一种基于三氧化钨/氧化锌的柔性电致变色电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种基于三氧化钨/氧化锌的柔性电致变色电极及其制备方法和应用，包括柔性衬底、沉积在所述柔性衬底上的掺铝氧化锌透明导电层、由所述掺铝氧化锌透明导电层诱导生长的氧化锌纳米线形成氧化锌纳米模板层以及负载在所述氧化锌纳米模板层上的由三氧化钨纳米颗粒形成三氧化钨层。本发明专利技术采用掺铝的氧化锌（AZO）作为透明导电层，AZO导电性和透过率高，且相比掺氟的氧化锡（FTO）和掺锡的氧化铟（ITO），AZO中铝和锌在自然界中资源丰富，无毒，成本低；同时AZO又可作为氧化锌纳米线生长的籽晶层；简化了制备工艺、降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三氧化钨/氧化锌的柔性电致变色电极及其制备方法和应用
本专利技术属于功能材料及器件
，具体涉及一种基于三氧化钨/氧化锌的柔性电致变色电极及其制备方法和包括该电极的柔性电致变色器件。
技术介绍
电致变色(Electrochromic)现象是指材料在交变电压作用下，通过离子或电子的注入与抽取，使材料在着色与退色态之间产生可逆变化，在外观上表现为材料颜色及透明度的可逆变化。电致变色材料在智能窗、护目镜、汽车防眩目后视镜、显示器等领域有广泛的应用。相比于液晶和悬浮粒子调光，电致变色具有颜色可调、能耗低、记忆效应等优势。长期以来，传统研究主要集中在基于ITO或FTO导电玻璃衬底的电致变色器件，然而玻璃衬底质量大、易碎、变形难等固有缺陷限制了其应用范围。而基于柔性透明导电衬底的电致变色器件因可应用于非平面、可穿戴设备、柔性显示器等领域，受到越来越多的关注。但是柔性衬底不耐高温、易变形，使其制备条件受到很大限制。三氧化钨(WO3)作为传统的阴极电致变色材料，因其优异的电致变色性能而被广泛研究。在外加电压条件下，三氧化钨发生小金属阳离子和电子同时注入与抽取，使其在着色态(蓝色)与退色态(透明)之间发生可逆变化。三氧化钨的响应速度主要由金属阳离子的注入和抽取速度控制，而离子的运动是受扩散控制，且扩散仅发生在三氧化钨极薄的表面，所以制备纳米结构的三氧化钨层有助于提高其电致变色性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于三氧化钨/氧化锌纳米复合材料的柔性电致变色电极及其制备以及基于三氧化钨/氧化锌纳米复合材料的柔性电致变色电极。一方面，本专利技术提供了基于三氧化钨/氧化锌纳米复合材料的柔性电致变色电极，包括柔性衬底、沉积在所述柔性衬底上的掺铝氧化锌透明导电层、由所述掺铝氧化锌透明导电层诱导生长的氧化锌纳米线形成氧化锌纳米模板层以及负载在所述氧化锌纳米模板层上的由三氧化钨纳米颗粒形成三氧化钨层。三氧化钨的响应速度主要由金属阳离子的注入和抽取速度控制，而离子的运动是受扩散控制，且扩散仅发生在三氧化钨极薄的表面。本专利技术首先在柔性衬底上沉积掺铝氧化锌，既作为透明导电层又可作为籽晶层诱导生长氧化锌纳米线，而氧化锌纳米线又可作为模板层诱导负载在其上的三氧化钨也呈现纳米结构，极大地三氧化钨比表面积，扩散大大增加，致使其金属阳离子的注入和抽取速度也相应的提高。最终不仅提高电致变色材料利用率，还缩短了响应时间和提高了其着色效率。较佳地，所述氧化锌纳米线的长度为0.2～2.0μm，直径为70～150nm。较佳地，由氧化锌纳米线和三氧化钨纳米颗粒形成的三氧化钨/氧化锌纳米复合结构的直径为125～205nm。较佳地，本专利技术中，所述柔性衬底的材料为聚对苯二甲酸乙二醇、聚丙烯、和聚酰亚胺中的任意一种。另一方面，本专利技术还提供了一种上述基于三氧化钨/氧化锌纳米复合材料的柔性电致变色电极的制备方法，包括：以掺铝氧化锌陶瓷块为靶材，利用磁控溅射技术在所述柔性衬底上沉积掺铝氧化锌透明导电层；将带有掺铝氧化锌透明导电层的柔性衬底置于含有锌盐、六亚甲基四胺、聚乙烯亚胺的生长液中，于80～100℃保温2～20小时，以在所述掺铝氧化锌透明导电层上诱导生长氧化锌纳米线作为氧化锌纳米模板层；以及以三氧化钨陶瓷块为靶材，利用脉冲激光沉积技术在氧化锌纳米模板层上负载所述三氧化钨层。较佳地，所述脉冲激光沉积技术的参数包括：本底真空≤5×10-4Pa，沉积温度为室温，沉积氧压10～20Pa，激光能量2～5J/cm2，沉积时间1～3小时。较佳地，所述磁控溅射技术的参数包括：本底真空≤5×10-4Pa，沉积温度为室温，溅射功率为100W，氩气流量为5sccm，镀膜压强为0.5Pa，沉积时间1～3小时。较佳地，所述生长液中锌盐、六亚甲基四胺、聚乙烯亚胺的摩尔比为50；50；7。再一方面，本专利技术提供了一种柔性电致变色器件，包括：上述基于三氧化钨/氧化锌纳米复合材料的柔性电致变色电极；与所述柔性电致变色电极对置的沉积有透明导电层的柔性对电极，其中柔性电致变色电极的掺铝氧化锌透明导电层与所述柔性对电极的透明导电层相对地位于所述柔性电致变色器件内侧；位于所述柔性电致变色电极和柔性对电极之间的柔性垫片；以及填充在由所述柔性电致变色电极、柔性对电极和柔性垫片限定的空间内液态电解质。较佳地，所述液态电解质为高氯酸锂的碳酸丙烯酯溶液或高氯酸锂的乙腈溶液。又，较佳地，所述液态电解质的摩尔浓度为1.0mol/L。本专利技术的有益效果为：1、三氧化钨在氧化锌纳米线的引导作用下，也呈现纳米结构，有效缩短了金属阳离子的扩散距离，增加三氧化钨比表面积，提高电致变色材料利用率，降低变色响应时间；2、本专利技术采用掺铝的氧化锌(AZO)作为透明导电层，AZO导电性和透过率高，且相比掺氟的氧化锡(FTO)和掺锡的氧化铟(ITO)，AZO中铝和锌在自然界中资源丰富，无毒，成本低；同时AZO又可作为氧化锌纳米线生长的籽晶层；简化了制备工艺、降低了生产成本。附图说明图1为本专利技术提供的基于三氧化钨/氧化锌纳米复合材料的柔性电致变色电极的结构示意图，1表示柔性衬底，2表示AZO透明导电层，3表示三氧化钨/氧化锌纳米复合结构；图2为本专利技术提供的基于三氧化钨/氧化锌纳米复合材料的柔性电致变色器件结构示意图；图3为本专利技术提供的氧化锌纳米线的场发射扫描电镜(FESEM)图；图4为本专利技术提供的基于三氧化钨/氧化锌纳米复合材料的柔性电致变色电极的场发射扫描电镜(FESEM)图；图5为本专利技术提供的基于三氧化钨/氧化锌纳米复合材料的柔性电致变色器件在不同扫描速度下的循环伏安曲线(CV)；图6为本专利技术提供的基于三氧化钨/氧化锌纳米复合材料的柔性电致变色器件的计时电流曲线(CA)；图7为本专利技术提供的基于三氧化钨/氧化锌纳米复合材料的柔性电致变色器件着色态和退色态的透过率图谱及照片；图8为本专利技术提供的基于三氧化钨/氧化锌纳米复合材料的柔性电致变色器件的着色效率图。具体实施方式以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，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。参见图1，其示出基于三氧化钨/氧化锌纳米复合材料的柔性电致变色电极的结构示意图，包括柔性衬底1、位于柔性衬底1上的透明导电层2以及由氧化锌纳米线和三氧化钨纳米颗粒形成的三氧化钨/氧化锌纳米复合结构3。其中，柔性衬底1的材质可为聚对苯二甲酸乙二醇(PET)，聚丙烯(PP)，聚酰亚胺(PI)中的任意一种。透明导电层2的优选为掺铝氧化锌透明导电层，这样不仅起到透明导电层的作用，还可以起到诱导氧化锌纳米线生长的籽晶层的作用。三氧化钨/氧化锌纳米复合结构3包括由掺铝氧化锌透明导电层诱导生长的氧化锌纳米线，以及负载在氧化锌纳米线上的由三氧化钨纳米颗粒形成三氧化钨层。参见图2，其示出基于三氧化钨/氧化锌纳米复合材料的柔性电致变色器件结构示意图，包括上述基于三氧化钨/氧化锌纳米复合材料的柔性电致变色电极作为工作电极、还包括工作电极对置的柔性对电极，该柔性对电极包括柔性衬底1和位于其上的透明导电层2。应理解，柔性对电极和柔性衬底和柔性电致变色电极的柔性衬底可为相同材质，也可为不同材质，即、两者可独立地选自聚对苯二甲酸乙二醇(PET)，聚丙烯(PP)，聚酰亚胺(PI)中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三氧化钨/氧化锌纳米复合材料的柔性电致变色电极，其特征在于，包括柔性衬底、沉积在所述柔性衬底上的掺铝氧化锌透明导电层、由所述掺铝氧化锌透明导电层诱导生长的氧化锌纳米线形成氧化锌纳米模板层以及负载在所述氧化锌纳米模板层上的由三氧化钨纳米颗粒形成三氧化钨层。

【技术特征摘要】
1.一种基于三氧化钨/氧化锌纳米复合材料的柔性电致变色电极，其特征在于，包括柔性衬底、沉积在所述柔性衬底上的掺铝氧化锌透明导电层、由所述掺铝氧化锌透明导电层诱导生长的氧化锌纳米线形成氧化锌纳米模板层以及负载在所述氧化锌纳米模板层上的由三氧化钨纳米颗粒形成三氧化钨层。2.根据权利要求1所述的基于三氧化钨/氧化锌纳米复合材料的柔性电致变色电极，其特征在于，所述氧化锌纳米线的长度为0.2～2μm，直径为70～150nm。3.根据权利要求1或2所述的基于三氧化钨/氧化锌纳米复合材料的柔性电致变色电极，其特征在于，由氧化锌纳米线和三氧化钨层形成的三氧化钨/氧化锌纳米复合结构的直径为125～205nm。4.根据权利要求1-3中任一项所述的基于三氧化钨/氧化锌纳米复合材料的柔性电致变色电极，其特征在于，所述柔性衬底的材料为聚对苯二甲酸乙二醇、聚丙烯、和聚酰亚胺中的任意一种。5.一种如权利要求1-4中任一项所述的基于三氧化钨/氧化锌纳米复合材料的柔性电致变色电极的制备方法，其特征在于，包括：以掺铝氧化锌陶瓷块为靶材，利用磁控溅射技术在所述柔性衬底上沉积掺铝氧化锌透明导电层；将带有掺铝氧化锌透明导电层的柔性衬底置于含有锌盐、六亚甲基四胺、聚乙烯亚胺的生长液中，于80～100℃保温2～20小时，以在所述掺铝氧化锌透明导电层上诱导生长氧化锌纳米线作为氧化锌纳米模板层；以及以三氧化钨...

【专利技术属性】
技术研发人员：李效民，毕志杰，高相东，徐小科，陈永博，
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