溶胶凝胶-磁控溅射法制备V2O5离子储存层结构与性能的研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gengxuetao
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V2O5中存在广延的通道,该通道作为流通渠道提高了Li+的传输速率,并具有良好的储存性能,使其作为电致变色玻璃离子储存材料具有广泛的应用。制备方法对材料结构与性能有较大影响,本论文分别采用磁控溅射法与溶胶凝胶法在ITO玻璃表面制备V2O5离子储存层。磁控溅射法工艺中主要研究了溅射时间、退火温度等条件对V2O5离子储存层结构与性能的影响。通过溶胶凝胶法制备V2O5多孔膜,采用响应面分析法探究热处理温度、PEG(聚乙二醇)添加量和薄膜层数对V2O5多孔膜离子储存量的相互影响效果。最后,通过溶胶凝胶/磁控溅射复合法制备V2O5多层次薄膜,对比分析了V2O5多层次薄膜和V2O5多孔膜的结构与性能,并讨论了Li+传输动力学。磁控溅射工艺中,当溅射时间由2 h增加至5 h时,沉积在ITO玻璃上V2O5薄膜的晶粒数目增加,并且溅射时间为4 h时薄膜表面晶粒比3 h时有了显著性地增加;当退火温度由300℃升高至400℃时,薄膜中V2O5晶粒分布均匀,排列致密,结晶化程度良好,当温度为450℃时,薄膜中V2O5晶粒均匀性和结晶性变差。当溅射时间4 h、退火温度400℃、退火时间4 h时,V2O5薄膜的离子储存量由22.796 m C/cm2增加至26.312 m C/cm2,可见光透过率为85.68%。采用溶胶凝胶法制备V2O5多孔膜,随着PEG(聚乙二醇)添加量的增加,V2O5多孔膜表面孔洞的尺寸和数目发生了较大变化;随着薄膜层数增加,多孔膜可见光透过率由92.33%降低至76.12%,储存量由23.121 m C/cm2增加到29.252m C/cm2。响应面实验结果表面对V2O5多孔膜离子储存量影响因素的显著性顺序为:薄膜层数>添加量>热处理温度;预测优化工艺参数为PEG(聚乙二醇)添加量5.64 g、热处理温度273.49℃、薄膜层数2.33层,此时离子储存量可达30.635 m C/cm2,可见光透过率为81.77%。通过溶胶凝胶/磁控溅射复合法制备V2O5多层次薄膜,50次循环实验的结果表明,V2O5薄膜、V2O5多孔膜和V2O5多层次薄膜的储存容量依次降低了11.04%、8.46%、7.01%,采用复合方法制备多层次薄膜可提高循环稳定性。V2O5多层次薄膜的离子储存量为28.796 m C/cm2,分别较V2O5薄膜和V2O5多孔膜提高了13.32%和3.63%。
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