WO3电致变色薄膜的制备及性能研究

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电致变色器件在外加电场作用下可以发生颜色的变化,从而可以实现对光线的动态调控。器件的核心为变色材料,在众多变色材料中,WO3具有着色效率高、原料充足等优点,得到了广泛的研究。但是,从应用的角度来说,WO3存在着褪色时间长和光学调制幅度(△T)低、制备成本高等问题,使其至今无法实现产业化。所以本文主要目的是开发高性能、低成本WO3材料。通过对WO3在变色过程Li+传输机制的研究以及完整器件的探索,分别从理论和实践两个方面为WO3的改进提出了指导方向。在此基础上,设计并制备了多孔WO3/rGO复合薄膜,明显改善了WO3的电致变色性能。本文的主要内容与结论如下:  1.采用sol-gel法制备WO3薄膜,通过退火温度的改变实现了不同结晶性WO3薄膜的制备,同时确定了薄膜的制备工艺参数。对不同结晶性WO3电致变色性能研究表明:随着结晶性的不断提高,其△T、着色效率、离子迁移率等呈现下降的趋势,同时,进一步阐释了变色过程中Li+的微观传输机制,完善了宏观性能和微观理论的联系;此外,与结晶的WO3相比,250℃非晶WO3薄膜结构较为疏松,利于离子的嵌入/脱出,从而表现出优异的变色性能(△T(58.5%)、离子迁移率(1.23×10-10cm2s-1)等);  2.设计并制备了WO3/NiO互补型固态电致变色器件,解决了凝胶态电解质的制各及器件封装问题。通过对其性能测试发现器件具有较好的变色性能,器件的△T达62%,着褪色时间分别为10s/19s,这种研究探索了各层薄膜的相互关系以及对整体器件性能的影响,明确了WO3实际应用价值并为WO3改进提供了重要的实践参考;  3.采用水热还原法得到高分散性的石墨烯材料,同时将其与过氧钨酸溶胶有效结合,制各出一种新型的多孔WO3/rGO复合薄膜。其在测试中表现出优异的性能,尤其是着褪色时间仅为9s/4.5s。对其研究表明:多孔的结构促进了Li+的嵌入/脱出,石墨烯的加入提高了薄膜的导电性,这种双重增强不仅促进了离子的迁移,同时加快了与之配合的电荷分布,符合双注入的机理。这种新型的复合薄膜在高性能电致变色器件方面显示了极大的应用价值。
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