電致變色材料在過去的幾十年間不溫不熱,但在最近幾年突然成為功能材料研究方向的熱點。因為電致變色材料在外加電壓的激勵下可以發(fā)生光學(xué)的可逆變化和能量的儲放。這種功能材料由于具有上述獨特性能而被應(yīng)用于智能窗、軍事偽裝,功能包裝、防腐材料、衛(wèi)星熱控等領(lǐng)域。在眾多的電致變色材料中,無機(jī)電致變色材料氧化鎢（WO₃）和有機(jī)電致變色材料聚吡咯（PPy）由于具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、大的光學(xué)對比度、以及良好的環(huán)境穩(wěn)定性等優(yōu)點,而被廣泛研究并應(yīng)用于許多領(lǐng)域。目前,雖然已經(jīng)有研究報道了WO₃和PPy電致變色薄膜的合成,然而仍然存在一些未解決的問題,如單電極電致變色材料已經(jīng)無法滿足多功能電致變色器件的功能化,而復(fù)合電致變色材料可以實現(xiàn)單一材料的優(yōu)勢累加和弱化其缺點。因此本文提出了采用摻雜、多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化制備時間等手段來改善WO₃和PPy電致變色薄膜的光學(xué)調(diào)制范圍、響應(yīng)時間、著色效率和循環(huán)穩(wěn)定性等問題。在優(yōu)化材料的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了電致變色儲能雙功能電致變色器件。研究內(nèi)容主要分為以下兩個部分:（1）THMS/WO₃電致變色薄膜的制備... 

【文章來源】：湖南工業(yè)大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

元素周期表中陽極和陰極過渡金屬氧化物對應(yīng)的元素

材料中脫入，電子從電致變色材料輸出，價態(tài)升高，材料表現(xiàn)為透明態(tài)。(Ⅰ)WO3WO3電致變色薄膜具有原材料易得，成本低，且光學(xué)調(diào)制能力強(qiáng)、氧化還原電位低和循環(huán)穩(wěn)定性好等優(yōu)勢[48-52]。WOx晶體結(jié)構(gòu)是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)時，其氧離子在相鄰的過渡金屬位點(如W-O-W橋)之間，這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致WOx材料具有優(yōu)異的光學(xué)性能、導(dǎo)電性和金屬性能。另外，由于制備條件不同，WOx薄膜呈現(xiàn)晶態(tài)(圖1-2(a))和非晶態(tài)(圖1-2(b))的物相區(qū)別。非晶態(tài)WOx材料的這種結(jié)構(gòu)更利于離子的快速傳輸，因此非晶態(tài)WOx薄膜更適合被用來作為電致變色材料[53-55]。圖1-2WOx的結(jié)構(gòu)示意圖：(a)晶態(tài)WOx,(b)非晶態(tài)WOx(單斜晶體)Figure1-2WOxstructure:(a)Amorphous;(b)monoclinicWO3材料的變色過程的基本原則：在賦予交流電勢的作用下，電子嵌入WO3材料和電荷平衡小離子(H+、Na+、K+等)，薄膜變?yōu)橹珣B(tài)藍(lán)色，反之電子脫出WO3材料和同時也需要電荷平衡小離子(H+、Na+、K+等)，薄膜從深藍(lán)色逐漸變?yōu)橥该�，其變色機(jī)理可用如下方程表示：+y+y(1-1)其中Z+一般有H+及一些堿金屬陽離子(Li+、K+)。在動力學(xué)和化學(xué)上對WO3材料的電化學(xué)反應(yīng)變色原理解釋的基礎(chǔ)上，科學(xué)家們在內(nèi)在物理機(jī)制方面提出了各種模型來解釋其變色機(jī)理，包括以下五種模型：a、F色心模型在20世紀(jì)60年代S.K.Deb發(fā)現(xiàn)WO3電致變色材料后，隨后提出F色心模型來解釋非晶態(tài)WO3的離子晶體結(jié)構(gòu)，非晶態(tài)WO3的結(jié)構(gòu)中普遍存在帶正電的氧空位中心缺陷，可以很好的捕獲電子，兩者結(jié)合形成色心，其晶體結(jié)構(gòu)與金屬鹵化物一樣，此模型又被稱為Deb模型。F色心模型解釋了WO3電致變色材料在著色時表現(xiàn)為藍(lán)色，其歸因于光激發(fā)的氧空位時，電荷狀態(tài)發(fā)生變化，導(dǎo)致材料的吸收特性和顏色都發(fā)生變化，WO3電致變色材料成為著色態(tài)。

4b、Faughnan模型價間電荷遷移模型(intervalencechargetransfer,ICVT模型)由BrainW.Faughnan于1975年提出，又被叫做Faughnan模型。此模型與極化子吸收過程相似，其在導(dǎo)帶狀態(tài)他們兩者都構(gòu)成了電子躍遷。這個模型解釋了WO3電致變色材料的電化學(xué)變色原理，即在賦予外加負(fù)電壓的作用下，離子和電子進(jìn)入非晶態(tài)WO3電致變色材料中占據(jù)其原子晶格間缺陷，形成亞穩(wěn)態(tài)鎢青銅。當(dāng)給予相反電壓時，離子與電子從WO3電致變色材料中脫出與輸出。薄膜從深藍(lán)色又逐漸的變回了透明態(tài)。其ICVT模型原理示意圖如1-3所示。圖1-3Faughnan模型示意圖Figure1-3ModeldiagramoftheFaughnanc、Schirmer模型在前兩個對非晶WO3薄膜的電致變色原理解釋的基礎(chǔ)上，Schirmer等人提出了Schirmer模型，及小極子吸收模型。小極子吸收模型定義是當(dāng)電子被輸入WO3晶格時，電子與周圍的WO3晶格相互作用而被束縛在某個WO3晶格位點時，形成的小極化子。但是，WO3薄膜在不同晶格位點而能量也會不同，所以當(dāng)電子輸入時，電子更加向更深能級位點的晶格靠攏，以至被束縛而擁有低能量，導(dǎo)致深能級與低能級之間的光學(xué)誘導(dǎo)躍遷因其薄膜發(fā)生光學(xué)變化而使薄膜著色�？茖W(xué)家們也稱以Faughnan模型是Schirmer的半經(jīng)典形式，因為兩者都是建立在離子和電子嵌入脫出與輸入輸出的基礎(chǔ)上。d、能級模型科學(xué)家們提出的F色心、Faughnan和Schirmer這三種模型主要是用來分析非晶型WO3材料的變色原理。在這基礎(chǔ)上，Granqvist研究者們提出了能級模型來分析結(jié)晶態(tài)的WO3材料。這部分研究主要是從第一性原理的角度出發(fā)，通過計算材料學(xué)來研究并提出的模型。然而由于晶態(tài)氧化鎢的晶型復(fù)雜，其具有立方晶系、單斜晶系、正交晶系、四方晶系、三斜晶系等。這使得能級模型的研究十分復(fù)雜WO3的費米能級

【參考文獻(xiàn)】：
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