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电泳沉积Mo掺杂V_2O_5薄膜结构与性能研究

简泽浪  
【摘要】: 自从1969年Deb发现WO3薄膜的电致变色效应之后,电致变色材料得到了广泛应用。钒氧化物在不同价态表现出不同颜色,并且V2O5具有层状结构,有利于电子和离子的传输。V2O5是一种很好的电致变色主体材料,Mo掺杂可以大大提高其性能,因而Mo掺杂V2O5电致变色材料被广泛研究。 为了找到一种更有效的制备Mo掺杂V2O5薄膜工艺,本文尝试了溶胶凝胶结合电泳沉积的工艺。研究了沉积工艺最主要的影响因素电压对成膜质量的影响,寻找最佳的沉积Mo掺杂V2O5薄膜的电压。同时研究了Mo掺杂V2O5薄膜的动力学性能。得出以下结论: 1.Mo掺杂V2O5薄膜的最佳沉积电压为1.0 V,最佳沉积时间为2 min。其厚度为340 nm,电荷密度为35.8 mC/cm2,50次循环后容量保持率仍然高达90%左右,消色和着色响应时间分别为4 s和5 s,透过变化率达到最大值,为62.5%,相比与纯的V2O5薄膜和浸渍提拉工艺制备的Mo掺杂V2O5薄膜都大大提高。采用合理的沉积电压可以制备出高性能的电致变色薄膜,大大提高其容量和透过变化率,电泳沉积工艺是一种非常有效的制备工艺。 2.以最佳沉积电压1.0 V,以不同沉积时间制备了一系列薄膜,研究了沉积时间对薄膜厚度以及电化学性质的影响。结果表明,随着沉积时间增加,薄膜厚度增加,其单位面积沉积的Mo掺杂V2O5溶胶的量随之增加,所以容量随着沉积时间增加,薄膜的着色/消色时间也相应的增加。这可能是由于Li+在Mo掺杂V2O5薄膜中传输,薄膜越厚,其传输距离越大,使得响应时间增加。沉积时间为30 s时,由于沉积时间过短,薄膜表面吸附没有达到平衡,薄膜表面形成不均一的薄膜,影响其循环稳定性,使其容量衰减较沉积电压为2 min和5 min制备的薄膜严重。 3.薄膜厚度与透过率成反比关系,但是薄膜在消色态和着色态的透过率变化快慢却不相同,导致其透过变化率在某一厚度下达到最大值。本实验中,沉积电压为2 min制备的薄膜透过率最大。致密的薄膜循环性能好,但是其消色和着色响应时间变慢。通过对极化前后的AFM形貌观察,致密薄膜极化前后形貌没有太大的变化,只是在局部地方形成鼓包,薄膜在循环过程中结构保持较好,这可能是导致致密薄膜表现出较好的循环性能的原因。但是薄膜致密会使Li+传输变缓,导致其扩散困难,响应时间增加。


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