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/PET（2×2 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 Pa，O2: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。L6（10 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 Ω；25 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/cm²，CE 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/(Li+W) 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⁻¹（W–O–W 桥氧对称伸缩）和 950 cm⁻¹（末端 W=O）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 min（10 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 s，Li 浓度 27.013%，Rct 63.77 Ω。

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原文参考：《Magnetron sputtering preparation of flexible WO3 films: The influence of Li+ doping amount on the electrochromic performance of the films》