无机电致变色材料纳米结构调控及功能集成器件研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所) | 被引量 : 6次 | 上传用户:kick3160288
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电致变色(Electrochromic,EC)材料可在外加电场条件下,通过离子和电子的注入与抽取,产生可逆颜色变化。电致变色材料在显示器、智能窗、护目镜和防眩后视镜等领域应用广泛。某些电致变色材料又可作为赝电容材料,在颜色变化的同时,兼具能量存储功能。因此可制备电致变色和能量存储功能集成材料及器件。本论文以三氧化钨(WO3)和普鲁士蓝(Prussian blue,PB)无机电致变色材料为研究对象,采用纳米化、复合化等手段对其进行微观结构调控,提高其电致变色光调制范围、响应速度及着色效率,并探索了基于三氧化钨和普鲁士蓝的电致变色和能量存储功能集成器件。本论文主要包括以下三个研究内容:1.WO3/ZnO纳米复合结构及其电致变色和储能性能研究。采用水热法在掺氟氧化锡(SnO2:F,FTO)透明导电玻璃上生长ZnO:Al纳米线阵列,采用脉冲激光沉积法(PLD)在纳米线表面沉积WO3,构成WO3/ZnO:Al纳米复合结构。该结构比表面积大,有利于离子扩散,可有效提高其光调制范围(46.5%)及响应速度(tc=4.5 s,tb=1.3 s)。进一步在柔性透明PET/ZnO:Al衬底上生长WO3/ZnO纳米复合结构,该结构可集成电致变色和能量存储功能,其光调制范围大(68.2%)、着色效率高(80.6 cm2 C-1)、比电容高(15.24 mF cm-2),且其充放电过程中产生的颜色变化可指示能量存储水平,实现能量存储水平可视化。2.WO3?H2O纳米片及其电致变色和储能性能研究。利用柠檬酸螯合作用,实现WO3?H2O纳米片在FTO玻璃上无籽层低温制备,并加入氯化铵作为结构引导剂,进一步调控WO3?H2O纳米片的厚度和密度。WO3?H2O纳米片可集成电致变色和能量存储功能,其光调制范围大(79.0%)、比电容高(43.3 mF cm-2)、循环性良好,并可实现能量存储水平可视化。3.氧化钨-普鲁士蓝电致变色-能量存储功能集成器件研究。以PB为正极,WO3?H2O为负极,LiClO4+PC溶液为电解质,构成电致变色-能量存储多功能集成器件。该器件光调制范围大(61.7%)、响应速度快(tc=1.84 s,tb=1.95 s)、着色效率高(139.4 cm2 C-1),且循环性良好,完全充放电时光调制范围大。此外,该器件在充放电过程中产生的颜色变化,可指示其能量存储水平。进一步将其与硅基太阳能电池联用,构成智能调节系统,可有效转换、存储和利用太阳能。本研究成功制备WO3/ZnO纳米复合结构和WO3?H2O纳米片,并制备基于WO3?H2O和PB的多功能集成器件,实现电致变色和能量存储功能集成,且充放电过程中产生的颜色变化,可指示能量存储水平。
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