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《武汉理工大学》 2013年
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五氧化二钒/石墨烯纳米复合薄膜制备与性能研究

张晓艳  
【摘要】:电致变色材料在多个领域具有极其广阔的应用前景,例如可调节和控制能量吸收与散失的智能窗、可调节光线反射率的汽车后视镜及非辐射显示器,其研究及应用对于缓解日益严峻的能源问题,及改善人们的生活水平具有重要意义。五氧化二钒薄膜具有较大的锂离子存储密度及明显电致变色效应,是一种备受关注的电致变色材料,然而其响应速度有限,限制了它的应用。本文将具有高导电率的石墨烯与五氧化二钒复合,采用溶胶-凝胶法制备出五氧化二钒/石墨烯纳米复合薄膜,通过多种表征方法对石墨烯/五氧化二钒纳米复合薄膜的结构、电化学性能和电致变色性能进行了深入研究,并获得了石墨烯添加量对复合薄膜性能的影响规律。得到了以下研究结论: 所制备的五氧化二钒/石墨烯纳米复合薄膜呈层状结构,石墨烯的插层使五氧化二钒的层间距变大,有利于锂离子容量的增加。薄膜表面致密,厚度约为300nm。作为电致变色材料,五氧化二钒/石墨烯纳米复合薄膜在电压变化过程中具有明显的颜色变化,发生黄色-绿色-墨蓝色的可逆转换。通过对不同石墨烯添加量的复合薄膜进行循环伏安性能、电荷容量及响应速率的分析发现,石墨烯添加量是影响薄膜性能的主要因素,其中以4.0wt%为添加量的复合薄膜性能最佳。五氧化二钒/石墨烯纳米复合薄膜的循环稳定性及重复性较五氧化二钒干凝胶薄膜有所提高。复合薄膜五十次循环后的锂离子嵌入脱出可逆性高达95.8%;其电荷量保持率具有较高水平,为86.3%;此复合薄膜具有较快的电致变色响应速率,其着色时间为3.6s,消色时间为1.8s。电学性能测试结果表明:在相同条件下,复合薄膜的电阻值仅为五氧化二钒干凝胶薄膜的十分之七,石墨烯有效发挥了高导电率的特性,这是复合薄膜响应速率提高的直接原因。紫外可见透射光谱分析结果表明,复合薄膜具有更宽的调制范围,其变色范围为五氧化二钒干凝胶薄膜的1.5倍。五氧化二钒/石墨烯纳米复合薄膜将更适合于快速转换器件的应用。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TB383.2

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【参考文献】
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