一种新型电致变红外发射率器件及其制备方法

1.本发明属于红外隐身技术领域，尤其涉及一种新型电致变红外发射率器件及其制备方法。


背景技术：

2.目标的红外辐射特性主要受温度和发射率影响，目标的温度或发射率越高，其红外辐射特性越强，因而调节目标发射率对红外特性进行调节已成为红外隐身技术的重要手段。电致变发射率器件具有发射率调节范围广、响应速度快、反应灵活等优点，在红外隐身技术领域具有巨大的应用潜力。
3.局域表面等离子共振(lspr：localized surface plasmon resonance)是指当光线入射到由导电性良好的纳米颗粒上时，如果入射光子频率与纳米颗粒的振荡频率相匹配时，纳米颗粒会对光子能量产生很强的吸收作用，就会发生局域表面等离子体共振的现象，这时会在光谱上出现一个强的共振吸收峰。lspr的研究最开始主要集中在金属纳米颗粒中，lspr主要位于可见光波段。近年来，半导体氧化物的纳米晶的研究方兴未艾，lspr主要位于近红外(800-3000nm)波段，但是目前还没有关于电化学调控3～14μm的红外波段的lspr调控的研究。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术中的技术问题，本发明提供一种新型电致变红外发射率器件及其制备方法，利用局域表面等离子共振实现了通过电化学方法调控2.5-14μm的红外波段，具有调节范围广、快速响应以及长循环寿命的特点。
5.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案如下：
6.本发明第一方面提供一种新型电致变红外发射率器件，所述电致变红外发射率器件由上至下依次包括红外透明基底层、变红外发射率功能层、红外高反层、电解质层、离子储存层和对电极层，所述红外高反层和对电极层分别与正、负电极相连，所述变红外发射率功能层为掺杂氧化锌纳米晶，所述掺杂氧化锌纳米晶中的掺杂离子为三价金属离子，所述三价金属离子的掺杂量为0.1～10％。
7.本发明中制备的新型电致变红外发射率器件，使用掺杂氧化锌纳米晶作为变红外发射率功能层，通过控制三价金属离子的掺杂量在0.1～10％，使掺杂氧化锌纳米晶的局域表面等离子体共振(lspr)吸收峰位于3～14μm红外波段。利用电化学注入和脱出电子，使lspr吸收峰增强和减弱的方式，实现掺杂氧化锌纳米晶对红外发射率的调控。当施加负电时，电子注入掺杂氧化锌纳米晶层，lspr吸收峰增强，器件表现出高红外发射率特性。当施加正电时，电子从掺杂氧化锌纳米晶层脱出，lspr吸收峰减弱，掺杂氧化锌纳米晶层表现出高透过率，器件表现出红外高反层的高反特性，即低发射率状态，以此实现对红外发射率的调控。
8.作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率器件中，所述变红
外发射率功能层的厚度为0.1～20μm。
9.作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率器件中，所述铝掺氧化锌纳米晶的直径为2～30nm。
10.作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率器件中，所述铝掺氧化锌纳米晶的直径为2～16nm。
11.作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率器件中，所述铝掺氧化锌纳米晶lspr吸收峰位于3～14μm。
12.作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率器件中，所述三价金属离子为铝离子、硼离子、镓离子或铟离子中的一种。
13.本发明中基于zno的n型半导体纳米晶，其掺杂剂通常包括硼离子(b
3+
)、铝离子(al
3+
)、镓离子(ga
3+
)和铟离子(in
3+
)，在3-14μm波段会产生lspr吸收，进一步可以通过电化学调控基于zno的n型半导体纳米晶的lspr吸收峰，从而实现红外发射率的调控。
14.作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率器件中，所述红外透明基底层材料选自baf2、caf2、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、尼龙或硅片中的一种。
15.本发明中的红外透明基底层为掺杂氧化锌纳米晶变红外发射率层提供支撑，同时选用透明材质时保证可见光和红外光的穿透。
16.作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率器件中，所述红外高反层选自金属薄膜、ito薄膜、azo薄膜、fto薄膜、mxene薄膜中的一种。
17.本发明中的红外高反层作为器件的工作电极，同时作为红外高反射率背底，若选用透明材质，可保证可见光的透过和红外光的高反射。
18.作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率器件中，所述离子储存层pt纳米晶层、azo薄膜、nio薄膜、v2o5薄膜中的一种。
19.本发明中设置离子储存层，材料可以选用铂纳米晶、二氧化铈纳米晶或铝掺氧化锌纳米晶，其作用在于平衡红外发射率调控过程中的电荷变化。
20.作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率器件中，所述对电极层选自ito玻璃、azo玻璃、ito柔性膜、azo柔性膜、碳纳米管膜、金属网格玻璃或金属网格膜中的一种。
21.本发明中的透明对电极层作为电致变红外发射率器件的对电极及基底支撑层，若选用透明材质，可同时保证可见光的透过性。
22.作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率器件中，电解质层不需要具体的限制，只要是电解质均可实现，具体使用过程中可以选择锂基电解质、钠基电解质。
23.在本发明中的电致变红外发射率器件中，当红外透明基底层、红外高反层和透明对电极层选用透明材质，以及使用掺杂氧化锌纳米晶作为变红外发射率功能层，制备得到的器件中各个膜层均为可见光透明材料，使得制备得到的电致变红外发射率器件具有一定的光学透明度。
24.作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率器件中，所述电致变红外发射率器件对3～5μm的红外波段的调控量为0.1～6。
25.作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率器件中，所述电致
变红外发射率器件对8～14μm的红外发射率调控量为0.1～6。
26.作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率器件中，所述电致变红外发射率器件对5～8μm的红外波段的调控量为0.46。
27.作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率器件中，所述电致变红外发射率器件对可见光的透射率小于85％。
28.本发明第二方面提供一种上述的新型电致变红外发射率器件的制备方法，包括以下步骤：
29.s1、上层半器件的制备：
30.选择红外透明基底层材料，将三价金属离子掺杂量为0.1～10％的掺杂氧化锌纳米晶分散液旋涂至红外透明基底层材料上，旋涂至掺杂氧化锌纳米晶厚度为0.1～10μm，然后在掺杂氧化锌纳米晶的上表面蒸镀一层薄膜材料作为红外高反层，将电极引线从红外高反层薄膜中引出，制备得到上层半器件。
31.s2、下层半器件的制备：
32.选择对电极层材料，将用于离子储存的分散液旋涂至对电极层材料上，将电极引线从用于对电极层中引出，制备得到下层半器件。
33.s3、新型电致变红外发射率器件的制备：
34.将s1中制备的上层半器件与s2中制备的下半层器件通过透明硅橡胶粘结，将电解质溶液注入到中间，即得新型电致变红外发射率器件。
35.作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，步骤s1中掺杂氧化锌纳米晶分散液的制备过程为：将乙酸锌和金属有机配合物溶解在油酸中，在70～150℃下脱气20～60min，然后加入油胺，进一步脱气后得到金属前驱体，然后将过量油醇溶液搅拌加热至260～320℃，在氮气气氛下将金属前驱体加入到油醇溶液中，反应1～3h后得到纳米晶，利用甲苯/乙醇溶液清洗纳米晶后，将纳米晶分散在甲苯溶剂中，即得掺杂氧化锌纳米晶分散液。
36.作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，金属有机配合物选自乙酰丙酮铝、三乙基铝、醋酸铝、乙酰丙酮硼、三乙基硼、醋酸硼、乙酰丙酮镓、三乙基镓、醋酸镓、乙酰丙酮铟、三乙基铟、醋酸铟中的一种。
37.作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，步骤s1中将掺杂氧化锌纳米晶旋涂至红外透明基底层材料上以后，将红外透明基底/掺杂氧化锌纳米晶在250℃的氩气环境中加热30min。
38.作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，步骤s3中的电解质溶液为1m的双三氟甲磺酰亚胺锂的四乙二醇二甲醚溶液。
39.作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，步骤s1中旋涂过程为，200～1000rpm旋涂10s～60s，然后2000～4000rpm旋涂5s～20s，重复上述过程5～20次。
40.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
41.(1)本发明中的电致变红外发射率器件采用掺杂氧化锌纳米晶作为变红外发射率材料，同时通过控制三价金属离子的掺杂量为0.1～10％，使掺杂氧化锌纳米晶的局域表面等离子体共振(lspr)吸收峰位于3～14μm红外波段。利用电化学注入和脱出电子，使lspr吸
收峰增强和减弱的方式，实现了对3～14μm的红外波段的调控。
42.(2)在本发明中制备的电致变红外发射率器件中，通过使用掺杂氧化锌纳米晶作为变红外发射率功能层，当红外透明基底层、红外高反层和对电极层的材料具有一定的可见光透过率时，制备得到的器件中各个膜层均为可见光透明材料，可以制备得到透明的电致变红外发射率器件，本发明首次制备得到了一种透明电致变红外发射率器件。
43.(3)本发明中的电致变红外发射率薄膜3～5μm的红外波段的调控量为0.1～0.6，对8～14μm的红外发射率调控量为0.1～0.6，快速响应时间小于600ms，循环性大于10000次。
附图说明
44.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
45.图1为本发明中电致变红外发射率器件的结构示意图；
46.图2为实施例1中制备的铝掺氧化锌纳米晶的lspr吸收峰；
47.图3为实施例1中制备的铝掺氧化锌纳米晶的形貌以及直径分布结果；
48.图4为实施例1中制备的上层半器件的横截面形貌检测结果；
49.图5为实施例1中制备的电致变红外发射率器件的可见光和红外光谱检测结果；
50.图6为实施例2制备的电致变红外发射率器件的红外光谱检测结果；
51.图7为实施例1中制备的电致变红外发射率器件的响应时间检测结果；
52.图8为实施例1中制备的电致变红外发射率器件的循环性能检测结果。
53.附图标记：
54.1、红外透明基底层；2、变红外发射率功能层；3、红外高反层；4、电解质层；5、离子储存层；6、对电极层。
具体实施方式
55.为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
56.除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
57.除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
58.本发明提供一种新型电致变红外发射率器件，结构示意图如图1所示，所述电致变红外发射率器件为多层结构，由上至下依次包括红外透明基底层1、变红外发射率功能层2、红外高反层3、电解质层4、离子储存层5和对电极层6，其中红外高反层3和对电极层6分别与正、负电极相连；变红外发射率功能层2为掺杂氧化锌纳米晶，其中掺杂离子为三价金属离子，掺杂氧化锌纳米晶中三价金属离子的掺杂量为0.1～10％。
59.本发明中变红外发射率功能层的厚度为0.1～10μm。
60.具体地，铝掺氧化锌纳米晶的直径为2-30nm，优选为2-16nm，铝掺氧化锌纳米晶lspr吸收峰位于3-14μm。
61.如图1所示，该器件可以在电子注入掺杂氧化锌纳米晶的高发射率状态和电子从掺杂氧化锌纳米晶提取的低发射率状态之间切换。利用电化学注入和脱出电子，使lspr吸收峰增强和减弱的方式，实现掺杂氧化锌纳米晶薄膜的红外发射率的调控。当施加负电时，电子注入掺杂氧化锌纳米晶层，lspr吸收峰增强，器件表现出高红外发射率特性。当施加正电时，电子从掺杂氧化锌纳米晶层脱出，lspr吸收峰减弱，掺杂氧化锌纳米晶层表现出高透过率，器件表现出红外高反层的高反特性，即低发射率状态，以此实现对红外发射率的调控。
62.在本发明中，掺杂氧化锌纳米晶的制备过程如下：
63.首先制备金属前驱体，具体为将乙酸锌(15.9-14.4mmol)和金属有机配合物(0.1-1.6mmol)溶解在32ml油酸中，在110℃下脱气1小时，然后加入16ml油胺，在70-150℃温度下进一步脱气20-60min，得到金属前驱体；然后将160ml油醇加入三颈圆底烧瓶中，强烈的搅拌下进行加热到260-320℃，在氮气气氛下，使用注射泵加入45毫升(15mmol)的金属前驱体，注射速度为3毫升/分钟，反应1h后得到纳米晶，利用甲苯/乙醇溶液清洗纳米晶后，将纳米晶分散在甲苯溶剂中，即得铝掺氧化锌纳米晶分散液。
64.红外透明基底层1厚度为0.1～1mm，材料选自baf2、caf2、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、尼龙或硅片中的一种。红外透明基底层用于为掺杂氧化锌纳米晶变红外发射率层提供支撑，其红外透过率均大于80％，可保证红外光的穿透。
65.红外高反层3材料选自金属薄膜、ito薄膜、azo薄膜、fto薄膜、mxene薄膜中的一种。作为器件的工作电极，同时作为红外高反射率背底，其红外发射率均大于80％，可保证红外光的穿透。
66.电解质层4不需要具体的限制，只要是电解质均可实现，具体使用过程中可以选择锂基电解质、钠基电解质。
67.离子储存层5选自pt纳米晶层、azo薄膜、nio薄膜、v2o5薄膜中的一种，作用在于平衡红外发射率调控过程中的电荷变化。
68.对电极层6的材料选自ito玻璃、azo玻璃、ito柔性膜、azo柔性膜、碳纳米管膜、金属网格玻璃或金属基底中的一种。作为电致变红外发射率器件的对电极及基底支撑层。
69.本发明中的电致变红外发射率器件对3～5μm的红外波段的调控量为0.1～0.6，对8～14μm的红外发射率调控量为0.1～0.6，对5～8μm的红外波段的调控量为0.46，对可见光的透射率为小于85％。
70.当红外透明基底层1和红外高反层3的400-760nm的可见光透过率大于80％，2.5-14μm的红外透过率大于80％，对电极层6的400-760nm的可见光透过率大于80％，可以保证电致变红外发射率器件的可见光透过性。
71.实施例1
72.(1)铝掺氧化锌纳米晶分散液的制备：
73.将乙酸锌(15.84mmol)和乙酰丙酮铝(0.16mmol)溶解在32ml油酸中(铝的掺杂量为1％)。在110℃下脱气1小时，然后加入16毫升油胺，在此温度下进一步脱气15分钟，得到
金属前驱体。过量的油醇(160ml)在一个250ml的三颈圆底烧瓶中，强烈的搅拌下加热到280℃，使用注射泵缓慢加入45毫升(15mmol)的金属前驱体，注射速度为3毫升/分钟。同时充入氮气，氮气流速为20升/小时，以方便将形成的多余水蒸气去除，反应1h后得到纳米晶。利用甲苯/乙醇溶液清洗纳米晶后，将纳米晶分散在甲苯溶剂中，即得铝掺氧化锌纳米晶分散液。
74.(2)上层半器件的制备：
75.选择厚度为1mm的baf2透明基底层材料，在baf2基底上旋涂(1)中制备的铝掺氧化锌纳米晶分散液，旋涂速度为1000rpm，持续60s，随后为4000rpm，持续20s重复上述旋涂过程，至膜厚为1.1μm。baf2/azo纳米晶在250℃的氩气环境中加热30分钟。利用电子束蒸发镀膜机以1a/s的沉积速率将约330nm的ito膜蒸发到样品上作为红外高反层，即工作电极。衬底温度设置为300℃，氧气流速为20sccm。用透明双面胶将0.1mm银导线粘贴在半器件的一边，压实，使银导线与ito膜充分接触，保证良好的导电率。
76.(3)下层半器件的制备：
77.选择ito玻璃作为对电极材料，将700nm的azo纳米晶分散液，旋涂在对电极ito玻璃上，作为离子存储层。将离子储存层的一边擦拭掉，露出ito玻璃基底。用透明双面胶将0.1mm银导线与ito玻璃基底紧密粘贴在一起，使银导线与ito玻璃基底充分接触，保证良好的导电率。
78.(4)新型电致变红外发射率器件的制备：
79.将上层半器件与下半层器件通过透明硅橡胶粘结，使用注射器将0.3ml 1mol双三氟甲磺酰亚胺锂的四乙二醇二甲醚溶液注入到中间，即得新型电致变红外发射率器件。
80.本实施例中制备的新型电致变红外发射率器件中红外透明基底层为baf2，其400-760nm的可见光透过率为97％，2.5-14μm的红外透过率为96％。
81.变红外发射率功能层为azo纳米晶，通过感应耦合等离子体光发射光谱仪(icp-oes，agilent 720es)进行检测，azo纳米晶铝掺杂量为0.97％。
82.红外高反层为azo膜，其400-760nm的可见光透过率为95％，2.5-14μm的红外反射率为86％。
83.电解质层为1mol的双三氟甲磺酰亚胺锂的四乙二醇二甲醚溶液。
84.离子储存层为azo薄膜。
85.对电极层为ito玻璃，其400-760nm的可见光透过率为91.4％，电阻值为15ω/sq。
86.制备得到的新型电致变红外发射率器件为透明器件，其可见光透过率为84.7％。
87.实施例2
88.(1)铝掺氧化锌纳米晶分散液的制备：
89.将乙酸锌(14.4mmol)和乙酰丙酮铝(1.6mmol)溶解在32ml油酸中(铝的掺杂量为10％)。在110℃下脱气1小时，然后加入16毫升油胺，在此温度下进一步脱气15分钟，得到金属前驱体。过量的油醇(160ml)在一个250ml的三颈圆底烧瓶中，强烈的搅拌下加热到280℃，使用注射泵缓慢加入45毫升(15mmol)的金属前驱体，注射速度为3毫升/分钟。同时充入氮气，氮气流速为20升/小时，以方便形成的多余水蒸气的去除，反应1h后得到纳米晶。利用甲苯/乙醇溶液清洗纳米晶后，将纳米晶分散在甲苯溶剂中，即得铝掺氧化锌纳米晶分散液。
90.(2)上层半器件的制备：
91.选择厚度为1mm的caf2透明基底层材料，在caf2基底上旋涂(1)中制备的铝掺氧化锌纳米晶分散液，旋涂速度为800rpm，持续60s，随后为3000rpm，持续20s，重复上述旋涂过程，至膜厚为5μm。caf2/azo纳米晶在250℃的氩气环境中加热30分钟。利用电子束蒸发镀膜机以1a/s的沉积速率将约330nm的azo膜蒸发到样品上作为红外高反层，即工作电极。衬底温度设置为300℃，氧气流速为20sccm。用透明双面胶将0.1mm银导线粘贴在半器件的一边，压实，使银导线与azo膜充分接触，保证良好的导电率。
92.(3)下层半器件的制备：
93.选择azo玻璃作为对电极材料，将700nm的azo纳米晶分散液，旋涂在对电极azo玻璃上，作为离子存储层。将离子储存层的一边擦拭掉，露出azo玻璃基底。用透明双面胶将0.1mm银导线与azo玻璃基底紧密粘贴在一起，使银导线与azo玻璃基底充分接触，保证良好的导电率。
94.(4)新型电致变红外发射率器件的制备：
95.将上层半器件与下半层器件通过透明硅橡胶粘结，使用注射器将0.3ml 1mol双三氟甲磺酰亚胺锂的四乙二醇二甲醚溶液注入到中间，即得新型电致变红外发射率器件。
96.本实施例中制备的新型电致变红外发射率器件中红外透明基底层为caf2，其400-760nm的可见光透过率为97％，2.5-14μm的红外透过率为92％。
97.变红外发射率功能层为azo纳米晶，通过感应耦合等离子体光发射光谱仪(icp-oes，agilent 720es)进行检测，azo纳米晶铝掺杂量为5.79％。
98.红外高反层为azo膜，其400-760nm的可见光透过率为87％，2.5-14μm的红外反射率为86％。
99.电解质层为1mol的双三氟甲磺酰亚胺锂的四乙二醇二甲醚溶液。
100.离子储存层为azo薄膜。
101.对电极层为azo玻璃，其400-760nm的可见光透过率为87％，电阻值为15ω/sq。
102.制备得到的新型电致变红外发射率器件为透明器件，其可见光透过率为78％。
103.实施例3
104.(1)铝掺氧化锌纳米晶分散液的制备：
105.将乙酸锌(15.2mmol)和乙酰丙酮铝(0.8mmol)溶解在32ml油酸中(铝的掺杂量为5％)。在110℃下脱气1小时，然后加入16毫升油胺，在此温度下进一步脱气15分钟，得到金属前驱体。过量的油醇(160ml)在一个250ml的三颈圆底烧瓶中，强烈的搅拌下加热到280℃，使用注射泵缓慢加入45毫升(15mmol)的金属前驱体，注射速度为3毫升/分钟。同时充入氮气，氮气流速为20升/小时，以方便形成的多余水蒸气的去除，反应1h后得到纳米晶。利用甲苯/乙醇溶液清洗纳米晶后，将纳米晶分散在甲苯溶剂中，即得铝掺氧化锌纳米晶分散液。
106.(2)上层半器件的制备：
107.选择厚度为1mm的聚丙烯薄膜透明基底层材料，在聚丙烯薄膜基底上旋涂(1)中制备的铝掺氧化锌纳米晶分散液，旋涂速度为400rpm，持续60s，随后为2000rpm，持续20s，重复上述旋涂过程，至膜厚为5μm。聚丙烯/azo纳米晶在250℃的氩气环境中加热30分钟。利用电子束蒸发镀膜机以1a/s的沉积速率将约330nm的ito膜蒸发到样品上作为红外高反层，即
工作电极。衬底温度设置为300℃，氧气流速为20sccm。用透明双面胶将0.1mm银导线粘贴在半器件的一边，压实，使银导线与ito膜充分接触，保证良好的导电率。
108.(3)下层半器件的制备：
109.选择碳纳米管膜作为对电极材料，将700nm的铂纳米晶分散液，旋涂在对电极碳纳米管膜上，作为离子存储层。将离子储存层的一边擦拭掉，露出碳纳米管膜基底。用透明双面胶将0.1mm银导线与碳纳米管膜基底紧密粘贴在一起，使银导线与碳纳米管膜基底充分接触，保证良好的导电率。
110.(4)新型电致变红外发射率器件的制备：
111.将上层半器件与下半层器件通过透明硅橡胶粘结，使用注射器将0.3ml 1mol的双三氟甲磺酰亚胺锂的四乙二醇二甲醚溶液注入到中间，即得新型电致变红外发射率器件。
112.本实施例中制备的新型电致变红外发射率器件中红外透明基底层为聚丙烯，其400-760nm的可见光透过率为93％，2.5-14μm的红外透过率为84％。
113.变红外发射率功能层为azo纳米晶，通过感应耦合等离子体光发射光谱仪(icp-oes，agilent 720es)进行检测，azo纳米晶铝掺杂量为3.5％。
114.红外高反层为ito膜，其400-760nm的可见光透过率为87％，2.5-14μm的红外反射率为86％。
115.电解质层为1mol的双三氟甲磺酰亚胺锂的四乙二醇二甲醚溶液。
116.离子储存层为铂纳米晶层。
117.对电极层为碳纳米管膜，不透明，电阻值为10ω/sq。
118.制备得到的新型电致变红外发射率器件为不透明器件。
119.性能检测
120.(1)铝掺氧化锌纳米晶分散液的lspr吸收峰检测
121.对实施例1制备的铝掺氧化锌纳米晶分散液的lspr吸收峰进行检测，检测方法如下：
122.将微量的铝掺氧化锌纳米晶分散液，滴在两片baf2基底的狭缝中，在红外光谱仪中测试铝掺氧化锌纳米晶的吸收峰，此即铝掺氧化锌纳米晶的lspr吸收峰。
123.实施例1-2中制备的铝掺氧化锌纳米晶分散液的lspr吸收峰检测结果如图2所示，其中图2a的lspr吸收峰位于3.15nm，图2b的lspr吸收峰位于7.78μm。
124.(2)铝掺氧化锌纳米晶表面形貌检测
125.使用扫描电子显微镜(fe-sem；tescan mira)检测azo纳米晶膜的表面形貌，检测结果如图3所示，其中图3a和3b为azo纳米晶的透射电镜形貌及放大图，图3c为azo纳米晶的直径分布图，由图可知，azo纳米晶的直径在2-16nm的范围内。
126.(3)baf2/azo纳米晶膜/ito膜半器件的横截面形貌检测
127.使用tem(fei talos f200s)和能量色散光谱(eds；super-x)检测横截面形貌，结果如图4所述。
128.(4)电致变红外发射率器件的可见光的光谱检测和红外发射率调控检测
129.对实施例1中制备的电致变红外发射率器件的可见光的光谱检测和红外发射率调控检测，检测方法如下：采用紫外可见近红外(uv-vis-nir)分光光度计测试电致变红外发射率器件的可见光的光谱变化，采用傅立叶变换红外光谱仪(ftir)测试电致变红外发射率
器件的红外光谱。
130.检测结果如图5所示，由图5可知，3～5μm的红外波段的调控量为0.51，8～14μm的红外发射率调控量为0.42，可见光的透过率为84.7％。
131.实施例2制备的电致变红外发射率器件的红外光谱进行检测结果如图6所示，由图6可知，3～5μm的红外波段的调控量为0.1，8～14μm的红外发射率调控量为0.1。
132.(5)电致变红外发射率器件的快速响应时间检测
133.检测方法为采用红外热像仪记录电致变红外发射率器件在正负电压施加后，表观温度的变化。定义施加电压后达到最大表观温度的90％所用时间为电致变红外发射率器件的响应时间。
134.检测结果如图7所示，从图7可知，电致变红外发射率器件的快速响应时间小于600ms，表观温度变化量＞6℃。
135.(6)电致变红外发射率器件的循环性能检测
136.检测方法为利用电化学工作站，通过多次正负电压循环，测试电致变红外发射率器件的循环性能。利用红外热像仪记录施加正负电压的最大表观温度差值，判断器件是否失效，以器件的最大表观温度差值出现明显下降为判断依据。
137.检测结果如图8所示，从图8可知，电致变红外发射率器件的循环性大于10000次。
138.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。对于本发明所属领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种新型电致变红外发射率器件，其特征在于，所述电致变红外发射率器件由上至下依次包括红外透明基底层、变红外发射率功能层、红外高反层、电解质层、离子储存层和对电极层；所述红外高反层和对电极层分别与正、负电极相连；所述变红外发射率功能层为掺杂氧化锌纳米晶，所述掺杂氧化锌纳米晶中的掺杂离子为三价金属离子，所述三价金属离子的掺杂量为0.1～10％。2.根据权利要求1所述的新型电致变红外发射率器件，其特征在于，所述掺杂氧化锌纳米晶的直径为2～30nm，所述掺杂氧化锌纳米晶的lspr吸收峰位于3～14μm。3.根据权利要求1所述的新型电致变红外发射率器件，其特征在于，所述电致变红外发射率器件对3～5μm的红外波段的调控量为0.1～0.6，对8～14μm的红外发射率调控量为0.1～0.6。4.根据权利要求1所述的新型电致变红外发射率器件，其特征在于，所述三价金属离子为铝离子、硼离子、镓离子或铟离子中的一种。5.根据权利要求1所述的新型电致变红外发射率器件，其特征在于，所述红外透明基底层的材料选自baf2、caf2、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、尼龙或硅片中的一种，所述变红外发射率功能层的厚度为0.1～10μm。6.根据权利要求1所述的新型电致变红外发射率器件，其特征在于，所述红外高反层选自金属薄膜、ito薄膜、azo薄膜、fto薄膜、mxene薄膜中的一种。7.根据权利要求1所述的新型电致变红外发射率器件，其特征在于，所述离子储存层为pt纳米晶层、azo薄膜、nio薄膜、v2o5薄膜中的一种。8.根据权利要求1所述的新型电致变红外发射率器件，其特征在于，所述对电极层选自ito玻璃、azo玻璃、ito柔性膜、azo柔性膜、碳纳米管膜、金属网格玻璃或金属基底中的一种。9.根据权利要求1-8任一所述的新型电致变红外发射率器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、上层半器件的制备：选择红外透明基底层材料，将三价金属离子掺杂量为0.1～10％的掺杂氧化锌纳米晶分散液旋涂至红外透明基底层材料上，旋涂至掺杂氧化锌纳米晶厚度为0.1～10μm，然后在掺杂氧化锌纳米晶的上表面蒸镀一层薄膜材料作为红外高反层，将电极引线从红外高反层薄膜中引出，制备得到上层半器件；s2、下层半器件的制备：选择对电极层材料，将用于离子储存的分散液旋涂至对电极层材料上，将电极引线从用于对电极层中引出，制备得到下层半器件；s3、新型电致变红外发射率器件的制备：将s1中制备的上层半器件与s2中制备的下半层器件通过透明硅橡胶粘结，将电解质溶液注入到中间，即得新型电致变红外发射率器件。10.根据权利要求9所述的新型电致变红外发射率器件的制备方法，其特征在于，步骤s1中将掺杂氧化锌纳米晶分散液旋涂至红外透明基底层材料上后，将红外透明基底/掺杂氧化锌纳米晶在250℃的氩气环境中加热30min。

技术总结
本发明公开一种新型电致变红外发射率器件及其制备方法，所述电致变红外发射率器件由上至下依次包括红外透明基底层、变红外发射率功能层、红外高反层、电解质层、离子储存层和对电极层；所述红外高反层和对电极层分别与正、负电极相连；所述变红外发射率功能层为掺杂氧化锌纳米晶，所述掺杂氧化锌纳米晶中的掺杂离子为三价金属离子，所述三价金属离子的掺杂量为0.1～10％。本发明制备的新型电致变红外发射率器件利用局域表面等离子共振实现了通过电化学方法调控2.5～14μm的红外波段，具有调节范围大、快速响应以及长循环寿命的特点。快速响应以及长循环寿命的特点。快速响应以及长循环寿命的特点。


技术研发人员：刘东青 贾岩 程海峰
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：2023.02.17
技术公布日：2023/7/19