类普鲁士蓝纳米结构的合成及其电致变色性能的研究

发布时间：2020-06-03 14:42

【摘要】：当今世界面临着日益严重的环境污染和能源短缺问题,严重影响着社会的可持续发展,减少环境污染和降低能源消耗成为当今社会的首要任务,节能环保型材料应运而生,电致变色材料作为一种节能环保材料已成功应用在“智能窗”、防眩后视镜、显示器的各个领域,其应用前景和价值无限广阔。普鲁士蓝类似物作为一种无机电致变色材料,具有来源广、循环稳定性好、色彩变化丰富等特点,近年来被广泛研究。本文通过共沉淀法制备不同种类的普鲁士蓝类似物粉体,旋涂法制备了不同种类的普鲁士蓝类似物薄膜,此种方法操作简单,成本低。采用溶剂热法制备了不同形貌氧化钨薄膜。本实验制备了铁氰化镍/不同有机聚合物薄膜、铁氰化钴/PEODOT:PSS薄膜,网状结构和花状结构的氧化物薄膜。采用XRD、SEM等对制备的普鲁士蓝类似物和氧化钨薄膜进行成分分析和形貌表征。将薄膜组装成电致变色器件,制得铁氰化镍电致变色器件、铁氰化钴电致变色器件、氧化钨和铁氰化镍的互补型器件,测试各器件的电致变色性能,并进行比较。(1)利用铁氰化钾和乙酸镍共沉淀制得了颗粒尺寸约50-60 nm左右的铁氰化镍粉体,为了得到更均匀牢固的薄膜,在旋涂液中加入PEDOT:PSS或PVP,研究了不同聚合物对成膜均匀性及其电致变色性能的影响。将制备的薄膜组装成器件,测试了器件透过率和响应时间等电致变色性能。在400 nm波长时,基于铁氰化镍PEDOT:PSS复合材料薄膜和基于铁氰化镍PVP复合材料薄膜两种器件的调制幅度达到最大值,分别为15%和12%,前者的着色时间和褪色时间分别为4 s和21 s;后者的着色时间和褪色时间分别为51 s和36 s。(2)利用铁氰化钾和乙酸钴共沉淀合成了铁氰化钴粉体,与铁氰化镍相似,其颗粒大小约50-60 nm。采用旋涂法在ITO透明导电玻璃上制备了铁氰化钴/PEDOT:PSS薄膜,并组装成器件,基于铁氰化钴/PEDOT:PSS薄膜的器件透过率光谱,在470 nm波长时,调制幅度达到最大值为10%。基于铁氰化钴/PEDOT:PSS薄膜的电致变色器件变绿和变红的响应时间分别为4.3 s和3 s,变化时间非常短。(3)利用溶剂热,通过改变溶剂制备了纳米网状结构和纳米花状结构的氧化物薄膜,乙醇作为溶剂制备了厚度约为400 nm纳米网状结构氧化钨薄膜,四氢呋喃和乙醇作为溶剂时,制备了厚度约为754 nm的纳米花状结构氧化钨薄膜,通过旋涂法在FTO导电玻璃上制备了厚度约3.19μm,颗粒大小约50-60 nm的铁氰化镍/PEDOT:PSS薄膜。将花状结构氧化钨薄膜分别组装成氧化钨电致变色器件和互补型器件,两种器件均在750 nm处透过率调制幅度达到最大值,氧化钨器件的透过率变化幅度约为40%,互补型器件的透过率变化幅度约为35%。纳米花状结构的氧化钨器件的褪色时间为20.5 s,着色时间为87.9 s,纳米花状结构的氧化钨薄膜和铁氰化镍/PEDOT:PSS薄膜组成的互补型器件的褪色响应时间为22 s,着色时间为65 s。
【图文】：

示意图,过渡金属氧化物,元素周期表,阳极

过渡金属氧化物中的过渡金属离子由于其能量不稳定，在外界条件作用下(施加电压)经常发生电子的迁移，从而引起化合价的变化，从而导致过渡金属氧化物外观上表现出颜色的明显变化如图1-1所示。由于过渡金属氧化物种类繁多，因而在施加电压时，其外观表现也多种多样，有的金属氧化物在施加正电压其颜色明显加深，呈现着色状态，而施加负电压时，其颜色变浅，呈现褪色状态，这类金属氧化物属于阳极电致变色材料如氧化镍、氧化钴等。有的金属氧化物则正好相反，当施加负电压时其颜色显著加深，呈着色状态，而施加负电压后，其颜色变浅呈现褪色状态，这类金属氧化物属于阴极电致变色材料如氧化钨、氧化钼等。图 1-1 阳极和阴极变色过渡金属氧化物在元素周期表中的示意图Fig.1-1 Anodic and cathodic coloration metal oxide films in the Periodic Table of theelements（1）氧化钨氧化钨是电致变色历史上被研究次数最多的一种电致变色材料。自 1969 年，无定型的 WO3被发现具备电致变色现象以来，至今已有近 50 年的发展历史

普鲁士蓝

艺发现氧化镍薄膜在 300℃退火处理后具备优异的电致达到 40.1%，着色和褪色时间短分别为 5.4s 和 3.6s，，高。具有低成本，来源丰富且环保等诸多优点，深受生产电致国浙江的上方有限公司就将氧化镍电致变色玻璃投入生于节能建筑中去。士蓝及其类似物蓝当初是作为一种染料被发现的，早在 19 世纪 70 年代广泛应用在德国军服上。随着科研工作者的努力，普鲁士才逐渐被发现，目前普鲁士蓝在二次电池[55]，生物传感电子舌[58]，电致变色器件[59]等领域具有很高的研究和应特殊的分子结构[60]，使其成为一种优秀的电致变色材料溶性的普鲁士蓝和可溶性的普鲁士蓝。其分别对应两种士蓝分子式为 FeIII4[FeII(CN)6]3，可溶性的普鲁士 )6。其分子结构如下图所示：
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34

【参考文献】