【摘要】：電致變色材料在過(guò)去數(shù)十年間引起了研究者廣泛的興趣,它們可以在外界電壓作用下發(fā)生可逆的顏色變化。由于三氧化鎢具有優(yōu)異的電致變色性能以及電化學(xué)穩(wěn)定性,成為研究最多的電致變色材料之一。本論文以WO3為主要研究對(duì)象,通過(guò)納米化、摻雜化等技術(shù)手段,利用多種液相法制備具有微納結(jié)構(gòu)的電致變色材料,依次對(duì)水熱法、電沉積法以及噴涂法等不同成膜工藝進(jìn)行改進(jìn)并最終確認(rèn)了最具產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景的溶液成膜工藝,在實(shí)驗(yàn)室條件下制備出大尺寸電致變色器件,并對(duì)其電致變色性能及應(yīng)用前景進(jìn)行了探索。主要研究?jī)?nèi)容如下:1、晶種輔助水熱法:以晶種輔助水熱法在FTO(SnO2:F)導(dǎo)電玻璃上制備了水合WO3納米盤(pán)電致變色薄膜,解決了傳統(tǒng)晶種輔助水熱法反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),反應(yīng)溫度高等問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn)晶種層以及尿素在水熱生長(zhǎng)中起到關(guān)鍵作用。當(dāng)無(wú)晶種層時(shí),所制備薄膜為由納米棒組成的花狀結(jié)構(gòu);而當(dāng)在FTO表面采用溶膠-凝膠法預(yù)先制備一層晶種層后進(jìn)行水熱反應(yīng),可以得到納米盤(pán)相互交錯(cuò)排列形成的多孔結(jié)構(gòu)薄膜。而尿素的存在能夠使晶種輔助水熱法制備的水合WO3薄膜具有更強(qiáng)的離子儲(chǔ)存能力,因此展現(xiàn)出更大的光調(diào)制范圍、更快的響應(yīng)速度和更高的著色效率。2、自晶種水熱法:通過(guò)自晶種水熱法在FTO導(dǎo)電基底上制備了鳥(niǎo)巢狀水合WO3電致變色薄膜,這種方法擺脫了水熱生長(zhǎng)WO3薄膜對(duì)晶種層的依賴(lài),消除了晶種輔助水熱法制備的薄膜致密晶種層對(duì)電子的阻擋,提高了電子傳輸速度以及電子傳輸效率。因此,相比于晶種輔助法制備的薄膜,在循環(huán)穩(wěn)定性未受影響的情況下,顯示出更快的響應(yīng)速度、更大的光調(diào)制范圍以及較高的著色效率。其光調(diào)制范圍在±0.5 V下提高了27%,著色時(shí)間縮短了28%,著色效率達(dá)到126.3cm2/C。3、電沉積法:利用電沉積方法制備WO3薄膜,解決了水熱法對(duì)薄膜基底的限制。將通過(guò)簡(jiǎn)單綠色的溶液法制備出的水合WO3納米片沉積在導(dǎo)電基底上,形成三維類(lèi)垂直結(jié)構(gòu)水合WO3納米片薄膜,這種薄膜的光調(diào)制范圍達(dá)到65.9%,著色時(shí)間和響應(yīng)時(shí)間分別為17和3.8秒,著色效率達(dá)到52.6 cm2/C。通過(guò)這項(xiàng)工作不僅得到一種高性能、低成本的電致變色器件,同時(shí)也為構(gòu)筑多孔結(jié)構(gòu)薄膜提供了新方法,且這種類(lèi)垂直結(jié)構(gòu)的制備方法在未來(lái)可以應(yīng)用于可拉伸器件中,以防止薄膜在拉伸過(guò)程中開(kāi)裂。4、納米顆粒噴涂法:噴涂法解決了水熱法制備大面積薄膜的限制以及電沉積制備薄膜循環(huán)穩(wěn)定性的問(wèn)題。通過(guò)簡(jiǎn)單、綠色的溶液摻雜技術(shù)制備出高質(zhì)量的Mo摻雜WO3納米顆粒,這種納米顆�？梢跃鶆蚍稚⒂谒�,形成穩(wěn)定的納米墨水。結(jié)合原位熱氧化噴涂技術(shù),在保持薄膜納米顆粒結(jié)構(gòu)的前提下消除了顆粒中大量存在的氧空位缺陷,以此提高了電致變色薄膜的光調(diào)制范圍。這種Mo摻雜WO3納米顆粒薄膜的光調(diào)制范圍達(dá)到42.9%,著色時(shí)間和響應(yīng)時(shí)間分別為10和7.5秒。5、納米線噴涂法:通過(guò)低溫常壓方法制備出納米晶定向附著的高質(zhì)量的Mo摻雜WO3超細(xì)納米線,直徑在3 nm左右,且可均勻分散于水中,形成穩(wěn)定的納米墨水。將納米線噴涂于加熱的FTO導(dǎo)電玻璃上,定向附著的納米晶便會(huì)二次生長(zhǎng)成為納米顆粒,導(dǎo)致納米線斷裂,而由于納米線的交叉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),最終在無(wú)任何軟硬模板的條件制得多孔電致變色薄膜�？蓪⑦@種多孔電致變色薄膜的制備技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室條件下放大,制備出10×10 cm2尺寸的電致變色器件,這種噴涂技術(shù)有望在未來(lái)取代真空鍍膜工藝,降低大面積電致變色器件的生產(chǎn)成本。
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【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.2

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本文編號(hào)：2388953