基于V_2O_5薄膜的电致变色器件的研究

发布时间：2017-09-27 16:06

  本文关键词：基于V_2O_5薄膜的电致变色器件的研究

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【摘要】：电致变色器件是由工作电极、电解质、对电极叠加构成的,在外加电压的驱动下颜色发生可逆变化。器件中的每层材料所起的作用不同,其中对电极,主要用来存储和提供离子,因此要求具有足够的电荷存储量和优良的电化学循环稳定性。 五氧化二钒(V2O5)具有层状结构,电荷存储量高,常被应用在各种储能器件中。同时其在氧化还原状态下透过率较高而且相差小,符合对电极材料在电致变色器件中的应用要求。但是,研究发现,它的电荷循环稳定性较差,这一因素限制了它的实际应用。我们主要通过掺杂的方法扭曲V2O5层状结构,使其具有更多自由的空间供离子嵌入和抽出,从而提高薄膜的循环稳定性。 实验中采用电沉积,旋涂和喷雾等湿化学方法制备薄膜,首先利用电沉积法制备锰(Mn)掺杂的V2O5薄膜,Mn离子在电压的驱动下嵌入V2O5结构中。与传统的湿化学方法相比,这种方法可以避免沉淀的产生,从而能够得到匀平滑的复合薄膜,但Mn掺杂的V2O5薄膜在还原态具有颜色,会影响器件褪色态的透过率,而且电沉积在制备大面积时存在局限性,所以选择钛(Ti)元素掺杂V2O5结构,解决上述光学透过率的问题,同时达到增强薄膜与基板的粘贴性,并且提高薄膜的电荷循环稳定性。在制备混合溶液的过程中,加入乙酸作为稳定剂,最终得到澄清混合溶液；采用操作简单,成本较低,适合大面积生产的喷雾法来制备均匀的Ti掺杂的V2O5薄膜。 分别利用沉积和旋涂的方法制备循环稳定的普鲁士蓝(PB)和高透明的Ti掺杂氧化铈(CeO2)薄膜作为对电极材料应用在器件中。在使用湿化学方法制备薄膜时,考虑溶液的浓度,成分,溶剂等各种因素对成膜性质的影响,选择合适的前驱体溶液制备变色材料薄膜,并通过调节实验参数和改变实验流程来制备大面积均匀薄膜。 在上述的基础上,利用多种对电极材料与工作电极三氧化钨(WO3)薄膜组装制备器件,并对器件的性质进行表征,主要通过光学性质,着色效率,记忆效果和循环稳定性分析上述器件的优缺点,并探究影响电致变色性质的因素。实验的研究结果可以为提高材料和器件的性质提供了数据支持和参考。
【关键词】：电致变色 湿化学法 WO_3 V_2O_5对电极的掺杂改性 光学性质 循环稳定性 记忆效应 大面积薄膜的制备
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O484
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-11
• 第1章 绪论11-29
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 电致变色器件12-15
• 1.3 无机电致变色材料15-18
• 1.4 电致变色材料薄膜的制备方法18-21
• 1.5 测量仪器设备21-22
• 1.6 本文设计思路22
• 参考文献22-29
• 第2章 电化学方法制备Mn掺杂V_2O_5复合薄膜29-44
• 2.1 引言29-31
• 2.2 实验部分31-41
• 2.2.1 实验原料31
• 2.2.2 电沉积V_2O_5薄膜的性质31-34
• 2.2.3 PEG改性的V_2O_5薄膜34-36
• 2.2.4 Mn掺杂V_2O_5薄膜的制备36-37
• 2.2.5 Mn掺杂V_2O_5薄膜的结构分析37-39
• 2.2.6 Mn掺杂V_2O_5薄膜的形貌分析39
• 2.2.7 Mn掺杂V_2O_5薄膜的电化学和光学性质39-40
• 2.2.8 Mn掺杂的V_2O_5薄膜的循环稳定性40-41
• 2.3 本章小结41
• 参考文献41-44
• 第3章 V_2O_5薄膜稳定性的提高44-53
• 3.1 引言44-45
• 3.2 实验部分45-46
• 3.2.1 实验原料45
• 3.2.2 实验过程45-46
• 3.3 结论与分析46-51
• 3.3.1 Ti掺杂V_2O_5薄膜的结构分析46-49
• 3.3.2 Ti掺杂V_2O_5薄膜的电化学与光学性质研究49-51
• 3.4 本章小结51
• 参考文献51-53
• 第4章 喷雾法制备V_2O_5薄膜及其性质研究53-63
• 4.1 前言53-54
• 4.2 实验部分54-55
• 4.2.1 实验原料54
• 4.2.2 实验设备与薄膜制备过程54-55
• 4.3 结论与分析55-61
• 4.3.1 结构分析55-57
• 4.3.2 表面形貌57-58
• 4.3.3 电化学性质58-60
• 4.3.4 光学性质60-61
• 4.4 本章小结61
• 参考文献61-63
• 第5章 电镀法制备WO_3薄膜63-77
• 5.1 引言63-64
• 5.2 实验部分64-69
• 5.2.1 实验原料64-65
• 5.2.2 WO_3薄膜的纳米结构研究65-66
• 5.2.3 WO_3薄膜前驱液的制备66-67
• 5.2.4 WO_3薄膜的制备67-68
• 5.2.5 薄膜厚度对着色效率的影响68-69
• 5.3 结果与讨论69-73
• 5.3.1 不同方法制备的WO_3薄膜的性质69-71
• 5.3.2 不同方法制备的WO_3薄膜的表面形貌71-72
• 5.3.3 不同方法制备的WO_3薄膜的成分分析72-73
• 5.3.4 不同方法制备的WO_3薄膜的结构分析73
• 5.4 本章小结73-74
• 参考文献74-77
• 第6章 器件的制备与研究77-94
• 6.1 引言77-78
• 6.2 实验部分78-84
• 6.2.1 透明导电层78-79
• 6.2.2 工作电极：WO_3薄膜79-81
• 6.2.3 对电极：基于V_2O_5,PB和CeO_2薄膜81-84
• 6.2.4 电解液84
• 6.2.5 器件的制备84
• 6.3 结果与讨论84-91
• 6.3.1 基于V_2O_5和WO_3薄膜器件的性质84-89
• 6.3.2 基于PB和WO_3薄膜器件的性质89-90
• 6.3.3 基于CeO_2-TiO_2和WO_3薄膜器件的性质90-91
• 6.4 本章小结91
• 参考文献91-94
• 课题展望94-95
• 在读期间完成的学术论文95-96
• 致谢96

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 罗飞;周德凤;杨国程;刘建伟;李朝辉;孟健;;静电纺丝法制备V_2O_5微纳米棒及光催化性能[J];无机化学学报;2013年03期

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本文编号：930593