基于可逆电沉积的电调制光谱响应智能器件,又称为基于可逆电沉积的电致变色器件,由于结构简单、制备简便、成本低廉等优点有望被广泛应用于智能窗户、显示器件等领域。基于可逆电沉积的电调制光谱响应智能器件在外界施加电压时可沉积金属(如铜、铋、铅、镍、银等)于透明导电电极表面,去除电压时可溶解金属于电解质中,从而实现器件光学性质的调控。通过对透明导电电极表面进行适当修饰,由于电极修饰表面薄膜的吸收、散射等光学作用,基于可逆电沉积的电调制光谱响应智能器件可在单一器件中实现多种光学状态的快速可逆转变。本文以基于可逆电沉积的电调制光谱响应智能器件为研究课题,系统性研究了二氧化钛纳米颗粒粒径、二氧化钛前驱体溶液浓度、旋转涂布速率及次数、浸渍提拉速率及次数对沉积的二氧化钛薄膜形貌结构,以及相应基于可逆电沉积的电调制光谱响应智能器件性能的影响。重点研究了通过模板法制备得到的多孔二氧化钛薄膜对基于可逆电沉积的电调制光谱响应智能器件性能的优化改性效果。主要研究内容分为三部分:1)采用旋转涂布技术将二氧化钛纳米颗粒涂覆于氟掺杂氧化锡(FTO)透明导电玻璃衬底表面,并组装成“三明治”结构的基于可逆电沉积的电调制光谱响应智能器件。系统性研究了不同电极修饰参数,包括二氧化钛纳米颗粒粒径、旋转涂布速率、二氧化钛纳米颗粒前驱体溶液浓度和旋转涂布次数对沉积得到的二氧化钛薄膜形貌结构以及电调制光谱响应智能器件的性能,包括透射率、反射率、光学对比度、响应速度、着色效率、循环稳定性和记忆效应的影响。实验结果表明基于电沉积的电调制光谱响应智能器件的性能可以通过采用不同电极修饰参数进行调控。基于电沉积的电调制光谱响应智能器件的光学对比度随着二氧化钛薄膜厚度的减小而增加,这可以通过采用小粒径二氧化钛纳米颗粒、高旋转涂布速率、低前驱体溶液浓度及少旋转涂布次数实现;响应速度和记忆时间强烈依赖于二氧化钛薄膜的表面粗糙度,即粗糙的二氧化钛薄膜表面提供更大的比表面积加快着色速率、降低褪色速率并增加记忆时间;着色效率和循环稳定性在粒径为5～10 nm、旋转涂布速率为2000 rpm、旋转次数为1时达到最优,分别为32.7 cm2/C和光学对比度减少率59%,降低前驱体溶液浓度可以进一步提高。因此,本章节的研究内容有效地建立了 FTO透明导电玻璃电极表面修饰参数、电极表面修饰薄膜形貌结构以及电调制光谱响应智能器件性能的关联性,有助于基于电沉积的电调制光谱响应智能器件针对不同应用领域对不同性能参数的侧重进行理性设计。2)采用操作简便并精确可控的浸渍提拉镀膜技术将二氧化钛纳米颗粒修饰于FTO透明导电玻璃电极表面,并组装成“三明治”结构的电调制光谱响应智能器件。系统性研究了不同二氧化钛纳米颗粒修饰参数,包括二氧化钛纳米颗粒粒径、浸渍提拉速率、二氧化钛纳米颗粒前驱体溶液浓度和浸渍提拉次数对沉积得到的二氧化钛薄膜形貌结构以及二氧化钛薄膜基可逆电沉积电调制光谱响应智能器件的性能,包括透射率、反射率、光学对比度、响应速度、着色效率、循环稳定性和记忆效应的影响。实验结果表明基于电沉积的电调制光谱响应智能器件性能与修饰于电极表面的二氧化钛薄膜的厚度及表面粗糙度等形貌结构密切相关,而二氧化钛薄膜的形貌结构可通过电极表面修饰参数进行调控。二氧化钛薄膜的厚度随着二氧化钛纳米颗粒粒径的增大、浸渍提拉速率的加快、前驱体溶液浓度的增大以及旋转涂布次数的而增大;二氧化钛薄膜随着二氧化钛纳米颗粒粒径的增大、浸渍提拉速率的降低、前驱体溶液浓度的增大以及旋转涂布次数的增加变得更加粗糙且存在一定的纳米颗粒堆积现象。对于二氧化钛薄膜基电调制光谱响应智能器件,5～10 nm二氧化钛薄膜基电调制光谱响应智能器件具有更高的对比度(48%)、更快的响应速度(着色时间6.2 s;褪色时间19.6 s)、更高的着色效率(27.0 cm2/C)和更优的循环稳定性(光学对比度减少率27%),而100 nm二氧化钛薄膜基电调制光谱响应智能器件具有更长的记忆时间(22.2 min);低浸渍提拉速率条件下制备得到的二氧化钛薄膜基电调制光谱响应智能器件表现出更高的对比度、更快的着色响应速度、更高的着色效率和更长记忆时间,而高浸渍提拉速率条件下制备得到的二氧化钛薄膜基电调制光谱响应智能器件表现出更快的褪色响应速度和更优的循环稳定性,二氧化钛薄膜基电调制光谱响应智能器件的对比度、褪色响应速度和着色效率在低浓度条件下有所提升,但着色响应速度和循环稳定性有所下降;多次重复提拉的二氧化钛薄膜基电调制光谱响应智能器件的对比度、响应速度、着色效率及循环稳定性均变差。本章节的研究内容建立了 FTO透明导电玻璃电极表面修饰参数、电极表面修饰薄膜形貌结构以及二氧化钛薄膜基可逆电沉积电调制光谱响应智能器件性能的系统性关联,实现了可逆电沉积电调制光谱响应智能器件的可控制备。3)通过模板法(采用聚苯乙烯微球)将多孔二氧化钛薄膜修饰于FTO透明导电玻璃电极表面,并组装成“三明治”结构的二氧化钛薄膜基可逆电沉积电调制光谱响应智能器件。深入研究了多孔二氧化钛薄膜形貌结构与二氧化钛薄膜基可逆电沉积电调制光谱响应智能器件性能的构效关系。通过对比非孔二氧化钛薄膜基可逆电沉积电调制光谱响应智能器件,可以观察到多孔二氧化钛薄膜具有更均匀平整的表面,且纳米颗粒堆积较少,孔洞均匀分布;多孔二氧化钛薄膜基电调制光谱响应智能器件具有更高的光学对比度(69.6%)、更快的着色时间(着色时间4.4 s,褪色时间23.2 s)、更高的着色效率(33.8 cm2/C)、更长的记忆时间(28 min)及更优的循环稳定性(光学对比度减少率为9.6%)。本章节研究的内容为多态可逆电沉积电调制光谱响应智能器件的优化设计提供了新的途径,并为多态可逆电沉积电调制光谱响应智能器件的应用推广提供了技术支撑。