大面積、均勻性、快響應WO制造技術

大面積、均勻性、快響應WO

Large area, uniformity and quick response WO

Large area, uniformity and quick response WO

【技術實現步驟摘要】
大面積、均勻性、快響應WO3電致變色器件及其制備方法
本專利技術涉及大面積WO3電致變色器件及其制備方法，屬于功能材料技術應用領域。
技術介紹
隨著工業的迅速發展,能源短缺和環境污染已成為人類社會急需解決的關鍵問題。發達國家將大量能源應用于建筑物的溫度調節,其中空調能耗占首位。因此,采取各種措施降低能耗逐漸成為人們的共識,例如以節能和舒適要求來調節太陽光譜的智能窗,在未來建筑物中有廣闊的應用前景,受到了人們的廣泛關注。許多物質在受熱、光照、外加電場等外界作用時,其顏色會發生變化,即產生致色現象。致變色材料是指在外界條件作用下,能連續可逆的調節太陽電磁輻射的材料,致變色可分為光致變色、熱致變色、電致變色、氣致變色以及光電致變色等,其中電致變色材料是近年來研究的熱點之一。電致變色是指材料在電場作用下顏色產生穩定可逆變化的現象。當材料在電化學作用下發生電子與離子的注入與抽出時，其價態和化學組分將發生變化，從而使材料的反射與透射性能改變，在外觀性能上表現為顏色及透明度的可逆變化。電致變色材料中電荷的注入與抽出可以通過外界電壓或電流的改變而方便地實現，注入或抽出電荷的多少直接決定了材料的致色程度，調節外界電壓或電流可以控制電致變色材料的電致變色程度；通過改變電壓的極性可以方便地實現著色或消色；已著色的材料在切斷電流而不發生氧化還原反應的情況下，可以保持著色狀態，即具有記憶功能。電致變色薄膜的優異性能以及在節能方面的應用前景受到人們的普遍關注,符合未來智能材料的發展趨勢。、WO3電致變色材料作為當前最為熱點的研究方向，當前對其主要研究多數集中于單層薄膜的光學調制幅度、響應時間及電致變色效率等性能方面的改善。對于電致變色器件的大面積的制備及發展比較有限。當前制備WO3電致變色器件的最成熟的方法是磁控濺射技術，但該方法制備工藝較復雜，且成本較高。由于制備的薄膜致密性較大，這樣使得該薄膜的著色和褪色響應速度較長，所需作用電壓較大(大于2V)，不利于循環穩定性。其次、WO3電致變色器件主要機構為五層結構，即玻璃ITO/NiO/LiClO4+PC+PMMA/WO3/ITO玻璃。其中、電解質處于電致變色WO3層和離子存儲層NiO之間，整個器件結構如同一個三明治。該結構決定，良好的電致變色器件需要電致變色WO3層和離子存儲層NiO同時具有好的電致變色性能。該結構的影響因素較多、制備工藝較復雜、相應的制備成本較高。且該器件的顏色為WO3層的藍色和離子存儲層NiO的棕色相互重疊，使得顏色沒有單一的WO3電致變色美觀，穩定性也受到兩種薄膜的雙重影響。
技術實現思路
本專利技術主要通過成本較低、操作簡單的電化學沉積技術，制備出大面積，均勻性好，著/褪色速度快，光學調制幅度大及結構簡單、顏色美觀的電致變色WO3器件。為實現低成本，操作簡單這一目的，本專利技術采用以下步驟：(1)將鎢粉與雙氧水按照3g：10ml的比例進行反應，然后加入與雙氧水等體積的無水乙醇，再用醋酸進行pH值調節至2-3，得到電沉積WO3前驅體溶液；(2)選用平板石墨電極作為對電極，ITO平板導電玻璃為工作電極，選擇Ag/KCl作為參比電極，將工作電極與對電極進行平行相對放置，以步驟(1)的前驅體溶液作為電解液進行電沉積，采用恒電流沉積模式進行電沉積，在ITO導電玻璃表面得到WO3電致變色薄膜；優選在給定電流密度為0.5mA/cm2恒電流沉積模式下電沉積400s得到WO3電致變色薄膜；進一步優選為了保證每次所鍍薄膜的致密性、厚度及與薄膜的粘合程度保持一致，本專利技術用特殊的電化學沉積技術：且工作電極和對電極均與電解液上表面平行，且石墨對電極在上面，在電化學沉積過程中使用pH計對溶液的pH值實時監控，同時用配好的KOH溶液同位滴定調節，確保電解液pH值時刻都與初始態相同。其結構如圖1所示。(3)制備LiClO4固態電解質：往碳酸丙烯酯(PC)溶劑中加入一定量的LiClO4，攪拌溶解；然后加入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉末，調整到該電解液的狀態接近固態。優選：往碳酸丙烯酯(PC)溶劑中加入一定量的LiClO4，攪拌溶解最終配置成1-2mol/L；然后加入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉末，調整到該電解液的狀態接近固態；優選所得的固態在50℃具有流動性，(4)將步驟(2)所得的WO3電致變色薄膜與空白的ITO玻璃通過步驟(3)配置的固態電解質進行粘合，形成三明治夾層結構，然后放在真空環境中加熱(優選50℃)保持一段時間進行器件成型處理；(5)對制備的成型器件的四周邊緣進行密封處理，即得到所需面積尺寸根據需要調節的WO3電致變色器件。本專利技術結構簡單，性能穩定的WO3電致變色器件，本專利技術選擇四層結構作為器件的整體結構，不使用NiO作為離子存儲層，直接以ITO電極為對電極進行器件組裝。結構如圖2所示。附圖說明圖1制備大面積、均勻的WO3電致變色薄膜裝置圖；圖2為本專利技術所制備的四層WO3電致變色器件結構示意圖。圖3實施例1中30×30cm2WO3電致變色器件在±2V的控制電壓作用下響應時間表征。圖4實施例1中30×30cm2WO3電致變色器件±2V的控制電壓作用下的可見光調制幅度表征。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式，進一步闡明本專利技術的實質性特點和顯著優點，本專利技術決非僅局限于所陳述的實施例，該專利對于其他相類似的制備工藝具有相同的指導作用。實施例1制備30×30cm2WO3電致變色器件1)制備電沉積所需WO3前驅體溶液：在室溫條件下，稱取120g鎢粉與400mL雙氧水進行反應，待反應12小時之后將白色沉淀在8000轉/分鐘的轉速下離心過濾，得到黃色的WO3前驅體溶液。用440mL的無水乙醇及12mL的醋酸對制備的溶液進行稀釋及pH＝2.5值調節。2).通過恒電位儀在給定電流密度為0.5mA/cm2恒電流沉積模式下電沉積時間為400s，在ITO導電玻璃表面進行電化學沉積WO3電致變色薄膜；選擇30×30cm2的石墨電極作為對電極。以30×30cm2的ITO導電玻璃為工作電極，將工作電極與對電極進行平行對稱排列，間距為3cm。同時選擇Ag/KCl作為參比電極。3).將沉積的薄膜在80℃的環境中干燥5小時，后取出保存待用。4).制備固態電解質。往1000ml碳酸丙烯酯PC溶液中加入160g的LiClO4溶解，后加入600g的PMMA粉末，使得電解液的狀態接近固態，且在50℃溫度下具有一定的流動能力。5).將沉積有WO3薄膜的ITO玻璃與空白的ITO玻璃通過配置的固態電解質進行粘合，形成三明治夾層結構，后放在50℃的真空環境中保持12h進行器件成型處理。5).對制備的成品器件的四周邊緣進行密封處理，即得到30×30cm2的大面積WO3電致變色器件。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
大面積、均勻性、快響應WO

【技術特征摘要】
1.大面積、均勻性、快響應WO3電致變色器件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將鎢粉與雙氧水按照3g：10ml的比例進行反應，然后加入與雙氧水等體積的無水乙醇，再用醋酸進行pH值調節至2-3，得到電沉積WO3前驅體溶液；(2)選用平板石墨電極作為對電極，ITO平板導電玻璃為工作電極，選擇Ag/KCl作為參比電極，將工作電極與對電極進行平行相對放置，以步驟(1)的前驅體溶液作為電解液進行電沉積，采用恒電流沉積模式進行電沉積，在ITO導電玻璃表面得到WO3電致變色薄膜；(3)制備LiClO4固態電解質：往碳酸丙烯酯(PC)溶劑中加入一定量的LiClO4，攪拌溶解；然后加入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉末，調整到該電解液的狀態接近固態。(4)將步驟(2)所得的WO3電致變色薄膜與空白的ITO玻璃通過步驟(3)配置的固態電解質進行粘合，形成三明治夾層結構，然后放在真空環境中加熱保持一段時間進行器件成型處理；(5)對制備的成型器件的四周邊緣進行密封處理，即得到所需面積尺寸根據需要調節的WO3電致變色器件。2.按...

【專利技術屬性】
技術研發人員：嚴輝，周開嶺，汪浩，張永哲，
申請(專利權)人：北京工業大學，
類型：發明
國別省市：北京,11