氧化钨基电致变色器件的多波段调控研究
发布时间：2021-08-07 14:07
电致变色是指材料在外加电场或电流的作用下通过氧化还原反应使其颜色或光学性质发生稳定可逆变化的现象,在智能窗、军事伪装、通讯技术和显示屏等领域有广泛的应用。氧化钨作为最为经典的无机电致变色材料,具有高的光学调制率、高的着色效率和优异的循环稳定性,过去关于氧化钨材料的电致变色研究很多,然而一般都集中在可见光的透过率调制。太阳光主要由使我们看得见的可见光和带绝大部分热量的近红外光组成,在可见光波段进行波峰的调制可以实现多彩颜色的控制,对近红外光波段的调控能实现对太阳热的管理,同时对可见光和近红外光进行多波段独立调控,则可以获得能对光和热同时调控的新型智能窗。本论文主要针对现有氧化钨基电致变色材料及器件光谱调控单一的难点,对其可见光波段多彩色的调制,近红外波段透过率的调制以及可见-近红外光双波段的独立调控方面进行了系统研究,包括相关材料、薄膜、器件的制备、表征与性能研究,研究内容主要包含以下几个方面:1.在可见光波段的多彩调控方面,无机电致变色的多彩色调制一直是扩大无机电致变色显示器和成像设备等应用范围的瓶颈,例如氧化钨由于其本身电子学结构,只能表现出无色到蓝色的调制,远达不到实际生活中对多彩...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?（ａ）紫精分子在三种氧化还原态之间的结构转换；（ｂ）导电聚合物在掺杂过程中能??带结构的变化
?第１章绪论???合态”，它可以在氧化态和还原态上同时着色，如Ｖ２〇５?［６６＃］。由于大多数电致变??色金属氧化物都是由八面体结构单元组成，因此可以提出阴极电致变色和阳极电致??变色的理论模型。电致变色金属氧化物具有０?２ｐ轨道和金属ｄ轨道分离良好的特??点，其中金属ｄ轨道通过八面体对称分裂成ｅｇ和ｔ２ｇ亚轨道Ｗ。由于过渡金属中ｄ??轨道的不饱和填充，很容易在氧化还原反应前后产生多种价态［６９〃１］。图１．２显示??了三种不同类型电致变色金属氧化物的能带结构示意图，对于阴极电致变色材料??（例如Ｗ０３），它们有一个完整的０?２ｐ轨道和一个分离的空ｄ轨道，带隙宽，??薄膜不能吸收可见光，当电解液离子和电子双插入到材料中产生部分填充的ｄ轨??道，导致光的吸收和颜色变化。对于未占据ｔ２ｇ态的阳极电致变色材料（例如ＮｉＯ），??离子和电子的插入将ｔ２ｇ态填满到该能带的顶部，导致４和知能带之间的间隙，??金属氧化物的带隙足够大，则材料就会变得透明。对于“混合态”电致变色材料??（例如Ｖ２０５），它们的ｄ轨道分裂成两个轨道，在带隙中有一个窄的分裂部分，??在“混合态”电致变色材料中插入离子和电子可以填充窄带并扩大光学带隙，其特??征是外观的颜色变化。??普鲁士蓝（ＰＢ）是另一种研宄较多的无机电致变色材料。普鲁士蓝主要是??在含铁离子和六氰化物离子的前驱体溶液中通过电化学沉积方法制备。制备的??ＰＢ膜为蓝色，其中Ｆｅ３＋和Ｆｅ２＋为共存态。当离子和电子在负电压下插入ＰＢ时，??通过单电子转移将Ｆｅ３＋还原为Ｆｅ２＋，使其还原为无色的普鲁士白。此外，ＰＢ还??可以通过单电子转移使Ｆｅ２＋氧化成Ｆｅ３＋，自身则被氧化成柏林绿状
?第１章绪论???翁??ｒｉｒｐｒｉ??Ｉ?■二?ｉ??Ｗｏｒｋｉｎｇ?ｅｌｅａｔｒｏｄｅ?ｌａｙｅｒ?Ｃｏｕｎｔｅｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??丨?Ｉ?＾—?０－??图１．３电致变色器件的结构示意图。??１．２．３电致变色性能评价??电致变色性能的评价指标主要是光学调制率、变色时间、着色效率、循环稳??定性。在智能窗领域，光学调制率是最重要的电致变色参数，它是指电致变色材??料在透过状态和着色状态下的透过率差值，光学调制率越大，则表明该电致变色??材料有越强的光学调控能力，理想电致变色材料的光学调制率是１００％，这意味??着该材料在褪色状态下是完全透明状态，而在着色状态下则是完全不透明状态。??一般情况下，光学调制率都是评价一种电致变色材料性能的重要参数指标，然而??在多彩电致变色调控领域，透射或者反射峰位置的调节能力才是反映电致变色材??料性能的关键因素，因为峰位置的调制幅度代表其颜色能变化的范围，反而光学??调制率带来的只是颜色明暗的变化，在多彩电致变色调制中并不值得追求。??响应时间是指电致变色材料从一种光学状态转变成另一种光学状态所需要??的时间，一般定义为透过率改变９０％时所对应的时间，从褪色态到着色态所花时??间为着色时间，从着色态到褪色态所消耗时间为褪色时间。在智能窗领域，几到??十几秒的响应时间是可以被消费者所接受的，但是在电致变色显示器领域，这个??响应时间则远达不到要求。而电致变色的响应时间与离子在界面处以及溶液中的??扩散效率、电子在电致变色材料中和集流体上的传递速度有很大的关系，因此改??善电致变色材料的结构、提高集流体导电率和提高电解液中的离子扩散效率都对??提高电致变色响应时间
【参考文献】：
期刊论文
[1]Inorganic electrochromic materials based on tungsten oxide and nickel oxide nanostructures[J]. Dongyun Ma,Jinmin Wang. Science China（Chemistry）. 2017(01)
[2]Recent advances in multifunctional electrochromic energy storage devices and photoelectrochromic devices[J]. Zhongqiu Tong,Yanlong Tian,Hongming Zhang,Xingang Li,Junyi Ji,Huiying Qu,Na Li,Jiupeng Zhao,Yao Li. Science China（Chemistry）. 2017(01)
本文编号：3327934
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?（ａ）紫精分子在三种氧化还原态之间的结构转换；（ｂ）导电聚合物在掺杂过程中能??带结构的变化
?第１章绪论???合态”，它可以在氧化态和还原态上同时着色，如Ｖ２〇５?［６６＃］。由于大多数电致变??色金属氧化物都是由八面体结构单元组成，因此可以提出阴极电致变色和阳极电致??变色的理论模型。电致变色金属氧化物具有０?２ｐ轨道和金属ｄ轨道分离良好的特??点，其中金属ｄ轨道通过八面体对称分裂成ｅｇ和ｔ２ｇ亚轨道Ｗ。由于过渡金属中ｄ??轨道的不饱和填充，很容易在氧化还原反应前后产生多种价态［６９〃１］。图１．２显示??了三种不同类型电致变色金属氧化物的能带结构示意图，对于阴极电致变色材料??（例如Ｗ０３），它们有一个完整的０?２ｐ轨道和一个分离的空ｄ轨道，带隙宽，??薄膜不能吸收可见光，当电解液离子和电子双插入到材料中产生部分填充的ｄ轨??道，导致光的吸收和颜色变化。对于未占据ｔ２ｇ态的阳极电致变色材料（例如ＮｉＯ），??离子和电子的插入将ｔ２ｇ态填满到该能带的顶部，导致４和知能带之间的间隙，??金属氧化物的带隙足够大，则材料就会变得透明。对于“混合态”电致变色材料??（例如Ｖ２０５），它们的ｄ轨道分裂成两个轨道，在带隙中有一个窄的分裂部分，??在“混合态”电致变色材料中插入离子和电子可以填充窄带并扩大光学带隙，其特??征是外观的颜色变化。??普鲁士蓝（ＰＢ）是另一种研宄较多的无机电致变色材料。普鲁士蓝主要是??在含铁离子和六氰化物离子的前驱体溶液中通过电化学沉积方法制备。制备的??ＰＢ膜为蓝色，其中Ｆｅ３＋和Ｆｅ２＋为共存态。当离子和电子在负电压下插入ＰＢ时，??通过单电子转移将Ｆｅ３＋还原为Ｆｅ２＋，使其还原为无色的普鲁士白。此外，ＰＢ还??可以通过单电子转移使Ｆｅ２＋氧化成Ｆｅ３＋，自身则被氧化成柏林绿状
?第１章绪论???翁??ｒｉｒｐｒｉ??Ｉ?■二?ｉ??Ｗｏｒｋｉｎｇ?ｅｌｅａｔｒｏｄｅ?ｌａｙｅｒ?Ｃｏｕｎｔｅｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??丨?Ｉ?＾—?０－??图１．３电致变色器件的结构示意图。??１．２．３电致变色性能评价??电致变色性能的评价指标主要是光学调制率、变色时间、着色效率、循环稳??定性。在智能窗领域，光学调制率是最重要的电致变色参数，它是指电致变色材??料在透过状态和着色状态下的透过率差值，光学调制率越大，则表明该电致变色??材料有越强的光学调控能力，理想电致变色材料的光学调制率是１００％，这意味??着该材料在褪色状态下是完全透明状态，而在着色状态下则是完全不透明状态。??一般情况下，光学调制率都是评价一种电致变色材料性能的重要参数指标，然而??在多彩电致变色调控领域，透射或者反射峰位置的调节能力才是反映电致变色材??料性能的关键因素，因为峰位置的调制幅度代表其颜色能变化的范围，反而光学??调制率带来的只是颜色明暗的变化，在多彩电致变色调制中并不值得追求。??响应时间是指电致变色材料从一种光学状态转变成另一种光学状态所需要??的时间，一般定义为透过率改变９０％时所对应的时间，从褪色态到着色态所花时??间为着色时间，从着色态到褪色态所消耗时间为褪色时间。在智能窗领域，几到??十几秒的响应时间是可以被消费者所接受的，但是在电致变色显示器领域，这个??响应时间则远达不到要求。而电致变色的响应时间与离子在界面处以及溶液中的??扩散效率、电子在电致变色材料中和集流体上的传递速度有很大的关系，因此改??善电致变色材料的结构、提高集流体导电率和提高电解液中的离子扩散效率都对??提高电致变色响应时间
【参考文献】：
期刊论文
[1]Inorganic electrochromic materials based on tungsten oxide and nickel oxide nanostructures[J]. Dongyun Ma,Jinmin Wang. Science China（Chemistry）. 2017(01)
[2]Recent advances in multifunctional electrochromic energy storage devices and photoelectrochromic devices[J]. Zhongqiu Tong,Yanlong Tian,Hongming Zhang,Xingang Li,Junyi Ji,Huiying Qu,Na Li,Jiupeng Zhao,Yao Li. Science China（Chemistry）. 2017(01)
本文编号：3327934
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