一种直接在导电玻璃上生长氧化钨薄膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种直接在导电玻璃上生长氧化钨薄膜的方法。本发明专利技术方法的具体步骤如下：首先将六氯化钨、无水乙醇、四氢呋喃和聚乙二醇混合，之后转移到水热反应釜中，并向水热反应釜中放一块FTO导电玻璃，其导电面朝下，恒温水热反应一段时间，反应结束后，自然冷却至室温；取出反应釜中的FTO导电玻璃，用无水乙醇冲洗之后将所得薄膜放在马弗炉里一定温度下煅烧，即可得氧化钨电致变色薄膜。本发明专利技术制备的氧化钨薄膜材料形貌均匀，可应用于电致变色及其相关领域。

Method for directly growing tungsten oxide film on conductive glass

The present invention discloses a method for directly growing tungsten oxide film on conductive glass. The method comprises the following steps as follows: firstly, six tungsten chloride anhydrous ethanol, tetrahydrofuran and ethylene glycol mixture, after transfer to a hydrothermal reaction kettle, and put a piece of FTO conductive glass to a hydrothermal reaction kettle, the conductive face down, constant temperature hydrothermal reaction time, the reaction after natural cooling to room temperature; remove the FTO conductive glass reaction kettle, after washing the ethanol film under a certain temperature calcination in muffle furnace, to obtain tungsten oxide electrochromic films. The tungsten oxide film material prepared by the invention has uniform appearance and can be applied to electrochromic and related fields.

【技术实现步骤摘要】
一种直接在导电玻璃上生长氧化钨薄膜的方法
本专利技术涉及材料
，具体涉及到一种直接在导电玻璃上生长氧化钨薄膜的方法。
技术介绍
氧化钨属于过渡金属氧化物，是一种具有六方、立方等多种对称型结构的半导体材料，氧化钨在信息显示器件、高敏度光存储材料及变色玻璃等方面显示出巨大的应用前景，是研究历史最为悠久的一种阴极无机电致变色材料。特别是纳米氧化钨因具有巨大的比表面积，其体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应显著，使得它的应用领域继续扩大，可作为太阳能吸收材料、隐形材料、催化剂材料以及气敏感材料等。以三氧化钨为电致变色材料的商品主要为数字显示、节能窗户、汽车防眩后视镜、变色眼镜等。相比于其他无机金属氧化物，由于具有优异的电致变色、气致变色和光致变色等性能而受到科学研究和应用领域的广泛重视。其制备、结构及电致变色性能等成为国内外的研究热点之一。氧化钨薄膜的制备工艺种类繁多，常见的大体可以分为物理法和化学法两种，物理法有磁控溅射、电子束热蒸发、真空电阻热蒸镀、脉冲激光沉积等；化学法有化学气相沉积法、电化学沉积法、溶胶-凝胶法、水热法等多种技术手段。不同的工艺本身操作难易、成膜质量的高低、仪器和原材料的价格等均有不同。电子束热蒸发是利用高电压作用于阴极发射电子束，形成极高的能量密度，使材料局部高温蒸发、升华，最终汽化的粒子沉积到基底上成膜。电子束对材料的加热温度可达到3000℃，所以能够蒸发许多高熔点的材料，蒸发的粒子动能大，获得的薄膜致密。它存在的缺点主要在于设备成本高、体积庞大，易污染；电子束能量大，易与汽化后运动的目标粒子相互作用，造成粒子的二次电离，使得部分分子或原子的成分损失，所得薄膜质量降低。虽然真空蒸镀技术研究最早，工艺最成熟，但是也有一些缺点，如不适合蒸发温度高的材料；蒸镀的薄膜与基底之间的牢固性较低，易于脱落；薄膜厚度均匀性较低，通过掩膜版成膜易存在阴影。溶胶-凝胶法是一种湿法化学工艺，是在常温下将金属醇盐或其它盐类溶解在醇、醚等有机溶剂中形成均匀的溶液，溶液通过水解和缩聚反应形成溶胶，进一步的聚合反应经过溶胶-凝胶反应形成凝胶，当玻璃浸渍或旋涂溶胶后，在玻璃上形成凝胶，然后再进行热处理，控制温度在350-600℃范围，有机金属盐转变成为金属氧化物膜，形成涂覆薄膜。但是溶胶-凝胶法工艺过程复杂，时间长；做出的材料具有多样性，难以获得目标产品。水热法简便易行，广泛应用于制备具有各种特殊形貌的晶体材料，具有尺寸可控、低温生长以及成本低廉的优点。利用水热法可以制备各种结构的纳米材料，如纳米线、纳米带、纳米棒、纳米片、纳米花等。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种导电玻璃上生长氧化钨薄膜的方法。本专利技术制备方法工艺简单，可得到稳定性好、结合力高且均匀的氧化钨薄膜。本专利技术得到的氧化钨薄膜具有阵列形式的纳米结构，可在保证与基底良好的电接触的同时具有较大的电解质接触面积。本专利技术可通过调整实验参数，实现纳米线、纳米片阵列薄膜的可控制备。本专利技术技术方案具体介绍如下。本专利技术提供一种直接在导电玻璃上生长氧化钨薄膜的方法，具体步骤如下：①将六氯化钨、无水乙醇、四氢呋喃和聚乙二醇混合得到反应前躯体溶液；②将步骤①得到的反应前驱体溶液转移到水热反应釜中，并向水热反应釜中放入FTO导电玻璃，其导电面朝下，175℃~185℃的温度下进行水热反应，水热反应的时间为6h～12h，反应结束后，自然冷却至室温，取出反应釜中的FTO导电玻璃，冲洗、干燥得到水合氧化钨薄膜；最后将水合氧化钨薄膜在马弗炉中380~410℃煅烧，得到氧化钨薄膜。上述步骤①中，反应前躯体溶液中，六氯化钨和无水乙醇的摩尔体积比为1:1~1:2mol/L。上述步骤①中，反应前驱体溶液中，无水乙醇、四氢呋喃和聚乙二醇的体积比为(20~30):(10~20):1。上述步骤①中，所述的去离子水为至少去除Cl-、SO42-、NO3-、NO2-、PO43-、HPO42-、Mg2+、Ca2+、Fe3+和Fe2+的水。上述步骤②中，水热反应的时间为6h～8h。本专利技术上述制备方法得到的氧化钨薄膜，氧化钨薄膜的厚度为300-400nm左右，表面微观结构为纳米簇或者片状，具有良好的电致变色效应。本专利技术水热法制备的纳米氧化钨所需的材料廉价易得，反应温度较低、时间短、性能较好、形貌可控，可直接生长在FTO导电玻璃上，操作简便，不需要旋涂等步骤。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：1、通过改变溶剂的配比，控制薄膜的厚度以及微观形貌，随着溶剂配比的改变，薄膜的微观形貌由纳米簇向纳米片转变。2、制备的氧化钨薄膜稳定性好，和导电玻璃结合力高，薄膜的循环性能好。3、将薄膜制备成器件，测试其电致变色性能，具有较快的响应速度。4、制备工艺简单，对设备的要求低，原材料价格低廉，容易得到，成本较低。5、对实验环境要求低，不会产生挥发性气体，对人体无害。附图说明图1是采用本专利技术实施例1制备的氧化钨薄膜的SEM照片。图2是采用本专利技术实施例2制备的氧化钨薄膜的SEM照片。图3是采用本专利技术实施例3制备的氧化钨薄膜的SEM照片。图4是采用本专利技术实施例1制备的氧化钨薄膜的XRD谱图。图5是采用本专利技术实施例1制备的氧化钨薄膜的循环伏安曲线。图6是采用本专利技术实施例1制备的氧化钨薄膜组装器件的透过率曲线。图7是采用本专利技术实施例1制备的氧化钨薄膜组装器件的响应时间曲线。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术进行详细描述，但下列实施例并不用于限制本专利技术，下列实施例中的加入的聚乙二醇可选用市售类似性能的产品，FTO导电玻璃的尺寸可根据水热釜芯的容积来调节，且适合于其它导电玻璃衬底材料，凡是没有其他的任何未背离本专利技术的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均视为等效的置换方式，都包含在本专利技术的保护范围内。实施例11）将20mmol六氯化钨溶解于20ml无水乙醇和20ml四氢呋喃混合溶液中。2）向1）所得溶液加入1ml聚乙二醇，再转移到聚四氟乙烯反应釜中，再向反应釜中放一块尺寸为2.5×5cm2的FTO导电玻璃，其导电面朝下，并置于烘箱中180℃反应6h，自然冷却至室温。3）将2）反应釜中的FTO导电玻璃取出，用无水乙醇冲洗后，将所得薄膜放在马弗炉400℃下煅烧1h，薄膜由蓝色变为白色，即得到待测性能的氧化钨薄膜。本实施例制备的氧化钨薄膜的SEM照片如图1所示，为一些纳米线形成的纳米簇状；这种结构比较均匀，离子的注入与抽出较容易，适合电致变色层、锂离子电池正极材料等领域。图4是采用本专利技术实施例1制备的氧化钨薄膜的XRD谱图。本实施例得到的薄膜制备电致变色器件，并在1mol•L-1LiClO4（PC）电解质溶液中测试性能，扫描循环伏安曲线（CV），选择-2.3V为着色电压，2V为褪色电压，电化学工作站与紫外分光光度计连用，在400~800nm波长范围进行测试，透过率在720nm波长下调至幅度达到最大，薄膜在-2.3V和2.0V之间每隔50s跃迁一次形成的光响应曲线，所有数据在720nm处测得，结果如图5和图6所示。图7为响应时间曲线，从图中可以看出，在-2.3V电压下迅速转变为蓝色，当施加2.0V正电压时，薄膜由蓝色转变为无色。着色态和褪色态在720nm处透过率的变化量最大，约本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直接在导电玻璃上生长氧化钨薄膜的方法，其特征在于，具体步骤如下：①将六氯化钨、无水乙醇、四氢呋喃和聚乙二醇混合得到反应前躯体溶液；② 将步骤①得到的反应前驱体溶液转移到水热反应釜中，并向水热反应釜中放入FTO导电玻璃，其导电面朝下，175℃~185℃的温度下进行水热反应，水热反应的时间为6 h～12 h，反应结束后，自然冷却至室温，取出反应釜中的FTO导电玻璃，冲洗、干燥得到水合氧化钨薄膜；最后将水合氧化钨薄膜在马弗炉中380~410℃煅烧，得到氧化钨薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种直接在导电玻璃上生长氧化钨薄膜的方法，其特征在于，具体步骤如下：①将六氯化钨、无水乙醇、四氢呋喃和聚乙二醇混合得到反应前躯体溶液；②将步骤①得到的反应前驱体溶液转移到水热反应釜中，并向水热反应釜中放入FTO导电玻璃，其导电面朝下，175℃~185℃的温度下进行水热反应，水热反应的时间为6h～12h，反应结束后，自然冷却至室温，取出反应釜中的FTO导电玻璃，冲洗、干燥得到水合氧化钨薄膜；最后将水合氧化钨薄膜在马弗炉中380~410℃煅烧，得到氧化钨薄膜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤①中，反应前躯体溶液中，六氯化钨和无...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金敏，朱俊宇，左月，
申请(专利权)人：上海第二工业大学，
类型：发明
国别省市：上海,31