半导体微纳米结构修饰工作电极的电致变色性能研究

发布时间：2020-05-18 16:10

【摘要】：可逆的,持久地通过小的工作电压在光学参数或颜色受控的情况下可以发生颜色变化的电致变色器件越来越引起人们的注意。在电致变色材料中,过渡金属氧化物,尤其是氧化镍和四氧化三钴电致变色材料受到了广泛关注。近年来,电致变色已被证明广泛应用于各种电化学反应器,在显示器、汽车防炫目后视镜等信息显示领域展示了广阔的应用前景。本文采用简单的水热法、浸渍法和化学沉积等方法制备了Co_3O_4、ZnO/Co_3O_4、rGO/NiO等电致变色材料,并将其组装为电致变色器件。本文对样品进行了XRD、SEM、UV-vis等测试表征。对其透过率、着色效率、响应时间、循环稳定性等一系列电致变色性能进行了深入的探究。具体内容如下:(1)Co_3O_4电致变色薄膜性能的探究通过水热法在ITO导电玻璃为基底在水热反应釜中制备出了不同厚度的Co_3O_4电致变色薄膜,然后将其制备为电致变色器件。主要探究了不同硝酸钴浓度制备的Co_3O_4薄膜电致变色器件性能的影响。结果发现前驱液浓度为0.04 g/mL的Co_3O_4工作电极上Co_3O_4分布相较于其它两种浓度的Co_3O_4片层分布更为均匀,且排列紧密程度较为适中,对应的电致变色器件具有更为优良的电致变色性能,具体表现为,在波长为600 nm处具有更大的光调制范围(36%)和更为优异的循环稳定性能。(2)ZnO微米棒阵列与Co_3O_4的复合及电致变色性能由于Co_3O_4电致变色器件本身具有光学调制范围低,循环寿命短等缺陷,从而限制了其在商业化中的实际应用。本文采用将无机电致变色材料Co_3O_4与其它无机或有机材料相复合的方法来提高Co_3O_4电致变色器件本身的性能。结果发现,ZnO/Co_3O_4电致变色器件相比于Co_3O_4电致变色器件具有更为优良的电致变色性能,具体表现为,具有更大的光调制范围(54%)、更快的响应时间(着色时间3.5 s、褪色时间6.9 s),以及更为优异的电化学和循环稳定性能。通过进一步优化的Co_3O_4电致变色器件,不仅补偿了电致变色的其它颜色系统,未来更有可能开发出低成本、绿色无污染的商用信息显示产品。ZnO/Co_3O_4电致变色器件的电致变色性能的增强主要归因于ZnO微米棒与Co_3O_4的协同贡献,它可以促进离子的扩散并且能作为离子存储层提升电子传输速率。(3)rGO薄膜与NiO薄膜的复合及电致变色性能通过采用化学浴沉积法合成制备了NiO工作电极,随后采用浸渍法用一定浓度的rGO悬浮液对NiO薄膜进行修饰,从而制备了rGO/NiO复合材料电致变色器件的工作电极。研究测试结果表示,rGO/NiO电致变色器件具有更好的记忆效应,在去掉电压1200 s后,在550 nm处仍能保持34.8%的光学调制范围、更快的着色时间(10 s)、更为优异的循环稳定性等电致变色性能指标。由于氧化还原石墨烯/氧化镍复合薄膜中有更大的空隙以及石墨烯优异的电子导电性,便于离子在其中的扩散,使rGO/NiO电致变色器件相较于NiO电致变色器件展示出更短的着色时间,很大程度提高了NiO本身电致变色器件的性能。
【图文】：

致变色,电致变色,阳极,材料

图 1.1 阳极电致变色和阴极电致变色材料如图 1.1 所示，绿色区域和黄色区域分别为阳极电致变色和阴极电致变色材料。阳极材料有钒（V）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钨（W）、钴（Co）和镍（N的氧化物，，其中以氧化镍和氧化钨的研究最为广泛和深入，而氧化钴电致变色性能少。阴极电致变色的金属氧化物有钛（Ti）、铌（Nb）、钼（Mo）和 W 等形成的其中三氧化钨电致变色薄膜是最早发现并得到广泛研究的电色材料之一，现在以三致变色薄膜作为电致变色材料的电致变色器件已经可以实现产业化。在这些过渡金中，只有部分可以在可见光区域具有良好的透过率。性能较为突出的有氧化镍（Ni化三钴（Co3O4）和五氧化二钒（V2O5）[11,12]。在阳极电致变色材料中，由于氧化镍薄膜具有低能耗、高着色效率、开路记忆等特车防炫目后视镜、智能窗等实际生活领域中有着广阔的应用前景[13,14]。氧化镍是一种具有氯化钠（NaCl）结构的 3d 过渡金属氧化物[15]，如图 1.2 所示。

结构示意图,电致变色材料,材料

Ni2+O2-图 1.2 NiO 结构示意图色材料材料种类相对较多，可以分为有机小分子电致变色材料]，其颜色变化来自氧化还原反应。因其材料丰富变化的下进行多种颜色的变化而受到广泛的关注[20,21]。色材料和二元电致变色材料合材料的不同可以将电致变色材料分为一元电致变色材色材料。本文着重介绍一元和二元电致变色材料。色材料变色材料来说，可以通过改善其本身的结构，制造具有
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;O646.54

【参考文献】