一種水滑石前驅(qū)體熱解制備摻鋁氧化鎳電致變色薄膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電致變色薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種水滑石前驅(qū)體熱解制備摻鋁氧化鎳電致變色薄膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電致變色材料是指在一定電壓下顏色能發(fā)生持久可逆變化的物質(zhì)，正由于這類材料特殊的性質(zhì)和良好的應(yīng)用前景，人們對(duì)其具有極大的關(guān)注度。電致變色材料可分為無(wú)機(jī)、有機(jī)、無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合和無(wú)機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料等四大類。本發(fā)明涉及的電致變色材料N1屬于無(wú)機(jī)這一大類，Ni O電致變色薄膜的制備方法有很多，例如，磁控濺射法、化學(xué)氣相沉積法、電沉積法、噴霧熱解法、脈沖激光沉積法、溶膠-凝膠法等。N1薄膜具有原材料來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、制備工藝簡(jiǎn)單、光學(xué)調(diào)制范圍大、是研宄最多的陽(yáng)極電致變色材料，但是由于其電致變色速度慢和循環(huán)穩(wěn)定性差，限制其商業(yè)化的應(yīng)用。而摻鋁的氧化鎳薄膜屬于無(wú)機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合電致變色材料，此類材料能改善單一無(wú)機(jī)電致變色材料的性能。
[0003]層狀復(fù)合金屬氫氧化物(Layered Double Hydroxides,簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)DHs，又稱水滑石)是一類典型的陰離子型層狀材料，對(duì)于二元金屬元素組成的LDHs大多具有層板元素長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)，其熱解產(chǎn)物具有元素均勻分散特性。并且很多LDHs的陽(yáng)離子比例可調(diào)，范圍在2-4之間。而N1-AlLDHs體系不僅具有元素長(zhǎng)程有序的特點(diǎn)而且陽(yáng)離子比例可調(diào)范圍比一般的水滑石更大。通過(guò)陽(yáng)離子比例的調(diào)節(jié)能揭示鋁離子含量對(duì)氧化鎳電致變色性能的影響，找到改善性能的最佳比例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供了一種水滑石前驅(qū)體熱解制備摻鋁氧化鎳電致變色薄膜的方法，該方法提高了其光學(xué)調(diào)制及循環(huán)穩(wěn)定性能。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:首先采用常規(guī)的共沉淀法合成不同陽(yáng)離子比例的N1-AlLDHs,并將之分散于乙醇中形成膠體溶液，通過(guò)運(yùn)用涂膜機(jī)將膠體溶液旋涂成膜后在馬弗爐中熱解成鋁摻雜的氧化鎳電致變色薄膜。
[0006]本發(fā)明所述的水滑石前驅(qū)體熱解制備摻鋁氧化鎳電致變色薄膜的方法的具體步驟如下:
[0007]1.將10-20mg鎳鋁水滑石研磨成粉末，然后分散到10_30ml的乙醇中超聲10-30min制得膠體溶液；
[0008]2.超聲條件下，將ITO片依次浸泡于稀鹽酸、丙酮、乙醇中，5-20分鐘后取出干燥，然后將步驟I制備的膠體溶液滴在處理后的ITO片上，通過(guò)旋涂法制備10-30層鎳鋁水滑石薄膜；
[0009]3.將步驟2所得鎳鋁水滑石薄膜置于馬弗爐中，在300-700°C下熱解5_20分鐘制得摻鋁氧化鎳電致變色薄膜。
[0010]所述的鎳鋁水滑石的化學(xué)式是！NihAlx(OH)2(CO3)x.πιΗ20，其中0.04彡χ彡0.33，m為結(jié)晶水?dāng)?shù)量，取值范圍為0.5-9?
[0011]上述制備得到的摻鋁氧化鎳電致變色薄膜的電致變色性能測(cè)試方法為:取面積為3cm2的摻鋁氧化鎳電致變色薄膜作為工作電極，配制6M的KOH溶液作為電解質(zhì)溶液，在三電極體系下測(cè)試其電致變色性能，Pt電極為輔助電極，甘汞電極為參比電極。
[0012]本發(fā)明制備得到的電致變色薄膜是一類新型的均勻摻鋁氧化鎳電致變色薄膜材料。該薄膜還可通過(guò)陽(yáng)離子比例的調(diào)控來(lái)改變摻鋁氧化鎳電致變色薄膜的性能。該薄膜在投料比為19:1時(shí)制備的薄膜具有高光學(xué)調(diào)制范圍(58% )、快轉(zhuǎn)變速度(漂白時(shí)間1.8s，著色時(shí)間4.2s)和好的循環(huán)穩(wěn)定性(200次循環(huán)降低15%電致變色性能)。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1-5得到的不同陽(yáng)離子比例的水滑石的XRD譜圖，(a)3:l(b)5:1(c) 9:1(d) 19:1(e) 29:1o
[0014]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的鎳鋁(3:1)水滑石的HRTEM和STEM圖；A和B是水滑石熱解產(chǎn)物的HRTEM圖，C是晶格衍射條紋圖，D是熱解產(chǎn)物Ni和Al的mapping圖。
[0015]圖3是實(shí)施例1-5制備的摻鋁氧化鎳電致變色薄膜的CV圖，掃描速度分別為5OmVs 1O
[0016]圖4是實(shí)施例1-5得到的漂白態(tài)摻鋁氧化鎳電致變色薄膜的透射率，掃描范圍300_800nmo
[0017]圖5是實(shí)施例1-5得到的著色態(tài)摻鋁氧化鎳電致變色薄膜的透射率，掃描范圍300_800nmo
[0018]圖6是實(shí)施例1-5得到的摻鋁氧化鎳電致變色薄膜的計(jì)時(shí)電流曲線，并顯示了摻鋁(19:1)氧化鎳薄膜的漂白時(shí)間和著色時(shí)間。
[0019]圖7是實(shí)施例4得到的摻鋁(19:1)氧化鎳電致變色薄膜的循環(huán)穩(wěn)定性研宄。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面通過(guò)具體的實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步解釋本發(fā)明。
[0021]實(shí)施例1
[0022]1.采用共沉淀法制備水滑石，具體方法為稱取11.632g Ni (NO3) 2.6H20和5gAl (NO3)3.9H20溶解在去離子水中配成10mL混合鹽溶液，稱取4.68g NaOH和3.77g似20)3溶解在去離子水中配成10mL堿溶液，將兩種混合溶液同時(shí)滴入裝有120ml去離子水的三口燒瓶?jī)?nèi)并伴隨機(jī)械攪拌，40°C水浴，通過(guò)調(diào)控反應(yīng)最終pH達(dá)到10，晶化24h，離心洗滌，干燥，研磨成粉，得到的鎳鋁水滑石的化學(xué)式是=Nia 753Ala 247 (OH)2(CO3)ai24.H2O ；
[0023]2.稱取1mg步驟I中制得的鎳鋁水滑石粉末分散于1ml的乙醇中，超聲20min，得到膠體溶液；選取2cm*3cm的ITO片，超聲條件下，將之依次浸泡于稀鹽酸、丙酮、乙醇中，5分鐘后取出干燥；
[0024]3.將膠體溶液滴在ITO片上，然后置于涂膜機(jī)上，先低速500rpm旋轉(zhuǎn)20s，再高速2000rpm 旋轉(zhuǎn) 1s ；
[0025]4.重復(fù)步驟3，30次，制得以ITO為基底的均勻分布的30層鎳鋁水滑石薄膜；將所得鎳鋁水滑石薄膜置于馬弗爐中，在400°C下熱解5分鐘制得摻鋁氧化鎳電致變色薄膜。
[0026]5.電致變色性能測(cè)試方法:取面積為3cm2上述制備的摻鋁氧化鎳電致變色薄膜作為工作電極，配制6M的KOH溶液作為電解質(zhì)溶液，在三電極體系下測(cè)試其電致變色性能，Pt電極為輔助電極，甘汞電極為參比電極。在一定掃速下測(cè)試其電化學(xué)性能，然后通過(guò)固體紫外手段測(cè)試經(jīng)過(guò)電化學(xué)處理的摻鋁氧化鎳電致變色薄膜。
[0027]對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行表征:由圖1a中003、006、012等特征峰可知為鎳鋁碳酸根水滑石的XRD圖；由表I可知所生成水滑石的陽(yáng)離子比例為3.05:1 ;由圖2可知鋁均勻摻雜在生成的N1中；由圖3可知所制備均勻鋁摻雜氧化鎳的電化學(xué)性能；由圖4和5能知道鋁摻雜氧化鎳電致變色薄膜在著色態(tài)和漂白態(tài)的透過(guò)率，可得到在500nm下的光學(xué)調(diào)制范圍為53.5%。由圖6能通過(guò)電流響應(yīng)和時(shí)間的變化曲線得到著色態(tài)和變色態(tài)的變化速率。
[0028]實(shí)施例2
[0029]1.采用共沉淀法制備水滑石，具體方法為稱取11.632g Ni (NO3) 2.6H20和3.75gAl (NO3) 3.9H20溶解在去離子水中配成10mL混合鹽溶液，稱取4.4g NaOH和3.551gNa2CO3S解在去離子水中配成10mL堿溶液，將兩種混合溶液同時(shí)滴入裝有120ml去離子水的三口燒瓶?jī)?nèi)并伴隨機(jī)械攪拌，40°C水浴，通過(guò)調(diào)控反應(yīng)最終pH達(dá)到10，離心洗滌，干燥，研磨成粉，得到的鎳鋁水滑石的化學(xué)式是:Ni0.831Al0.169 (OH)2 (CO3) ο.085.0.8H20 ；
[0030]2.同實(shí)施例1 ;
[0031]3.同實(shí)施例1 ；
[0032]4.同實(shí)施例1 ;
[0033]5.同實(shí)施例1。
[0034]對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行表征:由圖1b中003、006、012等特征峰可知為鎳鋁碳酸根水滑石的XRD圖；由圖3可知所制備均勻鋁摻雜氧化鎳的電化學(xué)性能；由圖4和5能知道鋁摻雜氧化鎳電致變色膜在著色態(tài)和漂白態(tài)的透過(guò)率，可得到在500nm下的光學(xué)調(diào)制范圍為52.9%。由圖6能通過(guò)電流響應(yīng)和時(shí)間的變化曲線得到著色態(tài)和變色態(tài)的變化速率。
[0035]實(shí)施例3
[0036]1.采用共沉淀法制備水滑石，具體方法為稱取11.632g Ni (NO3) 2.6H20和
1.67gAl (NO3) 3.9H20溶解在去離子水中配成10mL混合鹽溶液，稱取3.91g NaOH和3.16gNa2CO3S解在去離子水中配成10mL堿溶液，將兩種混合溶液同時(shí)滴入裝有120ml去離子水的三口燒瓶?jī)?nèi)并伴隨機(jī)械攪拌，40°C水浴，通過(guò)調(diào)控反應(yīng)最終pH達(dá)到10，離心洗滌，干燥，研磨成粉，得到的鎳鋁水滑石的化學(xué)式是:Ni0.895Al0.105 (OH)2 (CO3) ο.052.2H20 ；
[0037]2.同實(shí)施例1 ;
[0038]3.同實(shí)施例1 ;
[0039]4.同實(shí)施例1 ;
[0040]5.同實(shí)施例1。
[0041]對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行表征:由圖1c中003、006、012等特征峰可知為鎳鋁碳酸根水滑石的XRD圖；由圖3可知所制備均勻鋁摻雜氧化鎳的電化學(xué)性能；由圖4和5能知道鋁摻雜氧化鎳電致變色膜在著色態(tài)和漂白態(tài)的透過(guò)率，可得到在500nm下的光學(xué)調(diào)制范圍為55.2%。。由圖6能通過(guò)電流響應(yīng)和時(shí)間的變化曲線得到著色態(tài)和變色態(tài)的變化速率。
[0042]實(shí)施例4
[0043]1.采用共沉淀法制備水滑石，