WO3基柔性电致变色器件的制备及其性能研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:busanbusan
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电致变色器件(ECDs)是通过离子插层触发氧化还原反应的多功能器件,其颜色和光学特性在施加适度的驱动电位后可以发生可逆性地变化。随着柔性功能电子领域的迅速发展,柔性电致变色器件由于其重量轻、透明和可变形等优点,被认为在下一代能源存储和转换系统中有很好的应用前景。WO3因其优异的可逆显色效率和电致变色稳定性,是ECDs中应用广泛的变色材料之一。通常采用磁控溅射等真空沉积技术在透明柔性衬底上制备WO3薄膜。然而溅射的柔性WO3膜过于致密,不利于电解液中的阳离子快速嵌入,最终影响ECD的电致变色性能。虽然在液相中预合成的WO3纳米粒子更适合制备出理想的薄膜,但需要通过高温退火消除WO3纳米粒子之间的晶界,才能使电子形成通路,可是高温退火工艺却与柔性基板不相容。本论文通过小分子胺辅助分散和纤维素掺杂等策略在柔性基底上制备WO3薄膜,主要研究内容包括以下几方面:1.使用有机胺作为配体分子分散WO3纳米颗粒,并将分散后的胶体溶液沉积在PET柔性基底上制备WO3膜。相比于未完全分散的WO3悬浮液,由均匀分散的WO3胶体溶液制备的柔性ECDs具有更低的驱动电压(0.2 V)、更宽的可见光调制范围(850 nm处光调节率为52%)、更高的着色效率(33.1~146.7cm~2/C)以及更优异的离子扩散速率(DH+=9.24×10-8 cm~2s-1)。研究结果表明,由于柔性WO3膜与电解液之间产生的电荷吸引力可以充作离子插层驱动力,从而促进阳离子快速嵌入,最终降低驱动电压,提升电致变色性能。2.采用水热法合成出W18O49纳米线,随后将定量甲基纤维素添入到纳米线悬浮液中提升其粘稠性和成膜性。研究结果表明,当反应物浓度在0.3 mg/m L时,可以合成形貌均匀的W18O49纳米线;随着反应物浓度的增加,产物的团聚也愈加严重,而且相比于未添加纤维素的W18O49悬浮液,改性后的纳米线悬浮液可以在PET基底上直接涂覆成膜。由于纤维素提升了W18O49纳米线构建的网格结构稳定性,巩固了离子嵌入通道,使器件展现出较好的电化学性能,如较宽的可见光调制范围(700 nm处光调节率为35%)、较短的响应时间(10.5/12.4 s)和较高的着色效率(68 cm~2/C 700 nm)。
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