结晶度对三氧化钨薄膜电致变色性能影响的研究

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电致变色是指材料在外加电场的作用下由于离子/电子的嵌入/脱出而引起的光学属性的变化(如颜色、透射率、反射率、吸收率等)。三氧化钨是一种较为常用的无机电致变色材料,非晶的三氧化钨由于疏松的结构,离子/电子在脱嵌过程中其响应速度快,但多次循环后,内部疏松结构坍塌,因此稳定性差。增加结晶度可以提高循环稳定性,但较致密有序的原子排列,造成离子/电子脱嵌速度慢,因此控制和选择适当的结晶度,对材料电致变色性能的影响极为重要。因此,本文通过调控不同结晶度三氧化钨薄膜,研究结晶度对响应时间、循环稳定性等电致变色性能的影响,从而获得优化的结晶度,满足其在使用过程中响应时间及循环寿命的要求。首先,利用电沉积方法,制备出了非晶的三氧化钨薄膜,研究沉积时间对电致变色性能的影响。随着电沉积时间的增加,光学调制范围和着色效率逐渐增大,褪色时间逐渐增加,而着色时间减小,主要是由于沉积时间的不同导致了形貌差异。在1000 s电沉积时间下所制备的三氧化钨薄膜体现出83%的较大光学调制范围、4 s的平均响应时间以及83 cm2·C-1的较高着色效率。为了精确控制结晶度,利用溶胶-凝胶法,通过调控反应温度和时间,制备不同结晶度三氧化钨薄膜。测试不同结晶度薄膜对电致变色性能的影响:由于随结晶度的增大,Li+在薄膜中扩散速度降低,因此响应时间随结晶度的升高而增加。结晶程度越高,其Li+在薄膜中因束缚而沦陷的量越少,同时长程有序排列的原子有助于保持结构稳定性。结晶度为72%时,嵌入电荷的利用率最高,光调制范围可达到77%,着色效率为55 cm2·C-1。最后将所制备的电致变色性能优异的结晶度为72%的薄膜组装为固态电致变色器件,器件展现出优异的性能。褪色态的透过率达到75%,在400 nm1100 nm范围内平均光学调制范围达到60%,响应时间为25s,着色效率达到52 cm2·C-1,相对光亮度达到45.5%,该器件作为智能窗应用能够实现对太阳热辐射的调控。
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