TiO2/WO3复合薄膜制备及其电致变色性能研究

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三氧化钨(WO3)作为一种重要的无机电致变色材料被大量研究,由其组成的薄膜广泛应用于显示器、可变反射率镜面、变色智能窗等众多领域。WO3薄膜制备方法主要分为化学法和物理法,其中磁控溅射法制备的薄膜具有结构多样、成分稳定、膜基结合力强等优点。WO3电致变色机理为离子/电子双注入薄膜中,生成钨青铜,引起薄膜颜色由透明到深蓝色的连续变化。然而,WO3薄膜的致色效率和循环稳定性还难以满足实际应用要求,因此本文采用TiO2复合WO3薄膜,以期提高其电致变色性能。首先采用传统磁控溅射法制备出WO3和TiO2/WO3复合薄膜。复合薄膜表面光滑且致密,断面结构没有出现分层现象。薄膜循环伏安特性结果显示WO3薄膜和致密TiO2/WO3复合薄膜的驱动电压均在-1.0 V以上,并且随电压增加着色程度加深。两种薄膜着色态和褪色态的离子扩散速率保持在同一数量级,但复合薄膜的离子扩散速率略低。致密复合薄膜的光调制幅度和光学密度也相对低于WO3薄膜。但是TiO2的存在对WO3薄膜表面能够起到保护作用,致密TiO2/WO3复合薄膜的循环稳定性较好。其次,通过改变掠射沉积角度,制备具有纳米结构WO3薄膜。在掠射角度80o时,制备出纳米结构WO3薄膜,薄膜表面疏松多孔,这种表面和断面形貌有利于离子的注入和脱出,结果显示纳米斜柱状结构WO3薄膜的着色态和褪色态离子扩散速率很接近,其中褪色态扩散速率高出致密WO3薄膜一个数量级,同时纳米结构WO3薄膜表现出更优异的循环可逆性、光调制幅度以及光学密度。最后,在纳米结构WO3薄膜表面上,利用掠射角技术沉积TiO2得到纳米结构TiO2/WO3复合薄膜。该纳米复合薄膜保持了疏松多孔结构,且驱动电压低至-0.4 V。TiO2的存在对纳米结构WO3的离子扩散速率影响不大,复合纳米薄膜经过多次CV循环以后表现出良好的可逆性和稳定性,并具有较高的光学调制幅度、光学密度和着色效率。
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