纳米氧化钨制备及其电致变色性能研究样本.doc

纳米氧化钨制备及其电致变色性能测试引言信息传递在迅速发呈当代社会中具备举足轻重地位，除了电子通讯之外，显示功能也是信息传递重要构成某些，电致变色材料正是一种广泛应用于信息、电子、能源、建筑和国防等方面，有着辽阔应用前景显示功能材料。电致变色材料还可以运用其透过率可控、记忆效应、反映速度快性能制成智能窗户、防眩晕后视镜及能源节约器件，应用前景十分广泛。电致变色（eletrochromism）是指材料在交替高低或正负外电场作用下，通过注入或抽取电荷（离子或电子），从而在低透射率着色状态或高透射率消色状态之间产生可逆变化一种特殊现象，在外观性能上则体现为颜色及透明度可逆变化。主流电致变色材料分为三大类，涉及无机类材料、有机小分子材料以及共轭聚合物。无机材料重要是金属氧化物，涉及阴极着色材料（如V、Mo、W、Nb、Ti氧化物）和阳极着色材料（如普鲁士蓝、Ni、Co、Ir氧化物）；有机小分子材料重要为紫罗碱；共轭聚合物电致变色材料涉及聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺等。WO3是无机类电致变色材料中科学家研究最早最进一步、成果最丰富材料。由于电致变色材料透过率可在较大波长范畴内持续变化、调节，工作电压低，功耗较低，节能环保，具备记忆存储功能，并且在使用中受环境因素影响较小，这些优势使得电致变色材料逐渐成为建筑、汽车行业中越发灿烂一颗闪亮明珠。但关于WO3薄膜着色与消色机理当前依然不明确。当前，认知限度最高，接受最多为双注入/双抽出模型。图1三氧化钨晶体构造示意图三氧化钨晶体构造模型图如图1所示，钨原子位于着晶格顶点处，氧原子位于晶格棱中间位置。普通状况下，立方体中心原子A位置没有原子占据，此时钨呈现+6价，三氧化钨薄膜呈现无色。当立方体中心A位置被阳离子填充时候，钨原子价态减少，变为六价与五价混合体系，此时WO3薄层转变为蓝紫色。其中填充A位置阳离子普通为H+、Li+、Na+等。三氧化钨薄膜着色过程为阳离子注入过程，消色过程为阳离子抽出过程。因而薄膜着色消色速率与阳离子注入抽出速率关于，而阳离子注入抽出速率与外加电压、电致变色溶液、薄膜自身微构造和形貌等性质关于。实验目（1）理解电致变色应用领域与发展前景。（2）理解电致变色原理与有关参数意义与测试办法（3）理解电化学工作站用法，学习三电极测试原件组装（4）学习电致变色测试中阶跃电压、循环伏安模式测量与数据解决。电致变色材料发展抱负电致变色材料普通应具备响应时间短、着色效率高、对比度大、色彩丰富、稳定性好、离子导电性和电子导电性高等特点。遗憾是当前为止没有文献报道哪一种有机或是无机电致变色材料具备这样完美性质。因而，近些年来电致变色材料研究重要集中在如下几种方面：（1）有机新材料合成：有机电致变色材料最大特点之一就是具备分子可修饰性，通过度子取代或者掺杂等方式获得具备高着色效率、迅速响应时间和丰富色彩等先进性能新型有机电致变色材料。有机电致变色材料合成技术手段普通为化学办法和电化学沉积办法。化学办法合成有机电致变色材料比较困难，由于合成条件规定高、周期长、合成路线复杂、污染大等。电沉积方式虽然容易实现、工艺灵活、制备时间短，但是该技术存在电压和电流稳定性差，制备材料均匀性低，需要导电材料做基底等问题。（2）新型无机电致变色材料：无机电致变色材料以过渡金属氧化物为主，合成新型分子构造、具备氧化还原性金属氧化物困难较大，因此获得新型无机电致变色材料办法重要是掺杂。一种研究是通过对纯净金属氧化物进行单质掺杂去提高薄膜稳定性、着色效率等电致变色性能。已有文献报道掺杂单质例如：Al、Au、Ni、Mg、N等。另一种常用方式是对无机氧化物进行化合物或者有机物掺杂，近几年有诸多文献中以化学、磁控溅射、电子束、电化学沉积、热蒸发、喷雾热解等方式获得金属氧化物掺杂电致变色薄膜。例如WO3-TiO2之间掺杂后，相比于单纯三氧化钨材料，WO3-TiO2稳定性和对比度等电致变色特性均有提高。（3）纳米构造电致变色材料：提高薄膜或者器件电致变色性能除了合成新型高效电致变色材料外，另一种研究重要集中在纳米构造材料研究上。由于相比于老式材料，纳米材料一方面具备较高比表面积，有助于提高材料电致变色对比度和着色效率；另一方面纳米材料具备优秀孔隙构造，利于电解质中离子进出，从而减少器件响应时间。获得纳米构造常用办法有：运用多孔阳极氧化铝为模板，获得纳米柱状电致变色薄膜；运用化学办法获得纳米线、纳米孔、纳米纤维等形貌薄膜；运用蒸镀方式获得纳米构造薄膜等等。实验原理电致变色器件原则构造是一种三明治构造，如图2所示：基底-电极/电致变色层/电解质层/离子存储层/电极-基底。（1）电致变色层是ECD核心，也是多数文献研究重点。其制备办法有：磁控溅射、电子束蒸镀、旋涂、印刷、电化学沉积等。电致变色层普通由一种电致变色材料构成，依照朗伯-比尔定律（