收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

三氧化钨基无机电致变色薄膜材料设计、制备与性能研究

李海增  
【摘要】:电致变色材料在过去数十年间引起了研究者广泛的兴趣,它们可以在外界电压作用下发生可逆的颜色变化。由于三氧化钨具有优异的电致变色性能以及电化学稳定性,成为研究最多的电致变色材料之一。本论文以WO3为主要研究对象,通过纳米化、掺杂化等技术手段,利用多种液相法制备具有微纳结构的电致变色材料,依次对水热法、电沉积法以及喷涂法等不同成膜工艺进行改进并最终确认了最具产业化应用前景的溶液成膜工艺,在实验室条件下制备出大尺寸电致变色器件,并对其电致变色性能及应用前景进行了探索。主要研究内容如下:1、晶种辅助水热法:以晶种辅助水热法在FTO(SnO2:F)导电玻璃上制备了水合WO3纳米盘电致变色薄膜,解决了传统晶种辅助水热法反应时间长,反应温度高等问题。研究发现晶种层以及尿素在水热生长中起到关键作用。当无晶种层时,所制备薄膜为由纳米棒组成的花状结构;而当在FTO表面采用溶胶-凝胶法预先制备一层晶种层后进行水热反应,可以得到纳米盘相互交错排列形成的多孔结构薄膜。而尿素的存在能够使晶种辅助水热法制备的水合WO3薄膜具有更强的离子储存能力,因此展现出更大的光调制范围、更快的响应速度和更高的着色效率。2、自晶种水热法:通过自晶种水热法在FTO导电基底上制备了鸟巢状水合WO3电致变色薄膜,这种方法摆脱了水热生长WO3薄膜对晶种层的依赖,消除了晶种辅助水热法制备的薄膜致密晶种层对电子的阻挡,提高了电子传输速度以及电子传输效率。因此,相比于晶种辅助法制备的薄膜,在循环稳定性未受影响的情况下,显示出更快的响应速度、更大的光调制范围以及较高的着色效率。其光调制范围在±0.5 V下提高了27%,着色时间缩短了28%,着色效率达到126.3cm2/C。3、电沉积法:利用电沉积方法制备WO3薄膜,解决了水热法对薄膜基底的限制。将通过简单绿色的溶液法制备出的水合WO3纳米片沉积在导电基底上,形成三维类垂直结构水合WO3纳米片薄膜,这种薄膜的光调制范围达到65.9%,着色时间和响应时间分别为17和3.8秒,着色效率达到52.6 cm2/C。通过这项工作不仅得到一种高性能、低成本的电致变色器件,同时也为构筑多孔结构薄膜提供了新方法,且这种类垂直结构的制备方法在未来可以应用于可拉伸器件中,以防止薄膜在拉伸过程中开裂。4、纳米颗粒喷涂法:喷涂法解决了水热法制备大面积薄膜的限制以及电沉积制备薄膜循环稳定性的问题。通过简单、绿色的溶液掺杂技术制备出高质量的Mo掺杂WO3纳米颗粒,这种纳米颗粒可以均匀分散于水中,形成稳定的纳米墨水。结合原位热氧化喷涂技术,在保持薄膜纳米颗粒结构的前提下消除了颗粒中大量存在的氧空位缺陷,以此提高了电致变色薄膜的光调制范围。这种Mo掺杂WO3纳米颗粒薄膜的光调制范围达到42.9%,着色时间和响应时间分别为10和7.5秒。5、纳米线喷涂法:通过低温常压方法制备出纳米晶定向附着的高质量的Mo掺杂WO3超细纳米线,直径在3 nm左右,且可均匀分散于水中,形成稳定的纳米墨水。将纳米线喷涂于加热的FTO导电玻璃上,定向附着的纳米晶便会二次生长成为纳米颗粒,导致纳米线断裂,而由于纳米线的交叉网络结构,最终在无任何软硬模板的条件制得多孔电致变色薄膜。可将这种多孔电致变色薄膜的制备技术在实验室条件下放大,制备出10×10 cm2尺寸的电致变色器件,这种喷涂技术有望在未来取代真空镀膜工艺,降低大面积电致变色器件的生产成本。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 梁庆;徐刚;徐雪青;;电致变色玻璃窗节能特性分析[J];材料研究与应用;2008年04期
2 牛微;毕孝国;孙旭东;;电致变色机理的研究现状与发展[J];材料导报;2011年03期
3 王洁冰;谢二庆;许旻;左华平;王虎;李林;吴春华;赵印中;;电致变色薄膜器件在空间中的应用前景[J];真空科学与技术学报;2013年08期
4 金红芳;陆水玉;;具有电致变色作用的聚合物材料[J];化学通报;1989年08期
5 万国祥,许武,徐庆中;梳形联吡啶共聚醚的离子电导和电致变色特性[J];应用化学;1993年02期
6 于德梅,曹晓龙;电致变色聚合物及应用[J];化工新型材料;1995年05期
7 王忠春,胡行方;氧化钛薄膜电致变色性质研究[J];功能材料;1999年05期
8 马利;刘昊;王成章;;聚苯胺的电致变色理论及应用[J];装备环境工程;2006年06期
9 陈蔚;傅相锴;马丽华;;聚苯胺/聚苯乙烯磺酸-聚乙烯醇电致变色膜的制备和表征[J];功能材料;2008年01期
10 张金伟;刁训刚;马荣;张鲁玉;王怀义;武哲;舒远杰;;ZAO/WO_3/PAMPS/ZAO全固态电致变色薄膜器件的制备和性能研究[J];稀有金属材料与工程;2008年05期
11 楼贤春;周学东;曾涛;;Al_2O_3/B-Al-NiO薄膜电致变色性能的研究[J];陶瓷学报;2009年03期
12 刘平;王娟;关丽;腊明;蒋传煜;童真;邓文基;;电致变色聚噻吩及其固态电致变色器件的制备[J];华南理工大学学报(自然科学版);2010年07期
13 涂亮亮;贾春阳;翁小龙;邓龙江;;聚苯胺衍生物电致变色薄膜的制备与物性研究[J];化学学报;2010年24期
14 张旭苹,陈国平;电致变色智能玻璃研究的现状[J];新型建筑材料;1995年09期
15 王晓光,江月山,杨乃恒,袁磊,王毓民;氧化镍及氧化钨薄膜电致变色机制的研究[J];真空科学与技术;1997年04期
16 孙宁,赵灵芝,张玉杰;电致变色薄膜研究进展[J];中国陶瓷;1998年05期
17 张静蓉,陈铮,杨长生,戴基智;溶胶-凝胶法制备钨电致变色膜[J];功能材料;2000年04期
18 辛玛丽;黄梅;;电化学法制备可溶性聚3-甲氧基噻吩电致变色膜的研究[J];四川化工;2013年05期
19 B.Munro.S.Krǎmer ,乔俊娟;平板玻璃的全溶胶—凝胶电致变色系统[J];国外建材科技;2000年02期
20 李昕;李小宁;付中玉;杨中开;赵莉;;导电聚合物基智能电致变色织物的研究及应用进展[J];北京服装学院学报(自然科学版);2008年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨树威;李梅;郑建明;徐春叶;;自供能智能变色窗的开发[A];中国化学会第27届学术年会第12分会场摘要集[C];2010年
2 胡行方;;电致变色薄膜及器件的发展和应用前景[A];中国空间科学学会空间材料专业委员会2011学术交流会论文集[C];2011年
3 温海林;马晓川;牛海军;;含三苯胺基噻吩芳香酰胺的制备及电致变色变色研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第16分会:π-共轭材料[C];2014年
4 陈明洁;沈辉;;光电致变色薄膜及其器件的研究[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2003年
5 何延春;;电致变色薄膜在航天器热控方面的应用[A];第六届全国表面工程学术会议暨首届青年表面工程学术论坛论文集[C];2006年
6 何延春;;电致变色薄膜在航天器热控方面的应用[A];第六届全国表面工程学术会议论文集[C];2006年
7 刘化然;阎刚印;刘芳;盛英卓;冯博学;;射频溅射制备氧化镍电致变色薄膜的研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(1)[C];2007年
8 马晓川;温海林;牛海军;;含咔唑和三芳胺的聚甲亚胺的制备及电致变色、酸致变色和光电性能研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第16分会:π-共轭材料[C];2014年
9 马利;胡睿;;乳液聚合法制备聚苯胺/聚乙烯醇电致变色膜[A];第十五届玻璃钢/复合材料学术年会论文集[C];2003年
10 马利;胡睿;;乳液聚合法制备聚苯胺/聚乙烯醇电致变色膜[A];第十五届玻璃钢/复合材料学术年会论文集[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 钟一平;新型有机共轭化合物的合成及其做为电致变色材料和阻燃剂的应用研究[D];华南理工大学;2015年
2 周鋆玲;基于NiO和WO_3的电致变色薄膜和器件的制备及探索[D];中国科学技术大学;2016年
3 童仲秋;纳米结构V_2O_5薄膜的制备及其电致变色和电容性能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
4 李海增;三氧化钨基无机电致变色薄膜材料设计、制备与性能研究[D];东华大学;2016年
5 马董云;智能窗用有机/无机电致变色薄膜的结构与性能调控及器件设计[D];东华大学;2013年
6 金会义;新型光致变色电致变色化合物的合成及性能研究[D];天津大学;2014年
7 尚福亮;电致变色氧化钨薄膜的制备、结构与性能研究[D];武汉理工大学;2007年
8 张俊;三氧化钨基电致变色薄膜与器件研究[D];浙江大学;2012年
9 蔡国发;金属氧化物基电致变色薄膜的制备及性能改善[D];浙江大学;2014年
10 薛博;钨青铜纳米材料薄膜的制备和电致变色功能研究[D];东北师范大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘京亮;电致变色薄膜机理的研究及实验制备[D];天津理工大学;2015年
2 张家恒;NiO基纳米多孔薄膜的可控制备及其电致变色性能的研究[D];浙江大学;2015年
3 冯志鹏;磁控溅射WO_3薄膜电致变色性能研究[D];北京有色金属研究总院;2015年
4 丁之璆;新型EDOT类聚合物和新型吲哚类小分子及其光电性能的研究[D];华南理工大学;2015年
5 贺丽华;基于偶氮苯的酯类化合物的合成及其光电性能研究[D];西南大学;2015年
6 刘艳霞;含喹喔啉及三苯胺单元的可溶性导电聚合物的合成及其电致变色性质研究[D];聊城大学;2015年
7 刘彦宁;基于V_2O_5的电致变色薄膜及柔性大面积电致变色器件研究[D];电子科技大学;2015年
8 王艳秋;含吡啶季铵盐聚三芳胺的合成与电致变色性能研究[D];黑龙江大学;2015年
9 王咏梅;二氧化钛纳米管的制备、功能化及其在电致变色和蛋白质萃取中的应用研究[D];东北大学;2013年
10 徐小倩;双噻吩并吡咯聚合物的制备及其电致变色性能研究[D];国防科学技术大学;2013年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 ;NIMS开发出多色电致变色电子纸显示元件[N];电子资讯时报;2008年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978