一種噴涂法制備大面積多孔電致變色薄膜的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種噴涂法制備大面積多孔電致變色薄膜的方法，包括：通過低溫溶液法制備水性鉬摻雜氧化鎢超細(xì)納米線墨水，然后噴涂于FTO導(dǎo)電玻璃上，原位熱氧化，得到大面積多孔電致變色薄膜。本發(fā)明的方法制備工藝簡單省時，成本低；制備多孔電致變色薄膜能夠增加電化學(xué)反應(yīng)活性位點，加快電子傳輸以及提高電子傳輸效率，有效地提高薄膜變色速度、著色效率和循環(huán)穩(wěn)定性等電致變色性能，具有擺脫真空鍍膜，實現(xiàn)溶液法玻璃表面制膜的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種噴涂法制備大面積多孔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的制備領(lǐng)域，特別涉及一種噴涂法制備大面積多孔電致變色薄膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電致變色是指對材料施加電壓時，材料具有可逆變化的顏色。能夠基于電化學(xué)氧化還原反應(yīng)而發(fā)生光學(xué)性質(zhì)(例如，顏色)可逆變化的材料被稱為電致變色材料。氧化鎢由于其優(yōu)異的電致變色性能成為電致變色的研究熱點。
[0003]近年來，隨著摻雜技術(shù)的發(fā)展，研究者希望能通過摻雜技術(shù)提高氧化鎢電致變色薄膜的性能。Y.S.Lin等在J.Solid State Electrochem.Vol.17(2013)pp.1077-1088上報道了鉬摻雜氧化鎢可以提高薄膜變色的人眼光學(xué)敏感度，提高電致變色性能。J.M.0-Ruedade Le<5n等在Electrochim.Acta Vol.56(2011 )pp.2599-2605上報道了一種噴霧熱解法制備鉬摻雜氧化鎢薄膜。盡管噴霧熱解法制備鉬摻雜氧化鎢薄膜的電致變色性能有所提高，但在實際應(yīng)用中還存在很多問題，如:(I)制備工藝復(fù)雜，需要退火處理；(2)著色效率較低，能源利用率較差。
[0004]究其原因，主要有以下兩個方面:首先，這些薄膜的制備都采用分子前驅(qū)液作為噴涂溶液，噴涂過程中的加熱只是為了使分子前驅(qū)液分解，并不能獲得良好的結(jié)晶性，因此需要退火處理;其次，噴霧熱解所制得的薄膜往往比較致密，不利于離子的嵌入脫出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種噴涂法制備大面積多孔電致變色薄膜的方法，該方法制備工藝簡單，成本低，具有在玻璃表面制膜的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用可能性，所制得薄膜的結(jié)構(gòu)獨特，能提供較大的電化學(xué)反應(yīng)活性表面，有效地提高了響應(yīng)速度(變色時間<20s)、著色效率(28.9cm2/C)和循環(huán)穩(wěn)定性(2000循環(huán)薄膜無明顯變化)等電致變色性能。
[0006]本發(fā)明的一種噴涂法制備大面積多孔電致變色薄膜的方法，包括:
[0007](I)通過低溫溶液法制備水性鉬摻雜氧化鎢超細(xì)納米線墨水;其中，納米線的直徑為2?5nm;
[0008](2)將步驟(I)中得到的超細(xì)納米線墨水噴涂于FTO導(dǎo)電玻璃上，原位熱氧化，得到大面積多孔電致變色薄膜;其中，原位熱氧化的溫度為200?500°C。
[0009]所述步驟(I)中低溫溶液法為冷凝回流的方法;其中，低溫溶液法為:取鎢酸和氧化鉬溶于過氧化氫中，加熱溶解，得到透明溶膠，將溶膠稀釋后103?120°C冷凝回流10?12h，洗滌后分散于去離子水中；所述鎢酸、氧化鉬和過氧化氫質(zhì)量比為3:1:40?4:1:43。
[0010]所述步驟(I)中鉬摻雜氧化鎢超細(xì)納米線為納米晶定向附著形成的納米線。
[0011 ] 所述步驟(2)中原位熱氧化的時間為5?I Omin。
[0012]所述步驟(2)中超細(xì)納米線墨水的濃度為0.2?lmg/ml。
[0013]所述步驟(2)中的電致變色薄膜材料為多孔鉬摻雜氧化鎢納米顆粒薄膜。
[0014]本發(fā)明在導(dǎo)電玻璃基底上通過噴涂法構(gòu)筑多孔電致變色薄膜突破現(xiàn)有電致變色薄膜材料的技術(shù)瓶頸，解決現(xiàn)有技術(shù)問題，為實現(xiàn)電致變色玻璃的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化打下堅實的基礎(chǔ)。
[0015]有益效果
[0016](I)本發(fā)明的制備方法簡單，成本低，具有在玻璃表面制膜的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用可能性；
[0017](2)本發(fā)明的多孔鉬摻雜氧化鎢薄膜是通過在FTO導(dǎo)電玻璃的表面噴涂納米晶定向附著的納米線墨水，通過原位熱氧化，納米晶二次生長使得納米線斷開形成多孔結(jié)構(gòu)薄膜；
[0018](3)本發(fā)明的電致變色薄膜具有多孔結(jié)構(gòu)，這種多孔結(jié)構(gòu)既縮短了離子在薄膜中的擴(kuò)散路徑，又使其活性表面能夠被充分利用，從而能有效地提高薄膜的著色效率。
【附圖說明】
[0019]圖1為實施例1中鉬摻雜氧化鎢納米線粉末的X射線衍射圖；
[0020]圖2為實施例1中鉬摻雜氧化鎢納米線的透射電鏡圖；
[0021]圖3為實施例1中大面積多孔電致變色薄膜的掃描電鏡圖；
[0022]圖4為實施例1中大面積多孔電致變色器件的數(shù)碼照片圖；
[0023]圖5為實施例1中大面積多孔電致變色器件分別在著色和褪色狀態(tài)下的光透過率曲線；
[0024]圖6為實施例1中大面積多孔電致變色器件的電致變色時間響應(yīng)曲線；
[0025]圖7為實施例1中大面積多孔電致變色器件的光學(xué)密度差值-電荷密度曲線；
[0026]圖8為實施例2中大面積電致變色薄膜的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0028]實施例1
[0029]稱取5g鎢酸和1.44g氧化鉬溶于60mL過氧化氫中，加熱至95°C，待完全溶解后冷卻得到黃色透明溶膠;將透明溶膠用去離子水與乙二醇稀釋至200mL，取其中10mL透明溶膠以及I OOmL去離子水倒入250mL燒瓶中，置于油浴鍋中，冷凝回流，110 °C保溫1小時，最后離心洗滌并最終分散于去離子水中形成0.5mg/mL的納米線墨水。將10mL納米線墨水在實驗室條件下噴涂在10 X 1cm2的FTO玻璃上，原位熱氧化(300°C，6min)制備出多孔電致變色薄膜，并組裝成電致變色器件。圖1為所制得納米線粉末的X射線衍射圖，對照標(biāo)準(zhǔn)X射線衍射圖譜可以看出:該薄膜為單斜晶相的W0.7iMo0.2903，與標(biāo)準(zhǔn)卡片JCros 01-076-1279對應(yīng)。圖2為所制得納米線的透射電鏡照片，可以看出明顯的納米線結(jié)構(gòu)，納米線直徑在3nm左右。圖3為噴涂法制備多孔電致變色薄膜的掃描電鏡照片，可以看出明顯的無序多孔。
[0030]為了了解上述實施例所制得的多孔薄膜的電致變色性能，將上述制備得到的多孔電致變色薄膜組裝成如圖4所示，器件用兩電極系統(tǒng)結(jié)合電化學(xué)工作站和固體紫外可見分光光度計來測定制得器件的光透過率變化和電致變色響應(yīng)速度，并計算著色效率。結(jié)果表明:當(dāng)施加負(fù)壓時(-5V)，器件變藍(lán)；當(dāng)施加正壓時(+5V)，器件發(fā)生退色現(xiàn)象;如圖5所示，該器件的透光率在300?800nm波段有著明顯的變化，在λ = 632.8nm處達(dá)到了23.7% ;該器件的響應(yīng)時間可以控制在20s以內(nèi)，如圖6所示；，著色效率達(dá)到28.9cm2/C，如圖7所示。這種器件在未來電致變色智能窗領(lǐng)域具有非常好的應(yīng)用前景。
[0031]實施例2
[0032]稱取5g鎢酸和1.44g氧化鉬溶于60mL過氧化氫中，加熱至95°C，待完全溶解后冷卻得到黃色透明溶膠;將透明溶膠用去離子水與乙二醇稀釋至200mL，取其中10mL透明溶膠以及I OOmL去離子水倒入250mL燒瓶中，置于油浴鍋中，冷凝回流，110 °C保溫1小時，最后離心洗滌并最終分散于去離子水中形成0.5mg/mL的納米線墨水。將10mL納米線墨水在實驗室條件下噴涂在10 X 1cm2的FTO玻璃上，原位熱氧化(400°C，6min)制備出電致變色薄膜。圖8為所制備電致變色薄膜的掃描電鏡照片，可以看出并無明顯的多孔結(jié)構(gòu)。
【主權(quán)項】
1.一種噴涂法制備大面積多孔電致變色薄膜的方法，包括: (1)通過低溫溶液法制備水性鉬摻雜氧化鎢超細(xì)納米線墨水;其中，低溫溶液法為:取鎢酸和氧化鉬溶于過氧化氫中，加熱溶解，得到透明溶膠，將溶膠稀釋后103?120°C冷凝回流10?12h，洗滌后分散于去離子水中； (2)將步驟(I)中得到的超細(xì)納米線墨水噴涂于FTO導(dǎo)電玻璃上，原位熱氧化，得到大面積多孔電致變色薄膜;其中，原位熱氧化的溫度為200?500°C。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種噴涂法制備大面積多孔電致變色薄膜的方法，其特征在于，所述步驟(I)中納米線的直徑為2?5nm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種噴涂法制備大面積多孔電致變色薄膜的方法，其特征在于，所述步驟(I)中鉬摻雜氧化鎢超細(xì)納米線為納米晶定向附著形成的納米線。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種噴涂法制備大面積多孔電致變色薄膜的方法，其特征在于，所述步驟(2)中超細(xì)納米線墨水的濃度為0.2?lmg/ml。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種噴涂法制備大面積多孔電致變色薄膜的方法，其特征在于，所述步驟(2)中原位熱氧化的時間為5?lOmin。
【文檔編號】C03C17/23GK105859151SQ201610196232
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】王宏志, 李海增, 劉學(xué)龍, 李耀剛, 張青紅
【申請人】東華大學(xué)