WO3/PANI和NiO/PB复合电致变色材料的制备及性能研究

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电致变色材料目前被广泛应用于建筑、交通、科技产品等各个方面,随着需求的增加,对电致变色器件的性能就提出了很高的要求。传统的单电极电致变色器件只有一侧的电极为电致变色材料,器件的性能有一定的局限性。目前,越来越多的研究者开始将目光转移到互补型电致变色器件上,但目前多数的研究只是将不同的单一电致变色材料电极进行组装。本文从提升互补型器件性能的角度出发,结合复合电致变色薄膜的优异性能,制备、组装并研究了双复合电极互补型器件,研究内容与结果如下:(1)采用晶种辅助水热法,制备WO3薄膜,然后利用电化学沉积法在WO3上修饰PANI,得到WO3/PANI复合薄膜。对WO3/PANI复合薄膜的微观形貌、电化学性能以及电致变色性能进行了表征与分析。WO3/PANI复合薄膜的光调制范围在632.8 nm处达到74.61%,着色时间tc=0.9 s,褪色时间tb=8.8 s,着色效率为69.22cm2·C-1。WO3/PANI复合薄膜的多项电致变色性能均优于WO3薄膜。PANI对于WO3薄膜表面形貌的修饰以及自身优秀的导电性能是WO3/PANI复合薄膜电化学性能和电致变色性能得到提升的主要原因。(2)采用晶种辅助水热法,制备NiO薄膜。然后利用电化学沉积法在NiO上修饰PB,得到NiO/PB复合薄膜。对NiO/PB复合薄膜的微观形貌、电化学性能以及电致变色性能进行了表征与分析。NiO/PB复合薄膜的光调制范围在632.8 nm处为37.00%。相较NiO薄膜提升了30.79%,着色时间tc=10.7 s,褪色时间tb=8.3 s,着色效率为23.27 cm2·C-1。通过研究对比,制备的NiO/PB复合薄膜的电致变色性能要优于单一的NiO薄膜。NiO/PB复合薄膜的电化学性能和电致变色性能的提升归功于PB自身独特的立方结构和优异的离子储存传输性能。研究了化学浴沉积法制备NiO薄膜中沉积时间对NiO薄膜性能的影响。通过对比,沉积30 min的NiO在KOH电解液中,光调制范围最大达到了65.71%,着色时间tc=5.8 s,褪色时间tb=5.4 s,着色效率为CE=45.52 cm2·C-1。原因是沉积30min可以得到均匀的三维纳米多孔结构,这样的微观形貌十分有利于离子的传输。(3)将WO3/PANI电极薄膜和NiO/PB电极薄膜作为器件的阴极和阳极,利用KCl溶液作为电解液,组装双复合电极互补型器件进行电化学性能和电致变色性能的测试。复合器件的光调制范围ΔT=55.71%,着色时间tc=3.2 s,褪色时间tb=8.1 s,着色效率CE=24.63 cm2·C-1,性能优于单一WO3薄膜和NiO薄膜组装的器件。这是由于复合薄膜的性能要优于单一薄膜,同时互补型器件的两电极电致变色协同作用,因此表现出良好的电致变色性能。双复合电极互补型电致变色器件虽然性能优异,但其可提升的空间依旧很大。之后关于器件性能的调控可以更加细致且多样化,例如大胆尝试不同种材料的复合,调控复合薄膜的形貌以及细化电解质的研究等等。复合器件的研究还未深入,未来还有更加广阔的提升空间,它的应用前景也十分广阔,所以关于复合电极互补型电致变色的研究具有非常深远的意义。
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