【摘要】：電致變色材料是通過電壓調(diào)節(jié)實現(xiàn)自身可調(diào)控的光學(xué)和顏色變化的一類材料。它不僅可以用在智能窗上,也可以用于低能顯示器、電子紙、傳感器、衛(wèi)星和遮陽板等領(lǐng)域。此外,電致變色材料還可以用于汽車防炫目的后視鏡上,避免強光入射刺激眼睛帶來的安全隱患。本課題所制備的復(fù)合材料是基于電致變色領(lǐng)域研究較為廣泛的三種過渡金屬氧化物(MoO_3、WO_3和V_2O_5),它們通過與導(dǎo)電聚合物復(fù)合來提高其電化學(xué)性能和增強電致變色性能。通過構(gòu)筑無機(jī)/有機(jī)納米復(fù)合材料,發(fā)揮復(fù)合材料中兩種組分的相互協(xié)同作用,來改善材料的電致變色性能。通過對復(fù)合材料形貌和尺寸的調(diào)控,增大復(fù)合材料電極的比表面積,縮短離子傳輸距離,提高復(fù)合材料的響應(yīng)時間、改善循環(huán)測試穩(wěn)定性和光學(xué)性能的目的。聚苯胺電致變色時具有多種顏色的變化、快速響應(yīng)時間和高的光學(xué)對比度等優(yōu)點。本課題采用聚苯胺與MoO_3、WO_3和V_2O_5三種過渡金屬氧化物復(fù)合,得到過渡金屬氧化物/聚苯胺納米復(fù)合材料。這些復(fù)合材料電致變色時具有顏色變化豐富、電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性良好、響應(yīng)時間快、導(dǎo)電性好和光譜調(diào)節(jié)范圍廣等優(yōu)點。采用水熱-電沉積工藝合成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的MoO_3@PANI納米片復(fù)合材料。通過簡單的水熱法和冷凍干燥工藝相結(jié)合,在ITO導(dǎo)電玻璃表面形成三維網(wǎng)狀MoO_3納米片,再利用電化學(xué)沉積工藝將聚苯胺包覆在MoO_3納米片表面得到三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的MoO_3@PANI納米片復(fù)合材料。電沉積實驗的最佳條件是:在0.01mol/L苯胺和0.1 mol/L硫酸水溶液中,沉積電壓為-0.2~1.2 V之間,掃速為50 mV s~(-1),循環(huán)沉積4圈。納米片包覆聚苯胺后不僅提高了電極和電解液界面的導(dǎo)電率,也提高了離子電荷遷移能力,從而表明復(fù)合薄膜具有更高的電化學(xué)活性和電極反應(yīng)動力。復(fù)合薄膜的納米片結(jié)構(gòu)有利于離子和電子的徑向傳導(dǎo),而且在三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料中存在大量空隙,這些空隙能夠有效增加電解液和電極材料的電化學(xué)反應(yīng)接觸面積。復(fù)合薄膜的循環(huán)穩(wěn)定性測試可達(dá)500次,此時透過率變化值為30%,變?yōu)槌跏纪高^率的75%,平均每圈衰減0.05%。復(fù)合材料擁有快速的響應(yīng)時間,著色時間為1.0 s,褪色時間可達(dá)0.9 s。MoO_3@PANI納米片還原態(tài)的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)為5.66×10~-1010 cm~2 s~(-1),氧化態(tài)的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)8.65×10~-1111 cm~2 s~(-1)。MoO_3@PANI納米片的離子擴(kuò)散系數(shù)比MoO_3納米片增加數(shù)倍。MoO_3@PANI納米片顏色變化豐富,可從藍(lán)色、灰色、黃色、綠色到紫色。采用水熱-電沉積工藝合成方法制備了類似海膽狀的WO_3@PANI核殼納米帶結(jié)構(gòu)。該復(fù)合材料經(jīng)過1000次的循環(huán)測試后,仍然保持良好的穩(wěn)定性,透過率變化為初始狀態(tài)的87%,平均每圈透過率僅衰減0.013%。WO_3@PANI核殼納米帶的褪色時間為1.5 s,著色時間為1.9 s。WO_3@PANI核殼納米帶還原態(tài)的離子擴(kuò)散系數(shù)為2.98×10~-99 cm~2 s~(-1),氧化態(tài)的離子擴(kuò)散系數(shù)3.20×10~-1010 cm~2 s~(-1)。WO_3@PANI核殼納米帶的離子擴(kuò)散系數(shù)比復(fù)合之前增加數(shù)倍。電致變色時透過率光譜調(diào)節(jié)范圍較大,顏色變化可從藍(lán)色、灰色、黃色、綠色到紫色。室溫條件下,采用V_2O_5重結(jié)晶的方法制備V_2O_5納米帶。再通過化學(xué)合成方法與聚苯胺復(fù)合制備三維網(wǎng)絡(luò)狀的V_2O_5@PANI核殼納米線。復(fù)合實驗的最佳反應(yīng)時間為4 h,此時所得到的復(fù)合材料響應(yīng)時間最短,透過率變化值最大。這種制備方法具有更容易操作和設(shè)備投資更少的優(yōu)點。該復(fù)合薄膜經(jīng)過1000次測試后,透過率變化值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的64%,平均每圈衰減0.036%,具有良好的穩(wěn)定性。V_2O_5@PANI核殼納米線的褪色時間為1.5 s,著色時間為2.3 s。V_2O_5@PANI核殼納米線還原態(tài)的離子擴(kuò)散系數(shù)為8.65×10~-1111 cm~2 s~(-1),氧化態(tài)的離子擴(kuò)散系數(shù)1.10×10~-1010 cm~2 s~(-1)。復(fù)合之后的離子擴(kuò)散系數(shù)比復(fù)合前增加數(shù)倍。V_2O_5@PANI核殼納米線復(fù)合材料的顏色變化所占色系豐富,可以從黑色、淺黃、黃色、紅色到綠色。這是由于V_2O_5在過渡金屬氧化物中是唯一既能夠在高價氧化態(tài)著色,又能夠在低價還原態(tài)著色的雙著色電致變材料,所以它與聚苯胺進(jìn)行復(fù)合得到的電致變色材料顏色變化更為豐富。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB33
【圖文】：

1-1 元素周期表中具有陽極著色和陰極著色的過渡金屬氧化物對應(yīng)的元1-1 The elements of the transition metal oxides with anodic coloration and coloration in the periodic table[60]謂陽極電致變色氧化物是指在高價氧化態(tài)時材料為著色態(tài)，低價為褪色態(tài)。陰極電致變色恰好相反，在低價還原態(tài)時材料為著態(tài)時材料為褪色態(tài)。圖 1-1 列出了主要的幾種過渡金屬氧化物電

WO3晶體結(jié)構(gòu)圖

α-MoO3晶體結(jié)構(gòu)圖

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 林改;;全固態(tài)電致變色智能窗[J];玻璃;2015年03期

2 姚健;陶衛(wèi)東;;智能窗及其研究進(jìn)展[J];門窗;2009年06期

3 蔣群杰;李毅;胡雙雙;武斌;俞曉靜;;基于熱光效應(yīng)的智能窗薄膜材料[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2007年12期

本文編號：2751364