天津兰力科：ZRNx快离子导体薄膜的制备及其Cr掺杂性能的研究

全固态电致变色器件的实用化研究一直是该领域的研究热点。电致变色器件 全固态化的关键是采用合适的快离子导体（有时亦称固体电解质）作为器件的离子传导层。目前，用于电致变色器件的快离子导体仍以固态聚合物电解质为主，然而，聚合物电解质存在易老化、机械强度差、工业化生产难度较大等缺点。无机快离子导体是最有希望用于全固态电致变色器件的离子导体材料。本实验室前期研究结果表明，在合适的工艺参数下制备的 ZrNx薄膜具有高的透过率、良好的热稳定性、耐磨性和化学稳定性，适合于作为电致变色器件的离子导体层。 到目前为止，制备离子导体薄膜最常用的方法有溶胶－凝胶法、真空蒸发法、化学气相沉积法和溅射沉积法等，其中磁控溅射以沉积速率高、基片温升低、膜层均匀性及附着力好、工艺参数易控制等优点而日益成为制备离子导体薄膜的理想工艺方法。 因此本文以纯锆靶及纯铬靶为靶材，采用反应磁控溅射工艺在 WO3/ITO/Glass 基片上沉积 ZrNx薄膜和 ZrNx:Cr 薄膜，通过紫外－可见分光光度计、循环伏安法、交流阻抗法、X 射线衍射仪、热场发射扫描电镜以及扫描隧道显微镜等测试分析方法，研究了制备工艺参数以及 Cr 掺杂对 ZrNx薄膜离子导电性能和结构的影响 。 研究结果表明：采用射频反应磁控溅射工艺制备的 ZrNx薄膜和 ZrNx:Cr 薄膜 均为非晶态结构，溅射功率和氮气分量等工艺参数对薄膜的离子导电性能有较大影响，选择合适的氮分量和溅射功率有助于提高 ZrNx薄膜的离子导电性能，在本实验的条件下，原位沉积 ZrNx薄膜的可见光透过率大于 75％,ZrNx/WO3/ITO/Glass器件的光学调节范围最大可达 57％以上，在离子传导过程中表现出良好的离子导电性能。 掺杂后的 ZrNx:Cr 薄膜，晶态趋势大于未掺杂的 ZrNx薄膜，结构的变化导致 ZrNx:Cr 薄 膜 的 离 子 传 导 性 能 有 所 下 降 ， 电 化 学 窗 口 变 小 ， 从 而 使ZrNx/WO3/ITO/Glass 器件的光学调节范围缩小。