无机电致变色薄膜与多色彩电致变色器件研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:heyouzhang033
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作为目前商用电致变色器件的核心材料,无机电致变色材料具有可操控性强、驱动电压低、双稳态、对比度高、成本低、工作温度范围广等优点,但依然存在着如响应速度较慢、变色机理不甚明确以及色彩相对单一等问题,影响了其在电致变色显示等领域的进一步应用拓展。本文分别制备了氧化钨和氧化镍电致变色薄膜,对其性能及变色机理进行了研究,并将优化后的氧化钨薄膜用于多色彩无机电致变色器件的研究,主要解决无机电致变色器件色彩的单一的问题。首先,本文采用溶胶-凝胶法制备了氧化镍电致变色薄膜,并研究了退火温度对氧化镍薄膜的影响,结果表明:(1)氧化镍前驱体在300℃的退火处理时转变为氧化镍晶体,随着退火温度的上升,薄膜的结晶度提高,微晶尺寸也随之长大,同时晶格畸变现象减少;(2)氧化镍的电致变色反应发生在微晶的界面,且此过程中离子与电子的注入会影响薄膜的载流子浓度从而影响薄膜的光学透过率,因此更小的晶粒尺寸能带来更好的电致变色性能;(3)在300℃下退火的氧化镍电致变色薄膜具有比较好的电致变色性能,着色效率达到21.7 cm~2/C,着色态与漂白态的光学调制范围达到41%。接着,研究了溅射气压对氧化钨薄膜的影响,在室温下溅射了非晶的氧化钨薄膜。随着工作气压的降低,氧化钨薄膜的密度和粗糙度均有提高。在低气压下沉积的薄膜由于密度更大因此氧化钨的质量更大,从而具有更大的致色深度,更高的着色深度,但存在一定的离子滞留效应;同时低气压下溅射的氧化钨薄膜具有更多的氧空位,着色效率更高。综合考虑,本文选择12.5 m Torr作为制备氧化钨薄膜的工作气压,此条件下制备的氧化钨薄膜综合性能相对良好,具有15.82 cm~2/C的着色效率和40%的光学调制范围。最后,对多色彩无机电致变色器件进行了研究,成功构建了W-WO3的布拉格反射镜模型。并在模型指导下成功制备了反射型多色彩无机电致变色器件,通过调节氧化钨薄膜厚度,构建了不同颜色的电致变色器件。在±3 V的电压驱动下,实现了黄-蓝、橙-草绿、青绿-海蓝以及紫-靛蓝四种不同类型的色彩转换,平均着色响应达到1 s,平均漂白时间达到2 s,解决了无机电致变色器件色彩单一和响应速度慢的问题。此外本文构建了透射型多色彩无机电致变色器件仿真模型,通过对不同电极材料的仿真模拟,对构建透射型多色彩无机电致变色器件的可能性进行了讨论。
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