纳米氧化钨制备及其电致变色性能研究

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1、纳米氧化鹄制备及其电致变色性能测试引言信息传递在快速发展的现代社会屮具有举足轻重的地位，除了电子通讯Z外,显示功能也是信息传递的重要组成部分，电致变色材料正是一种广泛应用于信息、电子、能源、建筑和国防等方面，有着广阔应用前景的显示功能材料。电致变色材料还可以利用其透过率可控、记忆效应、反应速度快的性能制成智能窗户、防眩晕后视镜及能源节约器件，应用前景十分广泛。电致变色（eletrochromism）是指材料在交替的高低或正负外电场的作用下，通过注入或抽取电荷（离子或电子），从而在低透射率旳着色状态或高透射率的消色状态Z间产生可逆变化的一种特殊现象，在外观性能上则表现为颜色及透明度的可逆变

2、化。主流的电致变色材料分为三大类，包括无机类材料、有机小分子材料以及共辘聚合物。无机材料主要是金属氧化物，包括阴极着色材料（如V、Mo、W、Nb、Ti的氧化物）和阳极着色材料（如普鲁士蓝、Ni、Co、Ii•的氧化物）；有机小分子材料主要为紫罗碱；共辘聚合物电致变色材料包括聚嗟吩、聚毗咯、聚苯胺等。WCh是无机类电致变色材料屮科学家研究最早最深入、成果最丰富的材料。由于电致变色材料的透过率可在较大波长范圉内连续变化、调节，工作电压低，功耗较低，节能环保，具有记忆存储功能，并且在使用中受环境因素的影响较小，这些优势使得电致变色材料逐渐成为建筑、汽车行业中越发灿烂的一颗闪亮明珠。但有关WO3薄

3、膜着色与消色的机理现在仍然不明确。冃前，认知程度最高，接受最多的为双注入/双抽出模型。AwOoO•图1三氧化钩品体结构示意图三氧化钩晶体结构模型图如图1所示，钩原子位于着晶格顶点处，氧原子位于晶格棱屮间位置。通常情况下，立方体屮心原子A的位置没有原子占据，此时钩呈现+6价，三氧化钩薄膜呈现无色。当立方体中心A位置被阳离子填充的时候，钩原子的价态降低，变为六价与五价的混合体系，此时WO3薄层转变为蓝紫色。其屮填充A位置的阳离子一般为HSLiNa*等。三氧化钩薄膜的着色过程为阳离子注入过程，消色过程为阳离子抽岀过程。因此薄膜的着色消色速率与阳离子的注入抽出速率有关，而阳离子的注入抽岀速率与

4、外加电压、电致变色溶液、薄膜自身微结构和形貌等性质有关。实验目的(1)了解电致变色应用领域与发展前景。(2)了解电致变色原理与相关参数的意义与测试方法(3)了解电化学工作站的使用方法，学习三电极测试原件组装(4)学习电致变色测试屮阶跃电压、循环伏安模式测量与数据处理。电致变色材料的发展理想的电致变色材料一般应具有响应时间短、着色效率高、对比度大、色彩丰富、稳定性好、离子导电性和电子导电性高等特点。遗憾的是目前为止没有文献报道哪一种有机或是无机电致变色材料具有这样的完美性质。因此，近些年来电致变色材料研究主要集中在以下儿个方面：(1)有机新材料的合成：有机电致变色材料的最大特点之一就是具有

5、分子可修饰性，通过分子取代或者掺杂等方式获得具有高着色效率、快速响应时间和丰富色彩等优秀性能的新型有机电致变色材料。有机电致变色材料合成的技术手段通常为化学方法和电化学沉积方法。化学方法合成有机电致变色材料比较困难,因为合成条件要求高、周期长、合成路线复杂、污染大等。电沉积的方式虽然容易实现、工艺灵活、制备时间短，但是该技术存在电压和电流稳定性差，制备的材料均匀性低，需要导电材料做基底等问题。(1)新型无机电致变色材料：无机电致变色材料以过渡金属氧化物为主，合成新型分子结构、具有氧化还原性的金属氧化物困难较大，所以获得新型无机电致变色材料的方法主要是掺杂。一种研究是通过对纯净的金属氧化物

6、进行单质掺杂去提升薄膜的稳定性、着色效率等电致变色性能。己经有文献报道的掺杂的单质例如：Al、Au、Ni、Mg、N等。另一种常见方式是对无机氧化物进行化合物或者有机物的掺杂，近几年有很多文献中以化学、磁控溅射、电子束、电化学沉积、热蒸发、喷雾热解等方式获得金属氧化物掺杂的电致变色薄膜。比如WO3-Ti02之间掺杂后，相比于单纯的三氧化钩材料，W03-Ti0?稳定性和对比度等电致变色特性均有提升。（3）纳米结构的电致变色材料：提升薄膜或者器件的电致变色性能除了合成新型高效的电致变色材料外，另一种研究主要集中在纳米结构材料的研究上。因为相比于传统材料，纳米材料一方面具有较高的比表面积，有利于

7、提升材料电致变色的对比度和着色效率；另一方面纳米材料具有优异的孔隙结构，利于电解质中的离子进岀，从而降低器件的响应时间。获得纳米结构的常见方法有：利用多孔阳极氧化铝为模板，获得纳米柱状电致变色薄膜;利用化学方法获得纳米线、纳米孔、纳米纤维等形貌的薄膜；利用蒸镀方式获得纳米结构的薄膜等等。实验原理电致变色器件的标准结构是一种三明治结构，如图2所示：基底■电极/电致变色层/电解质层/离子存储层/电极-基底。（1）电致变色层是ECD的核心