【摘要】：日益劇增的能源需求,已經成為人類社會發(fā)展的嚴峻挑戰(zhàn)。合理提高能源利用效率,維持經濟可持續(xù)發(fā)展是當前的迫切需求。據(jù)統(tǒng)計,我國建筑能耗主要包括冬天取暖以及夏天制冷,其約占全社會總能耗的40%,因此建筑節(jié)能意義重大。電致變色技術為現(xiàn)代建筑物的節(jié)能提供了一種新的解決方案,它可以按照人的意志調節(jié)玻璃的可見光透過率以及太陽光輻射能。因此,大面積電致變色玻璃的產業(yè)化也被提上了日程。而從實驗室的小面積電致變色玻璃到可以在實際生活中應用的大面積電致變色玻璃還有很長的路要走,許多技術、工藝問題迫切需要解決,電致變色玻璃的循環(huán)壽命和穩(wěn)定性也亟需提高。本論文采用多種方法制備了氧化鎢及氧化鎳電致變色薄膜,合成了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/碳酸丙烯酯(PC)和聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)/N,N-二甲基甲酰胺(DMF)準固態(tài)電解質,并且用熱壓膠片法將變色層與電解質層組裝成大面積的電致變色玻璃,測試器件的循環(huán)穩(wěn)定性。進一步制作了氧化鎢/氧化鎳復合電極互補型電致變色玻璃,提高了器件的光調制范圍及響應速度,使器件具有了良好的阻隔太陽光及防止偷窺的作用。首先,用磁控濺射、噴涂、噴霧熱解以及絲網印刷等方法制備了大面積摻鉬氧化鎢電致變色薄膜,并制作了PMMA/PC準固態(tài)電解質,用熱壓膠片法把電解質和電致變色薄膜組裝成器件,并對器件的光調制范圍、響應時間、循環(huán)穩(wěn)定性等進行了測試。觀察到器件隨著循環(huán)次數(shù)的增多,會逐漸產生氣泡,光調制范圍和響應時間也會逐漸降低,用電子能譜儀和紅外光譜儀分別分析了薄膜和電解質成分的改變,發(fā)現(xiàn)電解質中的Li~+與PC分子之間具有很強的相互作用,生成了[LiPC]~+,它比純的PC溶劑擁有更低的最低未占分子軌道。PC-ClO_4~-復合氧化導致PC去質子化并形成HClO_4,陰離子的存在降低了溶劑的氧化穩(wěn)定性,并改變了分解動力學和熱力學,導致形成氣體,降低了器件的循環(huán)穩(wěn)定性。為了緩解產生的氣泡問題,制備了PVDF-HFP/DMF準固態(tài)電解質,并用熱壓膠片法組裝成器件,對器件性能進行測試。發(fā)現(xiàn)當用PVDF-HFP:DMF=50%的電解質組裝成器件后,循環(huán)100圈后無氣泡產生,說明改善了器件循環(huán)過程中電解質發(fā)生分解的問題,提高了器件的循環(huán)壽命。最后,為了提高光調制范圍,加快響應時間,使變色玻璃能夠更好地起到節(jié)約能源和防止偷窺的作用,制備了氧化鎢/氧化鎳復合電極互補型電致變色玻璃。討論了制備參數(shù)對氧化鎳薄膜性能的影響:當射頻濺射NiO靶材時,濺射功率為60 W、氧氣與氬氣的比例為0:70、濺射偏壓224 V時制備的器件的變色性能最好;當直流濺射Ni靶材時,濺射功率60 W,氧氣與氬氣的比例為30:60時制備的器件的變色性能最好。基于以上研究,有望為生產性能優(yōu)異、可長期使用的大面積電致變色玻璃提供良好的工程技術支撐。
【圖文】：

圖 1.1 多窗格的電致變色智能窗實際應用的兩個例子。(a) 應用在美國 Lawrenceerkelecy National 圖書館的電致變色智能窗[30]；(b) 應用在瑞典的烏普薩拉市一個公司中的 ChromoGenics AB 公司生產的電致變色智能窗[31]目前電致變色技術仍然存在著一些問題，比如有限的可以變化的顏色、緩慢轉變速度、較低的循環(huán)穩(wěn)定性和不成熟的裝配工藝等。.3 電致變色材料電致變色材料分為無機電致變色材料和有機電致變色材料。在過去的幾十年致變色材料和器件由于可以節(jié)約能源和具有優(yōu)異的光調制性能，吸引了越來越人的關注�？紤]到電致變色器件的實際應用，電致變色材料的光調制范圍（ΔT）長期的循環(huán)穩(wěn)定性也受到越來越多的關注[32-35]。例如，氧化鎢（WO3）由于它用的電致變色性能和較大的光調制范圍而成為一種發(fā)展的很好的電致變色材，它是一種陰極著色材料。氧化鎳（NiO）也是一種典型的電致變色材料，它一種陽極著色材料�，F(xiàn)在有很多基于 WO3和 NiO 的電致變色器件的研究。電

圖 1.2 氧化物具有陽極著色或陰極著色的過渡金屬元素分布[40-43]1.3.1.1 陰極著色材料WO3、MoO3、TiO2和 Nb2O5是陰極電致變色材料的典型代表。下面著重介紹典型的陰極著色材料三氧化鎢的著色機理。WO3的電致變色是一種非常復雜的現(xiàn)象，它可以由下面簡單的反應式表達：（透明）WO3+xM++xe- MxWO3（深藍） (1)式中，0<x<1，M+為 H+, Li+, Na+或是 K+，，e-表示電子。著色過程是一個電子遷移過程，而其光學吸收主要在于共價電子從 W5+變?yōu)榱?W6+。1.3.1.2 陽極著色材料NiO、IrOx 、Co2O3、V2O5、Rh2O3是陽極電致變色材料的典型代表。下面著重介紹典型的陽極著色材料氧化鎳的著色機理。作為自然界豐富存在的低成本的半導體，氧化鎳 (NiO) 被廣泛應用在超級電容器、傳感器以及電致變色智能窗中。NiO 在陽極著色狀態(tài)下呈現(xiàn)灰色，在褪色狀態(tài)下又比較透明，且具有較好的離子儲存能力。
【學位授予單位】：東華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ171.724

【參考文獻】

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本文編號：2697673