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大面积WO_3电致变色薄膜的制备及其在智能窗上的应用

吴飞燕  
【摘要】:目前,在中国建筑能耗约占社会总能耗的三分之一,其主要通过玻璃门窗发生流失,因此玻璃门窗的节能技术是建筑节能中需要重点解决的问题。电致变色材料具有动态调节光学性能的特点,将电致变色材料运用在玻璃门窗上形成的电致变色智能窗能够高效地改变光学性能,从而达到建筑节能环保的目的。因此,对电致变色材料和器件的研究成为建筑节能减排的重中之重。在各种电致变色材料中,三氧化钨(WO_3)一直是人们研究得最多也是相对最为充分的一种电致变色材料。但是,大面积WO_3电致变色薄膜的制备及其实际应用还存在诸多问题。本论文以WO_3电致变色材料为研究对象,利用反应磁控溅射和射频磁控溅射两种方法制备了WO_3电致变色薄膜,而且使用大型设备制备了大面积的WO_3电致变色薄膜,并组装了不同面积的WO_3电致变色器件。首先采用反应磁控溅射制备了透明性和均匀性好、与基底接触良好的WO_3电致变色薄膜。通过改变氧氩比、溅射时间和热处理等工艺条件制备了电致变色性能优良的WO_3薄膜。结果表明氧氩比为60:20、溅射时间为30min,经热处理后,制备的WO_3薄膜的变色性能最好。原始态的WO_3薄膜的透过率约为84%,变色时光的调制幅度约为54%,着色响应时间tc约为20s,褪色响应时间tb约为10s。组装的电致变色器件的着色效率约为58.7 cm2/C,比之前报道的WO_3薄膜着色效率高,热处理后的WO_3薄膜循环稳定性好。此外,采用射频磁控溅射制备了透明性和均匀性良好、淡黄色、与基底接触好的WO_3电致变色薄膜。通过改变溅射时间和热处理提高了WO_3薄膜的电致变色性能。当溅射功率为100W、溅射时间为30min制备的WO_3薄膜透过率约为81%,其光调制幅度约为76%,着色响应时间tc约为20s,褪色响应时间tb约为10s。经450℃热处理2h的WO_3薄膜是由三斜晶系的纳米小颗粒堆积而成。在循环伏安曲线中,第100次的循环伏安曲线与第1次的循环伏安曲线基本重合,表现了良好的稳定性。组装的电致变色器件的着色效率约为64.1 cm2/C,器件变色循环500次后,仍然表现出良好的变色性能,其循环稳定性好。采用射频溅射制备的WO_3薄膜的综合电致变色性能优于反应溅射制备的WO_3薄膜的综合电致变色性能。而且,使用大型磁控溅射镀膜机制备出了面积为1m*1m的WO_3薄膜,并分别组装了面积为100mm*100mm、200mm*200mm和300mm*300mm的电致变色器件,面积小于200mm*200mm的器件具有良好的变色性能。


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