论文部分内容阅读
电致变色是指材料的光学性质(透过率、吸收率、反射率等)在电场驱动下发生可逆变化的现象,其产品主要作为“智能窗”用于建筑物和交通运输工具,同时在信息显示、航天器表面热控、军事伪装等领域也有广阔的应用空间。但是,由于存在制造成本昂贵、功能单一等问题,现实中的应用场景多为示范性项目或者高端军事装备,难以大规模推广普及。除了优化电致变色材料的固有性能,寻找更廉价易行的制备方法外,实现电致变色与其他用途结合,集成多功能一体化器件,未尝不是一个一举多得的解决方案。本文以探索多功能电致变色应用为目的,通过制备PET/AgNWs/ITO薄膜,研究了溅射参数对柔性复合电极光电性能的影响;通过制备PET/AgNWs/ITO/WO3和PET/AgNWs/ITO/NiOx薄膜,研究了磁控溅射法制备的WO3、NiOx在柔性电致变色领域的应用潜力;通过制备Glass/FTO/Li4Ti5O12薄膜,研究了储能电池领域零应变阴极材料钛酸锂的电致变色性能;通过制备全固态无机PET/AgNWs/ITO/NiOx/LiNbO3/WO3/ITO和Glass/FTO/Li4Ti5O12/LiNbO3/NiOx/ITO电致变色器件,研究了这两类器件的电致变色性能。采用磁控溅射法制备了柔性PET/AgNWs/ITO复合电极,通过优化溅射参数,获得了方块电阻小于40Ω/sq、550nm处透过率大于70%的柔性基底。然后在优化的基底上制备了 WO3和NiOx薄膜,获得了性能优异的柔性电致变色薄膜。对于WO3薄膜,在550 nm处透过率调制为57.4%,相应的着褪色效率为27.79 cm2/C和40.45 cm2/C,着褪色响应时间为10.4 s和9.9 s,且在500次循环和2000次弯折后仍保持了 40%以上的光学调制。对于NiOx薄膜,在200圈CV测试中透过率调制未发生明显衰减,漂白时间仅为5.7 s,着色时间为11.7 s。另外,发现扫描速率与极电流密度、平均着褪色效率正相关,当扫描速率为100 mV/s时薄膜着色效率高达99.3 cm2/C,但电荷密度明显降低,这意味着反应不完全。说明单纯追求高着色效率并非最好的选择,找到与反应时间的平衡点才能使薄膜更好的工作。最后通过不破空连续磁控溅射在PET/AgNWs基底上制备了柔性全固态无机ITO/NiOx/LiNbO3/WO3/ITO电致变色器件,经过CA、CV测试证明了其在两种加电模式下均稳定可用,且拥有极长的循环耐久性。选用电池领域已被证实具有优异性能的钛酸锂材料,采用锂离子电池工艺中成熟的溶胶-凝胶旋涂法,制备了透明度高、结晶性好的透明钛酸锂薄膜。随沉积层数的增加,Li4Ti5O12晶体结构不发生改变,但晶粒尺寸会有所长大,致密均匀的表面开始出现较大的纳米孔洞,并在LTO-5中发生聚集。尽管薄膜表面存在的纳米孔隙有利于离子运动,但过大的缺陷会导致其循环寿命迅速衰减。在CV测试中,样品所适应的最优扫描速率为20 mV/s,电压范围随活性层厚度增加而扩大,过快的扫速和过小的电压都会使反应不完全。在CA测试着色过程中可能存在两个阶段的反应,其中第一个阶段为主要步骤,决定了透过率调制和响应时间。在最适参数下获得了 20000s循环未衰减,可见光区(550 nm处45%)和近红外波段(1000 nm处80%)均有较大的透过率调制的钛酸锂薄膜,其着褪色响应时间分别为19.1和8.9 s,证实了Li4Ti5O12作为电致变色材料是可行的。最后将钛酸锂薄膜作为阴极电致变色层,成功制备了全固态无机电致变色Glass/FTO/Li4Ti5O12/LiNbO3/NiOx/ITO器件,并测试了其性能,表现出一定的双波段调制潜力和卓越的循环寿命。