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由于能源问题的日趋严重,节能技术的开发已成为新的研究领域,而利用太阳能实现建筑节能是一种非常可行的途径。WO3纳米薄膜是一种理想的太阳光谱调控变色薄膜,即在一定的条件下,能够使薄膜的透过率在一定的范围内连续改变,特别是红外辐射的透过率,从而可以根据实际需要来调节进入室内太阳光的照射,合理利用太阳能资源,实现节约电能。国内外对WO3薄膜的光致变色、热致变色及电致变色性能进行了较深入的研究,但对气致变色性能的研究相对较少。相对于其它几种致变色方式来说,由于气致变色系统具有结构简单,调光可控范围宽(5—75%),系统稳定性好等优点,因此WO3的气致变色器件具有更广阔的应用前景。主要研究内容如下:
⑴采用工艺简单、成本低廉的溶胶凝胶法结合提拉镀膜技术在玻璃等衬底上成功制备了均匀、透明的WO3薄膜;深入研究了WO3溶胶的性质,分析了催化剂、颗粒度、粘度、pH值等对WO3溶胶稳定性和成膜性的影响;并深入研究了不同热处理温度、催化剂的掺入、紫外光辐照等对薄膜物相结构的影响,通过控制提拉速度、次数及后处理工艺基本实现了薄膜厚度和结构的可控。
⑵对制备的各种WO3薄膜进行了原位气致变色性能的测试,深入研究了催化剂含量、热处理、水、薄膜厚度、致褪色气体等对薄膜气致变色性能的影响;从而指导制备获得高响应速度、高致色速度、高对比度的WO3气致变色薄膜;研究了所制薄膜的气致变色耐用性,分析影响因素,提出改进方法;并结合实验结果,分析了WO3薄膜气致变色调控的原因,及其动力学过程等。
⑶研究了紫外辐照对WO3薄膜气致变色性能的改性。实验表明,对WO3薄膜进行紫外光辐照处理,提高了薄膜的气致变色性能,使薄膜的首次气致变色响应时间和致色速度大大缩短:紫外对薄膜的改性不仅对薄膜的首次有很好的作用,而且对薄膜的多次循环后改性也有很好的作用,并能延续较长的时间;紫外处理对薄膜的褪色性能有明显的提高。并依据紫外光辐射性质及WO3薄膜光致变色特性,结合XPS对WO3薄膜的研究,深入分析认为,由于紫外辐照可使所制备的WO3薄膜发生微弱的光致变色,从而改善薄膜的气致变色性能。
⑷采用溶胶凝胶技术制备了MoO3薄膜及MoO3—WO3的复合薄膜,对其结构和气致变色性能进行了深入研究,实验表明MoO3薄膜的气致变色性能较差,而复合薄膜具有较好的气致变色基本性能,但相比于WO3薄膜并没有改善薄膜的气致变色循环性能,其中发现气致变色可显示不同颜色。
⑸进行了Sol—Gel法结合提拉镀膜技术制备大面积WO3薄膜(0.25*0.4㎡,1.0*1.0㎡)的中试工艺试验,并制得性能较好的大面积气致变色窗,为市场化做好初步准备。