三氧化鎢基電致變色薄膜與器件研究.pdf

1、本論文以WO3為主要研究對(duì)象，采用多孔化、納米陣列化、有機(jī)復(fù)合化等手段對(duì)其進(jìn)行電致變色性能優(yōu)化研究，主要目的是提高其電致變色光譜調(diào)制幅度，變色響應(yīng)速度以及變色效率，并探索了WO3薄膜在紅外波段的電致變色性能，組裝了基于WO3和NiO互補(bǔ)變色機(jī)制的凝膠型全固態(tài)原型器件。
　　 利用陽(yáng)極氧化法在濺射金屬鎢層的ITO玻璃表面形成了WO3多孔薄膜，相比于致密態(tài)的WO3薄膜，陽(yáng)極氧化法獲得的WO3多孔薄膜具有更加優(yōu)越的電致變色性能，包括更

2、快的響應(yīng)速度和更大的可見(jiàn)光調(diào)制幅度。利用PS球模板法在ITO玻璃表面制備了大孔WO3陣列薄膜。其光譜調(diào)制幅度、變色速度等有了較大的提高，同時(shí)大孔陣列薄膜的循環(huán)性能沒(méi)有明顯下降。多孔性WO3薄膜為電化學(xué)反應(yīng)提供了更多的活性界面，可縮短離子擴(kuò)散路徑，增強(qiáng)電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。
　　 分別用水熱氧化法和水熱合成法制備了WO3納米樹(shù)等級(jí)結(jié)構(gòu)陣列薄膜和納米線(xiàn)陣列薄膜。用水熱氧化法直接在金屬鎢片上生長(zhǎng)WO3納米樹(shù)等級(jí)陣列薄膜，薄膜具有六方晶系，并

3、在500℃以下熱處理可保持晶體結(jié)構(gòu)不變。六方結(jié)構(gòu)WO3中存在的六角形和三角形離子通道，有利于離子的擴(kuò)散；納米樹(shù)等級(jí)結(jié)構(gòu)既有開(kāi)放性的多孔表面與電解液充分接觸，又與導(dǎo)電基底緊密連接，因此表現(xiàn)出了優(yōu)異的電致變色性能。400℃熱處理的薄膜的反射率調(diào)制范圍達(dá)30％(500 nm處)，變色效率為43.6 cm2 C-1。用水熱合成法在FTO玻璃表面沉積了WO3薄膜，通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)控制劑的濃度，可獲得不同形貌和結(jié)構(gòu)的WO3薄膜。在優(yōu)化的條件下，可以制備

4、具有納米線(xiàn)陣列形貌的WO3薄膜。相比于不加硫酸銨所制成的“微米磚”薄膜，納米線(xiàn)陣列薄膜具有更佳的電致變色性能。WO3納米線(xiàn)陣列薄膜在633 nm的透過(guò)率調(diào)制范圍為58％，電致變色效率高達(dá)102.8 cm2C-1，而“微米磚”薄膜分別只有45％和24.5 cm2 C-1。WO3納米線(xiàn)陣列薄膜同時(shí)表現(xiàn)出了很快的變色響應(yīng)速度，著色時(shí)間7.6 s，褪色時(shí)間4.2 s。電化學(xué)阻抗分析結(jié)果表明薄膜具有更高的電化學(xué)活性和電極反應(yīng)動(dòng)力。
　　

5、以過(guò)氧化鎢酸(PTA)作為摻雜劑，用一種簡(jiǎn)易的化學(xué)氧化聚合法一步合成了PANI-WO3復(fù)合薄膜，這些薄膜具有由納米短棒組成的粗糙表面，WO3相被均勻地復(fù)合在PANI網(wǎng)絡(luò)中。由于WO3和PANI的著色與褪色所在的電壓范圍并不完全重疊，使復(fù)合薄膜具有了雙向的電致變色效應(yīng)。得益于WO3和PANI兩者本身所具有的優(yōu)點(diǎn)以及施主-受主體系的形成，有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合薄膜具有較好的電致變色性能，如更快的變色速度和更長(zhǎng)的循環(huán)壽命。
　　 利用直流磁控

6、濺射法制備了WO3薄膜，并研究了基底溫度對(duì)薄膜結(jié)晶性能進(jìn)而在紅外波段的電致變色性能的影響。WO3薄膜紅外電致變色性能隨基底溫度的升高而增強(qiáng)，在250℃時(shí)，薄膜在8-12μm的中紅外大氣窗口具有35％調(diào)制幅度，在9μm處的變色效率達(dá)18.5 cm2C-1。但是過(guò)高的基底溫度(300℃)導(dǎo)致薄膜不能很好地嵌入離子，因而紅外波段的電致變色性能反而下降。用磁控濺射制備的W03薄膜和化學(xué)浴法制備的NiO薄膜為電致變色層和離子存儲(chǔ)層(互補(bǔ)變色層)，