离子液体-有机液体混合体系中制备NiO电致变色薄膜的结构和性能
发布时间：2020-02-08 07:19
【摘要】：采用电化学沉积方法在NiCl_2、离子液体和有机液体(DMF)混合体系中制备出结构和性能优异的NiO电致变色薄膜。采用SEM、XRD、紫外-可见分光光度仪、电化学工作站对薄膜的形貌、物相、光学及电化学等方面进行了研究。通过对沉积电位和时间的控制,实现了对薄膜厚度和微结构的控制。结果表明,在室温下,在沉积电位为3.0 V,沉积时间30 s的条件下,所得到的NiO薄膜具有最佳光学性能,其消/着色态透光率差值达到52.7%。在沉积电位3.9 V,沉积时间20 s条件下,薄膜具有最快的响应时间(t_b/t_c=0.32 s/0.30 s)。
【图文】：
图2不同沉积时间下NiO薄膜的SEM图［(a)、(c)、(e):样品5、6、7的表面图;(b)、(d)、(f):样品5、6、7的截面图］Fig.2SEMimagesoftheNiOfilmsdepositedfordifferenttime［(a)，(c)and(e):Surfaceimagesofsample5，6and7.(b)，(d)and(e):cross-sectionimagesofsample5，6and7］比较样品1～4ΔOD(表2)发现，在电压2.5～3.9V范围内，随着沉积电位的增大ΔOD呈现出先增大后减少的趋势，在沉积电位为3.0V时(样品2)，ΔOD达到最大值，这与薄膜透光率曲线相一致。图5是样品2、5、6、7(时间10s、20s、30s和40s)的消/着色态在350～800nm波长范围内透光率曲线，参数见表2。由图5可见，沉积时间对透光率影响也较明显，消/着色态透光率都随沉积时间的增加而降低。原因是沉积时间会影响薄膜厚度，进而会影响薄膜结构和性能。由表2看出，样品5、2、6和7的ΔT分别为24.8%，48.2%，52.7%和44.1%，样品6的最大。其原因可以通过图2来进行分析，沉积时间为10s，沉积在基体上的NiO较少，薄膜薄，，能起到变色作用的NiO很少，消/着色态透光率都较高。在沉积时间低于30s范围内，随着沉积时间的增加，薄膜厚度增加，能起到变色作用的NiO增加，所以ΔT逐渐增大。但是沉积时间继续增加，厚度和致密度的影响会变得明显。当沉积时间40s时，薄膜较厚且致密，散射作用强，薄膜内部NiO不能充分参与变色反应，薄膜在消色态透光4科学技术与工程16卷
图3样品2的XRD图Fig.3XRDpatternofsample2率会降低，ΔT也降低。表2NiO薄膜的光学/电化学参数Table2Optical/electrochemicalparametersoftheNiOfilms样品沉积电位/V沉积时间/sΔT/%ΔODtb/tc/sQr/Qo/mC12.52036.10.250.60/0.5031.6/38.723.02048.20.280.52/0.4036.0/43.233.52042.40.360.46/0.3451.0/55.043.92039.90.320.32/0.3040.2/51.053.01024.80.140.48/0.3028.5/40.963.03052.70.460.85/0.6076.9/70.073.04044.10.410.91/0.7265.1/52.82.3电化学性能2.3.1循环伏安曲线NiO薄膜发生反应原理一般认为H+或OH－的注入和抽出，化学反应式为NiO(bleached)+OH迤→－NiOOH(colored)+e－(2)Ni(OH)2(bleached迤→)NiOOH(colored)+H++e－(3)循环伏安曲线可以表征反应的可逆性和参与反应的NiO的量。图6是样品1～4的循环伏安曲线。可见，每个曲线均有一对明显的氧化还原峰。其中，氧化峰对应着Ni2+→Ni3+，发生着色反应;还原峰对应着Ni2+→Ni3+，发生消色反应。在循环伏安曲线中，氧化峰与还原峰的面积可以用来衡量薄膜中抽出电荷量(Qr)与注入电荷量(Qo)的多少。由图6和表1中样品1～4的Qr/Qo值可知，随着沉积电位降低，峰面积逐渐增大，当沉积电位3.0V时达到最大值。这是由于随着沉积电位降低，相同时间内生成的NiO增加，能参与变色反应的NiO增多，所以在3.9V到3.0V电位范围内，峰面积和峰值随电压降低而增加。然而，并不是说NiO的量越多，变色效果就会越好，当沉积电位为2.5V时，由图1(a)和(b)可知，薄膜较厚、较致密，反而阻碍了变色反应过程中离子的抽出和注入，导致参与变色反应的NiO减少，峰面积下降。图4
【图文】：
图2不同沉积时间下NiO薄膜的SEM图［(a)、(c)、(e):样品5、6、7的表面图;(b)、(d)、(f):样品5、6、7的截面图］Fig.2SEMimagesoftheNiOfilmsdepositedfordifferenttime［(a)，(c)and(e):Surfaceimagesofsample5，6and7.(b)，(d)and(e):cross-sectionimagesofsample5，6and7］比较样品1～4ΔOD(表2)发现，在电压2.5～3.9V范围内，随着沉积电位的增大ΔOD呈现出先增大后减少的趋势，在沉积电位为3.0V时(样品2)，ΔOD达到最大值，这与薄膜透光率曲线相一致。图5是样品2、5、6、7(时间10s、20s、30s和40s)的消/着色态在350～800nm波长范围内透光率曲线，参数见表2。由图5可见，沉积时间对透光率影响也较明显，消/着色态透光率都随沉积时间的增加而降低。原因是沉积时间会影响薄膜厚度，进而会影响薄膜结构和性能。由表2看出，样品5、2、6和7的ΔT分别为24.8%，48.2%，52.7%和44.1%，样品6的最大。其原因可以通过图2来进行分析，沉积时间为10s，沉积在基体上的NiO较少，薄膜薄，，能起到变色作用的NiO很少，消/着色态透光率都较高。在沉积时间低于30s范围内，随着沉积时间的增加，薄膜厚度增加，能起到变色作用的NiO增加，所以ΔT逐渐增大。但是沉积时间继续增加，厚度和致密度的影响会变得明显。当沉积时间40s时，薄膜较厚且致密，散射作用强，薄膜内部NiO不能充分参与变色反应，薄膜在消色态透光4科学技术与工程16卷
图3样品2的XRD图Fig.3XRDpatternofsample2率会降低，ΔT也降低。表2NiO薄膜的光学/电化学参数Table2Optical/electrochemicalparametersoftheNiOfilms样品沉积电位/V沉积时间/sΔT/%ΔODtb/tc/sQr/Qo/mC12.52036.10.250.60/0.5031.6/38.723.02048.20.280.52/0.4036.0/43.233.52042.40.360.46/0.3451.0/55.043.92039.90.320.32/0.3040.2/51.053.01024.80.140.48/0.3028.5/40.963.03052.70.460.85/0.6076.9/70.073.04044.10.410.91/0.7265.1/52.82.3电化学性能2.3.1循环伏安曲线NiO薄膜发生反应原理一般认为H+或OH－的注入和抽出，化学反应式为NiO(bleached)+OH迤→－NiOOH(colored)+e－(2)Ni(OH)2(bleached迤→)NiOOH(colored)+H++e－(3)循环伏安曲线可以表征反应的可逆性和参与反应的NiO的量。图6是样品1～4的循环伏安曲线。可见，每个曲线均有一对明显的氧化还原峰。其中，氧化峰对应着Ni2+→Ni3+，发生着色反应;还原峰对应着Ni2+→Ni3+，发生消色反应。在循环伏安曲线中，氧化峰与还原峰的面积可以用来衡量薄膜中抽出电荷量(Qr)与注入电荷量(Qo)的多少。由图6和表1中样品1～4的Qr/Qo值可知，随着沉积电位降低，峰面积逐渐增大，当沉积电位3.0V时达到最大值。这是由于随着沉积电位降低，相同时间内生成的NiO增加，能参与变色反应的NiO增多，所以在3.9V到3.0V电位范围内，峰面积和峰值随电压降低而增加。然而，并不是说NiO的量越多，变色效果就会越好，当沉积电位为2.5V时，由图1(a)和(b)可知，薄膜较厚、较致密，反而阻碍了变色反应过程中离子的抽出和注入，导致参与变色反应的NiO减少，峰面积下降。图4
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 梁庆;徐刚;徐雪青;;电致变色玻璃窗节能特性分析[J];材料研究与应用;2008年04期
2 牛微;毕孝国;孙旭东;;电致变色机理的研究现状与发展[J];材料导报;2011年03期
3 王洁冰;谢二庆;许e
本文编号：2577445
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongchengguanli/2577445.html
