电致变色器件中WO3薄膜高温环境性能退化机理

目的研究ITO/WO_3/LiTaO_3/NiO_x/Al反射式无机全固态薄膜中WO_3薄膜在高温环境中的性能退化机理。方法采用直流反应磁控溅射法制备电致变色器件和WO_3单层薄膜,并进行高温加热试验。对电致变色整体器件进行反射率变化量的测试,对WO_3薄膜进行微观结构分析和电化学循环特性分析。结果电致变色器件经不同温度加热后,350℃以下,反射率变化量下降不明显,350℃以上反射率变化量明显降低,WO_3薄膜发生了非晶结构向晶体结构的转变。WO_3薄膜的电化学循环特性为:随着加热温度的升高,电致变色响应时间增大,350℃以上,响应时间急剧增大,电致变色性能降低明显,但电致变色循环稳定性更好。结论 WO_3薄膜疏松多孔的非晶结构能提供更多的离子(电子)注入和传输通道,电致变色性能更好,但疏松多孔结构循环稳定性较差。致密的晶体结构因通道闭合,离子(电子)不易注入和传输,电致变色性能较差,但致密结构循环稳定性较好。     

不同溶胶-凝胶镀膜技术制备的电致变色WO3薄膜的影响

研究了不同溶胶-凝胶镀膜技术对电致变色WO3薄膜的影响.采用过氧化聚钨酸法配制溶胶,然后通过脉冲电泳沉积和浸渍提拉两种镀膜技术在ITO导电玻璃基底上分别制备WO3薄膜,对比研究了薄膜的微观形貌、结构、光学和电化学性能.结果表明,两种镀膜技术制备的薄膜均为非晶态且厚度相近,约为252 nm;在可见光范围内,脉冲电泳沉积制备的薄膜的光学调制幅度可达80％,比浸渍提拉制备的薄膜高25％;与浸渍提拉法相比,脉冲电泳沉积制备的薄膜具有更高的电化学活性、更快的响应时间和相对低的循环可逆性.     

直流反应溅射制备NiO_x薄膜及其电致变色机理研究

采用直流反应溅射在ITO导电玻璃上沉积了NiOx薄膜,研究了O2流量对其光学和电致变色性能的影响,利用XRD、SEM和XPS对薄膜的微结构和成分进行了表征.通过循环伏安特性曲线和可见光透射谱对样品的电化学和电致变色性能进行了研究,并且讨论了NiOx薄膜成分与电致变色性能之间的关系.研究发现反应溅射制备的NiOx薄膜是Ni2+和Ni3+混合价态,颜色为淡棕色,随着薄膜中Ni3+成分增加,薄膜颜色变深,调色范围有减小的趋势.NiOx薄膜表现出阳极电致变色特征,作者认为其电致变色的行为是由于Li+和OH-在薄膜中的注入和拉出引起的Ni2+和Ni3+发生转化所致.     

微波法合成介孔WO_3 ·NiO ·0.33H_2O及光催化降解气相甲醛

以复合表面活性剂为模板,采用微波辐射、二甲苯萃取脱除模板剂法制备了介孔材料WO_3·0.33H_2O、WO_3·NiO·0.33H_2O,利用XRD、TGA、TEM、BET等手段表征了材料的结构、形貌、比表面积、孔径分布.结果表明,微波辐射比传统加热法制备的材料晶粒小,结晶度高,孔径分布更均匀,比表面积更大;制备的材料WO_3·NiO·0.33H_2O介孔呈现蠕虫状,掺杂Ni~(2+)能稳定介孔结构,抑制晶粒长大,其比表面积达66.37m~2·g~(-1).分别以WO_3·NiO·0.33H_2O催化剂考察在紫外光(UV)、黑光灯、可见光3种光源下对气相甲醛光催化降解反应动力学规律及紫外光下的催化稳定性,其光催化降解气相甲醛降解率为传统加热法样品的3倍,在可见光下达76.8%.     

高长径比TiO_2纳米管阵列的制备及其电致变色与光电化学性能

采用NH4F-DMSO-甘油-H2O溶液体系的电化学阳极氧化法,经高温热处理后,在金属钛基板上制备了有序的Ti O2纳米管阵列薄膜。通过计时安培法、循环伏安曲线、光照开路电位谱和瞬态光电流谱技术对纳米管阵列电极的电致变色及光电化学特性进行了研究。结果表明,Ti O2纳米管为混晶组成,阵列薄膜具有大比表面积和高长径比。纳米管阵列电极具有稳定的阴极电致变色效应,快速的着色/褪色反应时间。与Ti O2纳米多孔膜电极相比,Ti O2纳米管阵列电极的光电流及光照开路电压都显著增加。     

水热合成法制备HfO_2薄膜(英文)

以HfOCl2·8H2O为前驱体采用水热合成法制备了HfO2溶胶,采用旋涂法制备了HfO2-PVP薄膜。利用透射电镜和粒度分析仪观察和表征HfO2溶胶的微观结构和粒度分布。实验发现,通过调整不同的水热合成温度、反应物前驱体浓度、溶液的pH值和水热合成时间等制备条件,可以在3～100nm范围内对HfO2溶胶颗粒的大小进行控制。分别采用椭偏仪,原子力显微镜,傅里叶红外变换光谱对HfO2–PVP薄膜的形貌和结构进行了表征和测量。结果表明,旋涂法制备的HfO2-PVP薄膜的粗糙度小于0.5nm,折射率达1.75左右。实验还发现,HfO2薄膜的激光损伤阈值达到15J/cm3(1064nm,1ns),HfO2-PVP薄膜的激光损伤阈值可高达20J/cm3(1064nm,1ns)。还对HfO2-PVP薄膜中有机粘结剂PVP在激光诱导损伤过程中的作用机理进行了初步探讨。     

304不锈钢表面ZnO/TiO2复合薄膜的制备与光生阴极防腐蚀性能研究

采用溶胶-凝胶法和旋涂技术在304不锈钢表面制备了纳米Zn O/Ti O2复合薄膜,使用XRD和SEM对复合薄膜的晶体结构和表面形貌进行了表征。采用电化学分析手段研究了薄膜的复合方式和煅烧温度对复合薄膜光电性能的影响,考察了复合薄膜在3.0%Na Cl溶液中对304不锈钢的光阴极保护性能。结果表明,采用分层制备和分步煅烧工艺制备的Zn O/Ti O2复合薄膜具有优良的光电性能,在紫外光激发下对304不锈钢的光阴极保护性能要显著优于单一Ti O2薄膜和Zn O薄膜。     

金属氧化物基电致变色器件的光透特性及其变色机理

在ITO导电玻璃基底上沉积得到WO3薄膜和NiOx薄膜,采用PMMA-LiClO4-PC胶质电解质作为离子电导层,制备得到了三明治式的电致变色(EC)器件.在300～1 000 nm波段的辐照光驱分别测试了器件在互补着色和同时着色时的光透性能.通过分析器件在互补着色和同时着色时的电色反应,给出了不同阶段的电致变色过程的电化学反应机理.特别考虑了实际应用中由于潮解和极化等因素引起的不利化学反应对器件性能的影响,对电致变色器件的实用化具有一定的指导意义.     

Ti-H2O2反应添加嵌段共聚物制备光催化活性的TiO2薄膜

利用添加了嵌段共聚物P123、F127及硝酸的双氧水溶液直接氧化钛金属基体制备不同纳米形貌TiO2光催化薄膜.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等技术分析样品的微观结构和形貌,以光催化降解若丹明B测定薄膜的光催化性能.结果表明,Ti-H2O2反应体系中仅添加嵌段共聚物的薄膜结晶呈树枝状,加入硝酸后薄膜形成纳米花结构.450℃C热处理后,薄膜为锐钛矿与金红石的混晶结构,平均晶粒尺寸在12～20 nm之间.薄膜的间接禁带宽度为2.65～2.85 eV,显著低于TiO2块体.添加P123获得的薄膜的光催化性能优于添加F127的薄膜.     

纳米结构Ni-TiN复合薄膜的电沉积及腐蚀行为

采用电沉积方法在黄铜基底上制备纳米结构的Ni-TiN复合薄膜。用扫描电镜（SEM）及透射电镜（TEM）对其微观结构进行表征,利用X射线衍射（XRD）分析其平均晶粒尺寸,采用极化曲线及电化学阻抗谱（EIS）研究其腐蚀行为。结果表明,电沉积的电流密度、TiN纳米粒子的浓度、搅拌速度、溶液温度及pH值对电沉积薄膜形貌的影响较大。制备的Ni-TiNi电沉积薄膜的平均晶粒尺寸约为50nm。纳米结构的Ni-TiNi电沉积薄膜的耐腐蚀性能远优于纯Ni沉积薄膜的。     

高活性TiO_2薄膜电极的制备及其光电化学性能

以Ti(n-OC4H9)4和CH3COOK为原料,采用溶胶-凝胶法在导电玻璃基底上制备K2Ti2O5薄膜,进一步以K2Ti2O5薄膜为前躯体,用离子交换法获得TiO2纳米薄膜电极。利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析薄膜的组成和表面特征;以草酸为有机污染物代表,通过光电化学技术考察薄膜的光电化学活性。结果表明:TiO2纳米薄膜具有锐钛矿晶型,其粒径随着K2Ti2O5薄膜制备温度的降低而减小,约为30～150nm;TiO2纳米薄膜在0.1mol/LNa2SO4溶液中具有典型的光电化学活性以及较高的稳定性,比在含少量草酸的溶液中采用溶胶-凝胶法制备的TiO2薄膜具有更强的光激发和更稳定的光电流响应性能,TiO2薄膜电极的平带电位发生负移,负移值为0.140V(vsSCE),饱和光电流密度为0.32mA/cm2。     

掺氮对WO_3薄膜电致变色调制性能的影响

采用反应磁控溅射法在ITO玻璃上制备氮掺杂氧化钨(WO3:N)薄膜。采用XRD、XPS、AFM对薄膜的结构、成分、结合键和表面形貌进行表征。将WO3:N薄膜封装制成电致变色器件,并采用直流稳压电源和分光光度计对其进行变色调制性能测试。结果表明:制备的WO3:N薄膜为纳米晶结构,其衍射峰位随着含N量的增加而右移;WO3:N薄膜中W、O分别以W6+和O2-存在,而N以中性价态、WO3中的O位替换以及表面吸附3种状态存在;随着WO3:N薄膜中含N量的升高,表面粗糙度逐渐增大,且有利于器件着色;当掺氮2.80%(摩尔分数)时,电致变色器件调制幅度最大为68.8%,比未掺氮器件的高出7.7%,适用于节能玻璃。     

RuO_2·nH_2O薄膜的制备以及物相演变和伏安特性

以RuCl3·3H2O水溶液为电沉积液,采用直流-示差脉冲组合电沉积技术,通过后续热处理工艺制备超级电容器用钽基RuO2·nH2O薄膜电极材料。用X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FTIR)、差热分析仪(DTA)、扫描电镜(SEM)和电化学分析仪,研究前驱体RuCl3·cH2O转化为RuO2·nH2O的物相演变行为以及微观组织形貌和循环伏安性能。结果表明:随着热处理温度升高,前驱体RuCl3·cH2O通过4步反应转变成RuO2·nH2O薄膜;该薄膜经历从无定形向晶体结构的转变。经300℃热处理的RuO2·nH2O薄膜电极材料的单位面积质量为2.5mg/cm2,比电容达到512F/g;当电压扫描速率从5mV/s增加到250mV/s时,其比电容下降34%。     

二氧化钒纳米点阵的制备及其红外光学特性研究

为了得到相变温度低且变色性能优越的光学材料,使其能够广泛应用于智能窗领域,对周期结构VO2纳米点阵的相变和光学特性展开了研究。用修正的Sellmeier色散模型结合二维点阵周期结构的等效折射率计算了VO2纳米点阵在不同占空比下的反射率和透射率。利用多孔氧化铝模板掩膜溅射法,先在玻璃上制备钒金属纳米点阵,再经热氧化工艺制备出VO2纳米点阵,测试其表面形貌、组分结构、红外反射和透射谱线。结果表明,占空比为0.83的纳米点阵其相变温度有效降低至43℃,在1700 nm处透射率改变量达到29%,表现出良好的变色特性,且透射率整体高于VO2薄膜。说明通过制备较佳占空比的纳米点阵可以有效降低材料的相变温度,提升材料的热致变色性能。     

溶胶凝胶法制备WO_3-MoO_3复合薄膜的气致变色性能(英文)

采用溶胶凝胶技术分别制备了 WO3 和 MoO3溶胶,PdCl2作为催化剂被掺入 WO3-MoO3复合溶胶中,然后采用提拉浸渍镀膜法成功制备了 WO3-MoO3复合薄膜。采用原子力显微镜和 X 射线衍射仪分别研究了薄膜的表面形貌和薄膜的晶态结构。采用紫外可见分光光度计原位测试了 WO3-MoO3复合薄膜的气致变色性能。研究表明,该法制备的非晶体的 WO3-MoO3复合薄膜也具有很好的气致变色性能。     

以锯齿状碳纳米管为模板原位合成微/纳米球状氧化钨

以锯齿状CNTs管束作为模板担载H_2WO_4前驱体。在液相沉积过程中H_2WO_4被锯齿状CNTs包裹,所得H_2WO_4/CNTs团簇的平均尺寸为500 nm,由直径10～20 nm的H_2WO_4组成,比表面积和孔容分别为85.24 m~2·g~(-1)和0.2933 m~3·g~(-1)。将H_2WO_4/CNTs置于氧气气氛中进行热处理,除去CNTs后,得到了由纳米颗粒组成的WO_3微米球,比表面积和孔容分别为18.7 m~2·g~(-1)和0.2055 m~3·g~(-1)。结果表明,锯齿状CNTs对有效调节分层结构WO_3发挥重要作用,对制备微纳米结构材料具有广阔的应用前景。     

ZAO/WO3/PAMPS/ZAO全固态电致变色薄膜器件的制备和性能研究

采用直流反应磁控溅射法制备ZAO薄膜和WO3薄膜,PAMPSS-Li 作为离子储存层和离子导电层,ZAO薄膜作为对电极,制备成ZAO/WO3/PAMPS/ZAO电致变色器件.运用XRD、SEM、可见分光光度计、伏安特征曲线分别对薄膜的晶体结构、成分、微观表面形貌、透射光谱特性及电致变色性能进行分析,探讨了WO3薄膜的电致变色性能和微观结构之间的关系.结果表明:PAMPS-Li 离子胶体是一种很好的离子储存层和离子导电层.实验中全固态电致变色薄膜器件在可见光范围内着色态和褪色态平均透光率差值高达50%以上.     

以锯齿状碳纳米管为模板原位合成微/纳米球状氧化钨（英文）

以锯齿状CNTs管束作为模板担载H_2WO_4前驱体。在液相沉积过程中H_2WO_4被锯齿状CNTs包裹,所得H_2WO_4/CNTs团簇的平均尺寸为500 nm,由直径10～20 nm的H_2WO_4组成,比表面积和孔容分别为85.24 m~2·g~(-1)和0.2933 m~3·g~(-1)。将H_2WO_4/CNTs置于氧气气氛中进行热处理,除去CNTs后,得到了由纳米颗粒组成的WO_3微米球,比表面积和孔容分别为18.7 m~2·g~(-1)和0.2055 m~3·g~(-1)。结果表明,锯齿状CNTs对有效调节分层结构WO_3发挥重要作用,对制备微纳米结构材料具有广阔的应用前景。     

基于光固化的全固态电致变色器件制备与性能

目的使用聚乙二醇400(Polyethylene Glycol 400,PEG400)掺杂直接将光固化树脂溶于电解液,并通过光固化先液后固制备全固态电解质。方法使用溶胶-凝胶法制备掺杂了聚乙二醇400的WO_3薄膜,用高氯酸锂粉末、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate,PMMA)粉末和光固化树脂(UV-cured resin)配制了凝胶态的电解液。采用毛细封装法对制得的WO_3薄膜进行光固化封装。对制得的电致变色器件进行循环响应时间、光透过率和记忆效应测试,使用扫描电子显微镜对薄膜表面形貌进行分析。结果掺杂了聚乙二醇400的WO_3薄膜表面裂痕明显减少,平均粗糙度为3nm,疏松孔隙结构较多,制得的电致变色器件完全着色时只需要0.5s,而未掺杂PEG400制得的电致变色器件完全着色需要4 s,掺杂了PEG400制得的器件完褪色需要0.5 s,而未掺杂的器件需要1.5 s,且掺杂组比未掺杂组的光调制幅度要高出20%,记忆效应也要更好。结论掺杂PEG400可以使WO_3薄膜表面更加均匀,有效地提升了光调制幅度和降低了循环响应时间,记忆效应也有明显的提升。同时,利用光固化技术制备全固态电致变色器件,制备工艺简单,且易于保存。     

锶离子掺杂对NiO薄膜离子传输和电致变色性能的改善作用

电致变色材料在智能显示和军事伪装等领域具有非常重要的应用前景。为了改善NiO薄膜在碱性电解液中变色响应时间长,循环稳定性差的问题,本文采用水热法制备了锶离子掺杂纳米片状NiO电致变色薄膜,离子掺杂引起的晶格畸变与微纳结构的协同作用,使NiO薄膜展现出了优异的电致变色性能。锶离子掺杂一方面改善了NiO薄膜的电化学特性,从而缩短了电致变色响应时间(着色时间约为4.5 s,褪色时间约为2.7 s),提高了着色效率(CE, 85.2 cm₂^C_-1⁾。另一方面为NiO晶体结构提供了支撑,增强了电致变色过程中晶体结构的稳定性,从而显著提升了薄膜的循环稳定性(循环次数超过了10000次)。本文的研究结果对促进电致变色材料的工程化应用具有一定的借鉴和指导意义。