掺杂型氧化钨基纳米线的制备及电致变色性能研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:echoifanfan
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电致变色是指施加低电压后,材料的光学特性(透过率、反射率和吸收率)能够发生稳定可逆的变化现象。电致变色材料对于低能耗、智能材料与器件的发展具有重要意义,所以被广泛应用在智能窗、军事伪装、显示器和手机背壳等领域。电致变色材料中氧化钨因为其颜色纯正、化学稳定性和热稳定性好而备受关注,但随着对器件的性能要求越来越高,氧化钨的光学调制范围、响应速度和循环稳定性等综合性能的提升逐渐进入了瓶颈阶段,而将氧化钨材料在纳米尺度进行设计生长与改性则是一种行之有效的性能提升手段。本论文主要使用了磁控溅射和水热法制备了氧化钨纳米线薄膜材料,研究了离子掺杂与纳米线薄膜的表面微观结构、成分组成及电致变色性能的内在关联,对薄膜变色过程及机理进行了系统探究和分析比较,主要研究成果如下:(1)通过控制硼和钨原子比,制备了不同B掺杂量的氧化钨纳米线薄膜,进行表征和性能测试,发现适量的B可以降低薄膜的着色透过率,进而提升在可见光和近红外波段的光学调制范围,同时提高了循环稳定性。B掺杂量在2.3%时,电致变色性能最优,在633 nm处,具有较低着色态透过率5.2%,较高的光学调制范围88%,良好的循环稳定性(2000圈后光学调控范围保留为99.9%)。这些性能提升可以归因于纳米线的高度分散程度、晶面间距的增加和结晶性的提高,这些因素使得纳米线表面与电解液接触面积增加,进而增加了参与电致变色反应的Li+量和结构稳定性。(2)研究了铌(Nb)元素掺杂对氧化钨纳米线薄膜的表面微观结构与电致变色性能的影响。少量的Nb掺杂可以加深薄膜着色程度,提高了可见光和近红外波段的光学调制范围。Nb掺杂量在0.5%的样品电致变色性能最优,在633 nm处,着色透过率为5.68%,光学调制范围为83.3%。这可以归因于纳米线的高度分散与晶格常数的变化。(3)研究钒(V)元素掺杂对氧化钨纳米线薄膜的表面微观结构与电致变色/储能性能的影响,发现适量的V掺杂可以提升薄膜在可见光和近红外波段的光学调制范围、响应速度、着色效率和循环稳定性。通过对性能测试数据对比发现,V掺杂量在0.1%时综合电致变色性能最优,具有较高的光学调制范围(在633 nm处为84.9%),较快的响应速度(褪色时间和着色时间分别为2.5 s和0.9 s)、着色效率高达83.76 cm~2/C,优异的循环稳定性(5000圈后光学调制范围保留95.6%)。较多的V掺杂可以提升电容性能,V掺杂量在5%的样品面电容为47.0m F/cm~2。
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