可穿戴柔性器件需要可弯折、快响应的光调制器。WO₃是最成熟的阴极电致变色材料但柔性器件界面稳定性差、循环寿命短、响应慢。磁控溅射成膜结合力强、室温速率高适合 ITO/PET 柔性衬底。元素掺杂里Li 能提升离子电导率、促进 Li 嵌入/脱出。本研究用直流磁控溅射在 ITO/PET 上做 Li 掺杂 WO₃靠溅射功率和沉积时间调掺杂量找最优窗口。Flexfilm费曼仪器探针式台阶仪可以实现表面微观特征的精准表征与关键参数的定量测量精确测定样品的表面台阶高度与膜厚为材料质量把控和生产效率提升提供数据支撑。实验方法用直流磁控溅射做Li掺杂WO₃ 薄膜影响因素多。要摸清 Li 掺杂水平对EC性能的影响重点盯两个参数溅射功率和沉积时间。靶材纯钨99.995%衬底 ITO/PET2×2 cm方阻 10 Ω靶-衬底距 16 cm衬底旋转。腔体真空 9.0×10⁻⁴ Pa先通 Ar 洗靶 5 min再通 O2总压 2.0 PaO2:Ar 20:80。结果与讨论(a) 样品 L1–L9 在可见光范围内的着色态与褪色态透射率(b) 各样品的光调制范围预实验先筛样。L610 W / 20 min褪色态透射率最高L1 功率太低、掺杂不足性能最差L8、L9 功率加到 10/20 W 后膜变密、可见光吸收强透射率回落。据此锁定 10 W细究 20、25、30 min 三档。(a) 不同 Li 掺杂水平薄膜的初始透射率(b) 其对应的光学带隙(a) 不同 Li 掺杂水平薄膜在 350–750 nm 波长下着色态与褪色态的透射率(b) 其对应的光调制范围光学上三档初始透射率接近光学带隙 3.11、3.03、3.06 eV随掺杂先降后升、整体变动小。光调制范围差异大20、25、30 min 平均调制 25.73%、59.39%、32.06%25 min 最高。426 nm 处 25 min 调制达 83.33%555 nm 处 64.20%。机理是适量掺杂打通离子通道、增大比表面积过掺杂晶粒异常长大、堵通道。不同 Li 掺杂水平各样品的计时电流CA特征曲线(a) 不同 Li 掺杂水平样品的奈奎斯特Nyquist图(b) 其响应时间与电荷转移电阻Rct电化学上CA 给出 25 min 样 Tc 9.47 s、Tb 2.7 s。EIS 拟合 Rg 三档 4.73、3.22、4.26 Ω25 min 的 Rct 最低63.77 Ω褪色最快、调制最高定为最优。CV 包络面积 25 min 最大电化学活性面积最大电荷量 23.12、41.01、15.24 mC/cm²CE 20.14、21.12、36.08 cm²/C。25 min 注入电荷最高但 CE 偏低部分电荷耗在双电层/副反应30 min 反之、利用率最高。1000 次循环保持率 94.427%20 min、72.147%25 min、69.646%30 min。20 min 保持率高只因每轮转移少、应力低25 min 兼顾调制与保持率综合最佳。结构表征Li 掺杂 WO3 薄膜的 EDS 谱EDS 只有 O、W 峰W 75.23%、O 24.77%W:O ≈ 3.04:1严重缺氧Li 原子序数低、EDS 探不到。缺氧来自 Li 掺杂的电荷补偿Li 正电荷靠带正电的氧空位平衡氧空位反而多给离子迁移通道、加快响应。XPS 在 55 eV 的 Li 1s 峰证实掺入峰强随沉积时间增Li/(LiW) 浓度 8.357%20 min、27.013%25 min、30.155%30 min。不同 Li 掺杂水平各样品的 AFM 图像及其对应粗糙度不同 Li 掺杂水平各样品的 SEM 图像拉曼 840 cm⁻¹W–O–W 桥氧对称伸缩和 950 cm⁻¹末端 WO两峰说明WO₃三维网络部分断裂、转非晶、有应变非晶多孔结构利于变色但循环会变差。XRD 在 2θ 26°六方 (100)、23°单斜 (002)/(020)/(200)有峰证明非晶膜里嵌微晶随沉积时间加长峰减弱变宽结晶受扰。Scherrer 算晶粒 4.55、2.45、1.81 nm递减分峰法算结晶度 17.8%、23.6%、53.79%递增。AFM 粗糙度 3.41、3.22、4.55 nm先降后升SEM 表面光滑无裂、膜厚约 1009–1023 nm趋势一致。直流磁控溅射在 ITO/PET 上做 Li 掺杂 WO₃掺杂量由沉积时间调。沉积时间加长晶粒和结晶度升、粗糙度先降后升。25 min10 W综合最优可见光平均光调制 59.39%426 nm 最大调制 83.33%着色效率 21.12 cm²/C着色/褪色 9.47 s / 2.7 sLi 浓度 27.013%Rct 63.77 Ω。Flexfilm费曼仪器探针式台阶仪费曼仪器Flexfilm探针式台阶仪在半导体、光伏、LED、MEMS器件、材料等领域表面台阶高度、膜厚的准确测量具有十分重要的价值尤其是台阶高度是一个重要的参数对各种薄膜台阶参数的精确、快速测定和控制是保证材料质量、提高生产效率的重要手段。✔ 配备500W像素高分辨率彩色摄像机✔ 亚埃级分辨率台阶高度重复性1nm✔ 360°旋转θ平台结合Z轴升降平台✔ 超微力恒力传感器保证无接触损伤精准测量费曼仪器作为国内领先的薄膜厚度测量技术解决方案提供商Flexfilm探针式台阶仪可以对薄膜表面台阶高度、膜厚进行准确测量保证材料质量、提高生产效率。原文参考《Magnetron sputtering preparation of flexible WO3 films: The influence ofLi doping amount on the electrochromic performance of the films》
柔性WO₃薄膜的磁控溅射制备：Li+ 掺杂量对电致变色性能的影响
可穿戴柔性器件需要可弯折、快响应的光调制器。WO₃是最成熟的阴极电致变色材料但柔性器件界面稳定性差、循环寿命短、响应慢。磁控溅射成膜结合力强、室温速率高适合 ITO/PET 柔性衬底。元素掺杂里Li 能提升离子电导率、促进 Li 嵌入/脱出。本研究用直流磁控溅射在 ITO/PET 上做 Li 掺杂 WO₃靠溅射功率和沉积时间调掺杂量找最优窗口。Flexfilm费曼仪器探针式台阶仪可以实现表面微观特征的精准表征与关键参数的定量测量精确测定样品的表面台阶高度与膜厚为材料质量把控和生产效率提升提供数据支撑。实验方法用直流磁控溅射做Li掺杂WO₃ 薄膜影响因素多。要摸清 Li 掺杂水平对EC性能的影响重点盯两个参数溅射功率和沉积时间。靶材纯钨99.995%衬底 ITO/PET2×2 cm方阻 10 Ω靶-衬底距 16 cm衬底旋转。腔体真空 9.0×10⁻⁴ Pa先通 Ar 洗靶 5 min再通 O2总压 2.0 PaO2:Ar 20:80。结果与讨论(a) 样品 L1–L9 在可见光范围内的着色态与褪色态透射率(b) 各样品的光调制范围预实验先筛样。L610 W / 20 min褪色态透射率最高L1 功率太低、掺杂不足性能最差L8、L9 功率加到 10/20 W 后膜变密、可见光吸收强透射率回落。据此锁定 10 W细究 20、25、30 min 三档。(a) 不同 Li 掺杂水平薄膜的初始透射率(b) 其对应的光学带隙(a) 不同 Li 掺杂水平薄膜在 350–750 nm 波长下着色态与褪色态的透射率(b) 其对应的光调制范围光学上三档初始透射率接近光学带隙 3.11、3.03、3.06 eV随掺杂先降后升、整体变动小。光调制范围差异大20、25、30 min 平均调制 25.73%、59.39%、32.06%25 min 最高。426 nm 处 25 min 调制达 83.33%555 nm 处 64.20%。机理是适量掺杂打通离子通道、增大比表面积过掺杂晶粒异常长大、堵通道。不同 Li 掺杂水平各样品的计时电流CA特征曲线(a) 不同 Li 掺杂水平样品的奈奎斯特Nyquist图(b) 其响应时间与电荷转移电阻Rct电化学上CA 给出 25 min 样 Tc 9.47 s、Tb 2.7 s。EIS 拟合 Rg 三档 4.73、3.22、4.26 Ω25 min 的 Rct 最低63.77 Ω褪色最快、调制最高定为最优。CV 包络面积 25 min 最大电化学活性面积最大电荷量 23.12、41.01、15.24 mC/cm²CE 20.14、21.12、36.08 cm²/C。25 min 注入电荷最高但 CE 偏低部分电荷耗在双电层/副反应30 min 反之、利用率最高。1000 次循环保持率 94.427%20 min、72.147%25 min、69.646%30 min。20 min 保持率高只因每轮转移少、应力低25 min 兼顾调制与保持率综合最佳。结构表征Li 掺杂 WO3 薄膜的 EDS 谱EDS 只有 O、W 峰W 75.23%、O 24.77%W:O ≈ 3.04:1严重缺氧Li 原子序数低、EDS 探不到。缺氧来自 Li 掺杂的电荷补偿Li 正电荷靠带正电的氧空位平衡氧空位反而多给离子迁移通道、加快响应。XPS 在 55 eV 的 Li 1s 峰证实掺入峰强随沉积时间增Li/(LiW) 浓度 8.357%20 min、27.013%25 min、30.155%30 min。不同 Li 掺杂水平各样品的 AFM 图像及其对应粗糙度不同 Li 掺杂水平各样品的 SEM 图像拉曼 840 cm⁻¹W–O–W 桥氧对称伸缩和 950 cm⁻¹末端 WO两峰说明WO₃三维网络部分断裂、转非晶、有应变非晶多孔结构利于变色但循环会变差。XRD 在 2θ 26°六方 (100)、23°单斜 (002)/(020)/(200)有峰证明非晶膜里嵌微晶随沉积时间加长峰减弱变宽结晶受扰。Scherrer 算晶粒 4.55、2.45、1.81 nm递减分峰法算结晶度 17.8%、23.6%、53.79%递增。AFM 粗糙度 3.41、3.22、4.55 nm先降后升SEM 表面光滑无裂、膜厚约 1009–1023 nm趋势一致。直流磁控溅射在 ITO/PET 上做 Li 掺杂 WO₃掺杂量由沉积时间调。沉积时间加长晶粒和结晶度升、粗糙度先降后升。25 min10 W综合最优可见光平均光调制 59.39%426 nm 最大调制 83.33%着色效率 21.12 cm²/C着色/褪色 9.47 s / 2.7 sLi 浓度 27.013%Rct 63.77 Ω。Flexfilm费曼仪器探针式台阶仪费曼仪器Flexfilm探针式台阶仪在半导体、光伏、LED、MEMS器件、材料等领域表面台阶高度、膜厚的准确测量具有十分重要的价值尤其是台阶高度是一个重要的参数对各种薄膜台阶参数的精确、快速测定和控制是保证材料质量、提高生产效率的重要手段。✔ 配备500W像素高分辨率彩色摄像机✔ 亚埃级分辨率台阶高度重复性1nm✔ 360°旋转θ平台结合Z轴升降平台✔ 超微力恒力传感器保证无接触损伤精准测量费曼仪器作为国内领先的薄膜厚度测量技术解决方案提供商Flexfilm探针式台阶仪可以对薄膜表面台阶高度、膜厚进行准确测量保证材料质量、提高生产效率。原文参考《Magnetron sputtering preparation of flexible WO3 films: The influence ofLi doping amount on the electrochromic performance of the films》