一种多孔WO3电致变色薄膜的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种多孔WO3电致变色薄膜的制备方法，包括：将过氧钨酸溶液和含有造孔剂模板的溶液均匀混合后，旋涂于衬底上，干燥后再在350-500℃下热处理，得到所述多孔WO3电致变色薄膜，其中，造孔剂模板包括聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷。该制备工艺简单，工艺设备简单，组成薄膜的三氧化钨多孔结构形貌可方便控制，制造成本较低，易于实现大规模生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于WO3电致变色薄膜制备技术，具体涉及运用溶胶凝胶法、旋涂技术制备多孔WO3薄膜。
技术介绍
目前世界已经进入了以低碳、节能环保、新能源、生命科学、智能物联网技术等为主导的第四次产业革命时代。这些新兴产业的蓬勃崛起推动人类进入了一个绿色可持续发展的新阶段。如何有效地节约资源与保护环境以实现可持续发展是当前科技领域的重要课题。随着全球变暖、地球资源的日益枯竭及人类对环境的过度影响，绿色环保、节能低碳材料成为研究的热点，智能变色薄膜就是在这种形势下发展起来的新型功能材料。电致变色是指物质在外加电场或电流的作用下发生可逆的色彩变化；在众多的电致变色材料中，过渡金属氧化物WO3获得了人们的青睐，并被认为是最有应用价值的电致变色材料。WO3所发生的主要电致变色反应如下所示：中国专利201310324918.7公开了一种制备WO3纳米阵列的方法。其主要制备过程如下：将钨酸溶于过氧化氢水溶液，加水配制成含钨浓度为1～5mol/L的过氧化钨酸溶液；将过氧化钨酸溶液涂在清洁干净的导电基底的导电面上，得到覆盖有晶种层的导电基底；将钨盐溶于醇中，形成前躯体溶液，将覆盖有晶种层的导电基底固定于反应釜中，将前躯体溶液加入反应釜中，在150～250℃反应8～16h，取出后再在350～450℃热处理1～3h。中国专利(200910059118.0)公开了一种采用提拉技术，运用溶胶凝胶法制备三氧化钨电致变色薄膜的方法。该专利技术制备过程包括，钨粉与双氧水冰水浴中反应，反应5-7小时后过滤，向滤液中添加无水乙醇和冰乙酸，搅拌均匀。通过回流装置在50-60℃回流5-6小时，得到均匀透明的WO3溶胶，将清洗过的基片浸渍在WO3溶胶中，以2-3cm/min速度向上提拉基片，多次重复后自然风干，基片经热处理后得到WO3薄膜。中国专利201310174818.0公开了一种采用磁控溅射法制备WO3电致变色薄膜的方法。其采用射频磁控溅射技术，以WO3陶瓷为阴极靶材，在ITO衬底上沉积WO3薄膜。主要过程包括：对ITO玻璃衬底进行清洗；安装靶材和衬底，并调节靶基距；充入氩气，并进行预溅射；加热衬底，使衬底达到所需温度；按设定的工艺参数进行溅射；关闭磁控溅射设备并取出试样。虽然目前公开的有关WO3薄膜制备方法的中国专利较多，但工艺简单、成本较低的
制备多孔的WO3薄膜的专利却鲜有公开。
技术实现思路
本专利技术旨在解决无法简便制备WO3薄膜的技术问题，本专利技术提供了一种多孔WO3电致变色薄膜的制备方法。本专利技术提供了一种多孔WO3电致变色薄膜的制备方法，包括：将过氧钨酸溶液和含有造孔剂模板的溶液均匀混合后，旋涂于衬底上，干燥后再在350-500℃下热处理，得到所述多孔WO3电致变色薄膜，其中，造孔剂模板包括聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷。较佳地，过氧钨酸溶液的制备方式包括：向H2WO4中加入H2O2，溶解H2WO4并形成透明的混合液，再静置0.5-2天。较佳地，含有造孔剂模板的溶液的制备方式包括：将造孔剂模板溶解在无水乙醇中，并搅拌至混合液透明，从而得到含有造孔剂模板的溶液。较佳地，聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷在无水乙醇中的浓度为0.2-0.4g/mL。较佳地，所述衬底包括经预处理的ITO导电玻璃基片。较佳地，所述预处理包括将衬底依次浸入丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗，每阶段清洗的时间为10-20分钟，之后干燥。较佳地，旋涂制膜的工艺参数包括：转速3000-5000rpm，旋涂1～2分钟。较佳地，在40℃-60℃下干燥14-20个小时。较佳地，在350℃-500℃下热处理3-8小时。本专利技术的有益效果：本专利技术中多孔三氧化钨电致变色薄膜，采取溶胶凝胶制备方法，该制备工艺简单，工艺设备简单，组成薄膜的三氧化钨多孔结构形貌可方便控制，制造成本较低，易于实现大规模生产。制备的多孔三氧化钨电致变色薄膜具有光谱调节范围大、着色效率高、响应速度快等优点，不但可用于电致变色领域，还可以用于气致变色器件、NO2气体传感器件以及光伏等领域，具有广阔的应用前景。附图说明图1是电致变色器件工作原理示意图；图2示出了未添加P123的情况下，在ITO玻璃衬底上旋涂的WO3薄膜的XRD图谱；图3示出了未加P123的情况下制备的WO3薄膜表面SEM形貌；图4示出了未加P123的情况下制备的WO3薄膜断面SEM形貌；图5示出了实施例1中加入P123制备的WO3薄膜表面SEM形貌(低倍数)；图6示出了实施例1中加入P123制备的WO3薄膜表面SEM形貌(高倍数)；图7示出了实施例1中加入P123制备的WO3薄膜断面SEM形貌；图8示出了实施例1中加入P123制备的WO3薄膜断面SEM形貌；图9示出了实施例2中加入P123制备的WO3薄膜断面SEM形貌；图10示出了实施例1中WO3薄膜的10次循环伏安曲线(以1MLiClO4/PC为电解质，Pt为对电极，饱和的氯化银为参比电极，扫描速度为60mv/s)；图11示出了实施例2中WO3薄膜的10次循环伏安曲线(以1MLiClO4/PC为电解质，Pt为对电极，饱和的氯化银为参比电极，扫描速度为60mv/s)；图12示出了实施例1中WO3薄膜的光谱透过率曲线；图13示出了实施例2中WO3薄膜的光谱透过率曲线；图14示出了实施例1中WO3薄膜在着色前后的对着实物图(左边为着色态，右边为褪色态)；图15示出了实施例2中WO3薄膜在着色前后的对着实物图(左边为着色态，右边为褪色态)。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。WO3薄膜是一种被人们认为最有望实用化的一种无机电致变色材料，其在智能窗、显示器、汽车后视镜、传感器、电子纸等领域具有很大的应用前景。本专利技术提供了一种制备多孔三氧化钨电致变色薄膜的方法，其制备的薄膜具有结构均匀、缺陷少、多孔密度高和电致变色性能好的优点，且制备成本低，容易控制，重复性好，实用性强。所述方法具体包括以下步骤：(1)清洗导电玻璃基片(例如ITO导电玻璃基片)；用丙酮、无水乙醇、去离子水分别超声10～20分钟ITO导电玻璃基片，继而在60℃～80℃的烘箱中干燥玻璃基片；(2)WO3溶胶的制备；以H2WO4为前驱体，加入H2O2溶解H2WO4，形成透明的过氧钨酸溶液，静置0.5～2天；更具体地来说，将6-8g Na2WO4·2H2O加入到30～50ml 68％的浓HNO3中，在50℃水浴加热2小时，在转速为3000～5000rpm下进行离心处理，获得H2WO4黄色沉淀，再将H2WO4黄
色沉淀加入到10～20ml 30％H2O2中，再磁力搅拌1～3小时，获得均匀透明的过氧钨酸，并伴有氧气O2的产生，即形成WO3的溶胶；(3)造孔剂模版的制备；将聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷P123溶解在无水乙醇中，并搅拌，形成透明的均相溶液；更具体地来说，将1～5g P123溶解在10ml无水乙醇中，并搅拌，形成透明的均相溶液；(4)多孔WO3薄膜的制备；将(2)和(3)一起混合，形成混合溶液，采用旋涂制膜技术，在转速为3000～5000rpm下旋涂1～2min，得到均匀透明的薄膜；(5)WO3薄膜的干燥；将(4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔WO3电致变色薄膜的制备方法，其特征在于，包括：将过氧钨酸溶液和含有造孔剂模板的溶液均匀混合后，旋涂于衬底上，干燥后再在350‑500℃下热处理，得到所述多孔WO3电致变色薄膜，其中，造孔剂模板包括聚环氧乙烷‑聚环氧丙烷‑聚环氧乙烷。

【技术特征摘要】
1.一种多孔WO3电致变色薄膜的制备方法，其特征在于，包括：将过氧钨酸溶液和含有造孔剂模板的溶液均匀混合后，旋涂于衬底上，干燥后再在350-500℃下热处理，得到所述多孔WO3电致变色薄膜，其中，造孔剂模板包括聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，过氧钨酸溶液的制备方式包括：向H2WO4中加入H2O2，溶解H2WO4并形成透明的混合液，再静置0.5-2天。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，含有造孔剂模板的溶液的制备方式包括：将造孔剂模板在无水乙醇中，并搅拌至混合液透明，从而得到含有造孔剂模板的溶液。4.根据权利要求1-3所述的制备方法，其特征在于，聚环氧乙烷-聚环氧丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹小富，吴岭南，章俞之，孟佳，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31