基于NiO和WO3的電致變色薄膜和器件的制備及探索.pdf

1、電致變色材料是一種在外界電刺激下可以發(fā)生穩(wěn)定可逆的顏色變化，同時(shí)具有光學(xué)調(diào)制能力的一種智能材料。以電致變色材料為核心層，匹配相應(yīng)的電解質(zhì)層和對(duì)電極層組裝可以得到三明治結(jié)構(gòu)的電致變色器件，它可以應(yīng)用于建筑等的裝配窗（也稱智能窗）、顯示器以及變色眼鏡等領(lǐng)域。目前，受限于變色材料的高的制備成本、不足的光學(xué)調(diào)制率、慢的變色速度和差的循環(huán)壽命等短板，電致變色器件還未達(dá)到真正的大范圍的商業(yè)化應(yīng)用。
　　在紅外區(qū)具有優(yōu)異光學(xué)調(diào)制作用的三氧化鎢(

2、WO3)電致變色材料在綠色智能節(jié)能窗領(lǐng)域非常有應(yīng)用前景，而氧化鎳NiO也是一種研究歷史悠久的與WO3互補(bǔ)的對(duì)電極材料。本論文將以NiO和WO3電致變色材料為主要研究對(duì)象，圍繞提高其電致變色性能和循環(huán)穩(wěn)定性的目標(biāo)，利用低成本、易操作的濕化學(xué)法進(jìn)行材料制備，采用離子摻雜、表面修飾和納米化等方法對(duì)材料進(jìn)行改性，并探索了材料種類、狀態(tài)等組裝參數(shù)對(duì)電致變色器件性能的影響，優(yōu)化器件性能。具體研究?jī)?nèi)容包括:
　　NiO對(duì)電極的性能改善:利用溶膠

3、法制備NiO薄膜，通過(guò)Li和Ti離子單元和二元摻雜對(duì)其進(jìn)行改性，大幅提高了NiO薄膜的光學(xué)調(diào)制率和循環(huán)穩(wěn)定性，尤其是Li-Ti共摻雜的NiO薄膜在鋰鹽有機(jī)電解液循環(huán)中表現(xiàn)出超過(guò)13000次的優(yōu)異的循環(huán)壽命，是純NiO循環(huán)壽命的十余倍。隨后，我們利用表面活性劑修飾的方法，來(lái)提高Li-Ti-NiO薄膜的變色速度，分別采用陰離子的十二烷基三甲基磺酸鈉(SDS)、陽(yáng)離子十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)以及中性表面活性劑聚乙二醇(PEG-1000

4、)對(duì)Li-Ti-NiO薄膜進(jìn)行修飾，均表現(xiàn)出加快的響應(yīng)速度。
　　WO3電致變色性能的提高:利用水熱法制備WO3薄膜，結(jié)合納米化和離子摻雜的方法對(duì)WO3薄膜進(jìn)行改性，分別摻雜不同濃度的Ni離子，得到WO3納米線、納米棒/分枝和納米花薄膜，一維(1D)垂直排列的納米棒結(jié)構(gòu)為WO3薄膜變色過(guò)程中離子的插入/抽出提供了更便利的空間和更大的活性面積，有利于降低材料的內(nèi)阻，提高材料的光學(xué)調(diào)制率和循環(huán)穩(wěn)定性，并獲得了在近紅外區(qū)光學(xué)調(diào)制率超過(guò)8

5、5％，循環(huán)壽命約5500次的Ni-WO3薄膜。
　　電致變色器件的性能優(yōu)化:以基于NiO的薄膜為對(duì)電極，分別與高分子聚噻吩衍生物、非晶的WO3和晶態(tài)的Ni-WO3薄膜組裝器件，通過(guò)改變電致變色層、對(duì)電極層、電解質(zhì)的種類以及對(duì)電極組裝狀態(tài)，研究電致變色器件與材料之間的相互關(guān)系，分析器件性能和穩(wěn)定性的影響因素，優(yōu)化器件組裝參數(shù)，改善器件的性能。
　　本文通過(guò)對(duì)電致變色材料NiO和WO3的性能改善，及器件組裝參數(shù)的優(yōu)化，分別獲得了