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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

刘彦宁  
【摘要】:电致变色是薄膜材料在电化学氧化/还原反应过程中其光谱透过率或者反射率发生可逆变化的现象。电致变色器件在很多领域都有广泛的应用,它具有便携、低能耗、可智能控制等优点,其应用可以节约大量宝贵的能源以及增加人们日常生活的舒适度、安全性。五氧化二钒(V2O5)作为常见的电致变色材料在过去几十年得到了广泛关注。然而V2O5作为电致变色薄膜具有性能不足,如电化学循环稳定性较差、薄膜电导率较低、锂离子扩散系数小等,这些缺陷使V2O5薄膜在电致变色领域的应用受到了极大的限制。基于此本文就如何改善V2O5薄膜电致变色性能进行了研究工作。同时本文也对电致变色器件进行了应用性探索,主要是基于聚苯胺(PANI)薄膜的柔性大面积电致变色器件的封装、光电性能测试。具体研究工作内容如下:1.本文通过结合化学浴沉积氧化镍(NiO)薄膜以及电化学循环伏安法沉积V2O5两种薄膜制备方法,成功获得了NiO/V2O5纳米多孔电致变色复合薄膜。研究结果表明,NiO/V2O5复合薄膜在1.5 V、0.6 V和-0.9 V三种电位下分别显示橙黄色、黄绿色和灰蓝色,其循环稳定性较V2O5有明显的提升,薄膜光谱透过率调制范围更大(35%,776 nm),V2O5与NiO复合提高了其电致变色着色效率(30.6 cm2/C,776 nm)。复合薄膜性能提升的主要原因是由于NiO纳米片多晶基底的引入增强了V2O5的薄膜结构稳定性,从而促进了锂离子在注入/抽出电致变色薄膜过程。2.通过水热法制备了二氧化钛(TiO2)纳米棒阵列薄膜,在此基础上用电化学沉积的方法成功制备了沉积有不同厚度V2O5的三种TiO2/V2O5纳米多孔电致变色复合薄膜。研究结果表明TiO2@4-V2O5复合薄膜在1.5 V、0.6 V和-0.8 V的电位下分别显示橙黄色、黄绿色和灰蓝色,与V2O5薄膜基本一致,但其具有更佳的循环稳定性,更宽的光谱透过率调至范围(50%,780 nm),以及更高的着色效率(28 cm2/C,780 nm)。究其主要原因是由于TiO2/基底薄膜的纳米阵列结构加强了V2O5薄膜的结构稳定性,促进了锂离子Li+在注入/抽出V2O5薄膜的过程。3.本文采用电子束蒸发的方法在有机滤膜表面沉积了一层金膜作为导电基底,并通过电化学恒定电位沉积在滤膜表面沉积了一层PANI作为电致变色薄膜,最后经过热压过塑将器件进行封装。本文通过优化器件结构,将多层电致变色器件集成到单层滤膜上,其光电性能有了很大的提高。


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