氧化钨基电致变色材料可控制备及其性能改善

发布时间：2017-05-18 16:04

  本文关键词：氧化钨基电致变色材料可控制备及其性能改善，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电致变色材料因其高效可逆、持久的光学属性调变能力而受到广泛关注。控制合成变色速度快、循环寿命长的电致变色材料对发展新一代的高性能电致变色器件具有重要意义。本文以WO3电致变色薄膜为核心研究对象,通过核壳复合阵列化设计和原子掺杂等研究策略对其进行改性研究,从而提高WO3薄膜的电致变色性能。采用水热和电沉积方法,设计制备了晶态/非晶态WO3核壳纳米线和Mo掺杂WO3纳米线薄膜,并系统研究了其电致变色以及光学电化学储能联动性能。通过多孔阵列化和结晶程度控制策略,利用水热和电沉积结合法,控制合成了晶态/非晶态WO3核壳纳米线薄膜(c-WO3@a-W03)。其中复合结构核心为水热形成的晶态WO3纳米线,外壳为电沉积的非晶态WO3纳米薄层。相比于纯的非晶态WO3薄膜和WO3纳米线,优化的c-WO3@a-WO3核壳纳米线薄膜具有更宽的光学动态调制范围(750 nm处调节率为70.3%、2000 nm处为42.0%、10 μm处为51.4%)、更快的电致变色速度(3.5/4.8s)、更高的着色效率(43.2cm2C-1)和更优异的循环稳定性(经3000次循环后保持率达68.5%)。研究表明非晶外壳能强化离子迁移率和薄膜结构强度,提高变色速度、着色效率和长周期循环性能。通过同主族元素掺杂策略,利用水热反应法制备了Mo掺杂的WO3纳米线薄膜。均匀少量的Mo掺杂能降低WO3薄膜的结晶性,但不会影响WO3纳米线的形态。相对于未掺杂的WO3薄膜,优化的Mo掺杂(2 at.Wt.%)的WO3纳米线薄膜表现出更为优异的电致变色性能,如更快的着褪色速度(3.2/2.6 s),更高的着色效率(123.5 cm 2 C-1)和更宽的光学动态调制能力(750 nm处56.7%、1600 nm处83.0%、10μm处48.5%)。Mo掺杂能增加WO3薄膜内离子(H+)的扩散系数,提高电致变色性能。此外,光学和电化学储能的联动实验表明Mo掺杂的WO3纳米线兼具储能和变色功能,其储能行为可实时被色彩变化监控和指示。这种多功能光电极材料的设计思路将为今后新型多功能变色储能器件的发展提供借鉴和研究基础。
【关键词】：电致变色 三氧化钨 水热合成法 核壳结构 光学调制 电沉积 电化学储能器件
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-41
• 1.1 电致变色材料的研究意义及其发展历程11-13
• 1.1.1 电致变色的研究意义11
• 1.1.2 电致变色的发展历史11-13
• 1.2 电致变色技术的基本概念与功能评价标准13-16
• 1.2.1 颜色和颜色对比度13-15
• 1.2.2 变色效率15
• 1.2.3 响应时间15-16
• 1.2.4 循环寿命16
• 1.3 电致变色器件结构及其变色机理16-19
• 1.3.1 电致变色器件结构16-17
• 1.3.2 电致变色材料的变色机理17-19
• 1.4 电致变色材料分类19-35
• 1.4.1 无机电致变色材料19-28
• 1.4.2 有机电致变色材料28-33
• 1.4.3 复合电致变色材料33-35
• 1.5 电致变色薄膜制备方法35-36
• 1.5.1 磁控溅射法35
• 1.5.2 电化学沉积法35
• 1.5.3 化学气相沉积法35-36
• 1.5.4 溶胶-凝胶法36
• 1.5.5 水热和溶剂热合成法36
• 1.5.6 化学浴沉积法36
• 1.6 电致变色材料及器件目前存在的主要问题36-38
• 1.6.1 变色种类单一37
• 1.6.2 褪变色速度慢37
• 1.6.3 循环次数少37-38
• 1.6.4 合适的电解液及封装技术38
• 1.7 本文选题依据及主要研究内容38-41
• 第二章 实验仪器与方法41-45
• 2.1 实验试剂与实验设备41-42
• 2.1.1 实验试剂41-42
• 2.1.2 实验设备42
• 2.2 材料的结构和成分表征42-43
• 2.2.1 X射线衍射分析(XRD)42
• 2.2.2 X射线光电子能谱分析(XPS)42
• 2.2.3 扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析(SEM&TEM)42-43
• 2.3 材料的电致变色性能测试43-45
• 2.3.1 电化学性能测试43
• 2.3.2 光学性能测试43-45
• 第三章 晶态/非晶态三氧化钨核壳结构纳米线薄膜的可控制备及其电致变色性能研究45-59
• 3.1 引言45-46
• 3.2 晶态/非晶态三氧化钨核壳结构纳米线薄膜的制备46-47
• 3.3 c-WO_3@a-WO_3核壳纳米线薄膜的结构和形貌47-50
• 3.4 c-WO_3@a-WO_3核壳纳米线薄膜的电化学和电致变色性能50-58
• 3.5 本章小结58-59
• 第四章 Mo掺杂氧化钨纳米线制备及其电致变色-储能联动性能研究59-77
• 4.1 引言59-60
• 4.2 Mo掺杂WO_3纳米线薄膜的制备60
• 4.3 Mo掺杂WO_3纳米线薄膜结构和形貌特征60-66
• 4.4 Mo掺杂WO_3纳米线薄膜电化学和电致变色性能66-76
• 4.5 本章小结76-77
• 第五章 结论与展望77-79
• 5.1 结论77
• 5.2 本论文创新之处77-78
• 5.3 展望78-79
• 参考文献79-91
• 致谢91-93
• 个人简历93-95
• 攻读硕士期间发表的学术论文与取得的其它研究成果95-96

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  本文关键词：氧化钨基电致变色材料可控制备及其性能改善，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：376476