMI-TFSI)。工作電極、對(duì)電極與電解質(zhì)構(gòu)成的電化學(xué)體系即為一個(gè)智能隔熱 玻璃器件。當(dāng)工作電極施加-IV電壓時(shí)，Li離子嵌入工作電極中的Li4Ti5O12導(dǎo)致工作電極 變藍(lán)色，吸收大部分可見光和紅外光從而起到隔熱作用。 實(shí)施例13、制備本發(fā)明含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件作為可變發(fā)射率熱控制器 件。含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件可以通過以下方法制備。按摩爾比為1 1稱取 氧化乙烯和Li4Ti5O12,將氧化乙烯加入4mL水充分溶解成溶液后滴入50mL Li4Ti5O12溶膠中 并充分?jǐn)嚢?，制備得到PEO-Li4Ti5O12復(fù)合溶膠，使用提拉法將該溶膠沉積在F摻雜氧化錫 透明導(dǎo)電玻璃上并在100°C恒溫干燥24小時(shí)，得到含有鈦酸鋰的PEO-Li4Ti5O12復(fù)合薄膜電 極。使用該薄膜電極作為電致變色器件的變色電極，使用沉積在氧化銦錫(ITO)透明導(dǎo)電 玻璃上鋰化的CeO2-TiO2薄膜(CeO2 TiO2 = 1 2)作為離子儲(chǔ)存層構(gòu)成對(duì)電極，電解質(zhì) 為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為基的碳酸丙烯酯(PC)+LiC104凝膠電解質(zhì)制備的薄膜。變 色電極、對(duì)電極與電解質(zhì)構(gòu)成的電化學(xué)體系即為一個(gè)可變發(fā)射熱控制器件的主要部件。最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參 照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方 案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件，其特征在于，該器件至少包括鈦酸鋰薄膜電 極，電解質(zhì)，對(duì)電極；其中，鈦酸鋰薄膜生長(zhǎng)在透明導(dǎo)電基底上，厚度為lnm-ΙΟΟμπι，鈦酸鋰 薄膜中含有化學(xué)組成為L(zhǎng)i4+人Ti5_y012』b的物質(zhì)，其中A 為 H、Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sc、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、 Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Er、Tm、Yb、Lu、W、Pt、Au 或 Bi中的至少一種；B為N、P、S、Se、F、Cl、Br或I中的至少一種；叉，&，7，2，13代表摩爾百分比，-4彡1彡4;0彡&彡4;0彡7彡4;0彡2彡3 ；0彡b彡4。
2.一種如權(quán)利要求1所述的含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件，其特征在于，所述透明 導(dǎo)電基底的透明導(dǎo)電層為透明金屬薄膜、透明導(dǎo)電氧化物薄膜、透明導(dǎo)電無機(jī)非氧化物薄 膜、透明導(dǎo)電有機(jī)薄膜或透明導(dǎo)電聚合物薄膜的一種或幾種。
3.—種如權(quán)利要求2所述的含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件，其特征在于，所述透明 金屬薄膜含有無定形碳、碳納米管、石墨烯、單層石墨、Au、Ag、Cr、Ge、Ir、Os、Re、Rh、Ru、Cu、 Pt或Al的一種或幾種；所述透明導(dǎo)電氧化物薄膜含有摻雜或未摻雜的SnO2、In203、Zn0、CdO 或Cd2SnO4的一種或幾種；所述透明導(dǎo)電無機(jī)非氧化物薄膜含有摻雜或未摻雜的CdS、Zns, LaB6、TiN、TiC、&N或HiN的一種或幾種；所述透明導(dǎo)電有機(jī)薄膜含有摻雜或未摻雜的聚乙 炔類、聚吡咯類、聚苯胺類、聚噻吩類、聚對(duì)苯類、聚對(duì)苯撐乙烯類、聚芴類、聚苯硫醚類、聚 呋喃類、聚噠嗪類、聚異硫茚、聚并苯的一種或幾種。
4.一種如權(quán)利要求1或2或3所述的含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件，其特征在于，所 述電解質(zhì)為鋰離子導(dǎo)體，電子絕緣體、鋰離子固體電解質(zhì)、液體電解質(zhì)、聚合物電解質(zhì)、膠體 電解質(zhì)、離子液體中的至少一種。
5.一種如權(quán)利要求1或2或3或4所述的含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件，其特征在 于，所述的對(duì)電極中含有金屬鋰或含鋰的化合物；其中，所述含鋰的化合物包括含鋰的無機(jī) 物或含鋰的有機(jī)物，其中鋰離子能從所述含鋰化合物中可逆的嵌入和脫出。
6.一種變色器件，其特征在于，采用權(quán)利1-5之一所述的含有鈦酸鋰薄膜電極的光電 器件。
7.一種光電開關(guān)，其特征在于，采用權(quán)利1-5之一所述的含有鈦酸鋰薄膜電極的光電 器件。
8.一種智能隔熱玻璃，其特征在于，采用權(quán)利1-5之一所述的含有鈦酸鋰薄膜電極的 光電器件。
9.一種可變發(fā)射率熱控器件，其特征在于，采用權(quán)利1-5之一所述的含有鈦酸鋰薄膜 電極的光電器件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種含有鈦酸鋰薄膜電極的光電器件，該器件至少包括鈦酸鋰薄膜電極，電解質(zhì)，對(duì)電極；其中，鈦酸鋰薄膜生長(zhǎng)在透明導(dǎo)電基底上，厚度為1nm-100μm，鈦酸鋰薄膜中含有化學(xué)組成為L(zhǎng)i4+xAaTi5-yO12-zBb的物質(zhì)；其中A為H、Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sc、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Er、Tm、Yb、Lu、W、Pt、Au或Bi中的至少一種；B為N、P、S、Se、F、Cl、Br或I中的至少一種；x，a，y，z，b代表摩爾百分比，-4≤x≤4；0≤a≤4；0≤y≤4；0≤z≤3；0≤b≤4。
文檔編號(hào)G02F1/155GK102096262SQ20091024182
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2009年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月9日
發(fā)明者李泓, 汪銳, 禹習(xí)謙, 黃學(xué)杰 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院物理研究所