一种复合电致变色薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合电致变色薄膜及其制备方法，所述复合电致变色薄膜的衬底为ITO导电玻璃或FTO导电玻璃，所述玻璃表面覆有复合薄膜，所述复合薄膜为三元复合材料，具有疏松多孔形貌，孔径为纳米级别，Co3O4/rGO均匀修饰在NiO薄膜的孔道上，其中Co3O4颗粒大小均一，且粒径为纳米级。所述制备方法包括在衬底上制备NiO薄膜、Co3O4/rGO悬浮液的制备、将Co3O4/rGO修饰到NiO薄膜上。本发明专利技术的复合电致变色薄膜及其制备方法通过提高NiO薄膜的比表面积和在NiO薄膜中加入导电剂，有效提高了NiO薄膜的变色速度，着色效率，循环稳定性等电致变色性能。

A composite electrochromic film and its preparation method

The invention discloses a composite electrochromic film and a preparation method. The substrate of the composite electrochromic film is ITO conductive glass or FTO conductive glass. The glass surface is covered with a composite film. The composite film is a three element composite. The composite film has porous morphology, the pore size is nanoscale, and the Co3O4/rGO is uniformly repaired. On the channel of NiO film, Co3O4 particles are uniform in size and nanometer in size. The preparation methods include preparing NiO thin films on substrates, preparing Co3O4/rGO suspensions, and modifying Co3O4/rGO onto NiO films. By improving the specific surface area of the NiO film and adding the conductive agent in the NiO film, the composite electrochromic film and the preparation method effectively improve the electrochromic properties of the NiO film, such as the color change speed, the coloring efficiency, the cyclic stability and the like.

【技术实现步骤摘要】
一种复合电致变色薄膜及其制备方法
本专利技术属于复合薄膜材料领域，具体涉及一种复合电致变色薄膜及其制备方法。
技术介绍
电致变色是指材料的光学属性(吸收率、透过率或反射率等)在外加电场的作用下发生稳定、可逆变化的现象，外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。能发生电致变色现象的材料称为电致变色材料。电致变色一词最早是在1961年由Platt提出。从此以后，研究者们相继发现各种电致变色材料，如氧化镍(NiO)、二氧化钛(TiO2)、三氧化钼(MoO3)等过渡金属氧化物和聚苯胺、聚吡咯等有机高分子材料。目前，传统的NiO电致变色薄膜存在变色速度慢、变色效率低，循环寿命短等诸多问题，限制其在电致变色领域的应用。一方面由于NiO薄膜内孔洞结构不利于离子在电极之间往返迁移、传输，造成NiO与电解液的接触局限于外表面，反应面积有限，电化学反应动力学较差。另一方面由于NiO材料导电性比较差，不利于电荷的迁移。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的是提供一种复合电致变色薄膜及其制备方法，通过提高NiO薄膜的比表面积和在NiO薄膜中加入导电剂，有效提高了NiO薄膜的变色速度，着色效率，循环稳定性等电致变色性能。一种复合电致变色薄膜，衬底为ITO导电玻璃或FTO导电玻璃，所述玻璃表面覆有复合薄膜，所述复合薄膜为三元复合材料，具有疏松多孔形貌，孔径为纳米级别，Co3O4/rGO均匀修饰在NiO薄膜的孔道上，其中Co3O4颗粒大小均一，且粒径为纳米级。一种复合电致变色薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1)在衬底上制备NiO薄膜：将衬底的非导电面用聚酰亚胺胶带包覆；将六水合硫酸镍和过二硫酸钾加入去离子水制成混合液体，将衬底竖直悬挂于上述混合液体中，磁力搅拌至六水合硫酸镍和过二硫酸钾完全溶解，加入质量分数为25～28％的浓氨水，20～50℃条件下反应20～30min；取出衬底，将聚酰亚胺胶带撕去，然后用去离子水冲洗并干燥；在马弗炉中250～350℃煅烧2h，自然冷却至室温，得到表面覆有NiO薄膜的衬底；步骤2)Co3O4/rGO悬浮液的制备：将四水合乙酸钴加入到无水乙醇中，充分搅拌后，加入质量分数为25～28％的浓氨水，反应后得溶液一；将改进Hummers法制备的GO粉末加入到去离子水中配制成GO溶液，超声后得溶液二；将溶液一逐滴加入到溶液二中，充分搅拌后，转移至水热釜中，120～150℃反应7～9h；过滤洗涤后，加入去离子水，配置成Co3O4/rGO悬浮液；步骤3)将Co3O4/rGO修饰到NiO薄膜上：将步骤1)中得到的表面覆有NiO薄膜的衬底置于Co3O4/rGO悬浮液中，浸泡后提出，用去离子水洗涤，重复上述操作；干燥后，得到表面覆有Co3O4/rGO/NiO复合电致变色薄膜的衬底。进一步地，步骤1)所述六水合硫酸镍在去离子水中的浓度为75～100mg/mL，所述过二硫酸钾在去离子水中的浓度为20mg/mL。进一步地，步骤1)所述浓氨水和去离子水的体积比为2:25～1:10。进一步地，步骤2)所述四水合乙酸钴在无水乙醇中的浓度为1.67～5mg/mL。进一步地，步骤2)所述GO在去离子水的浓度为1～1.5mg/mL。进一步地，步骤2)所述无水乙醇、浓氨水和去离子水的体积比为9:1:5～9:2:5。进一步地，步骤3)所述表面覆有NiO薄膜的衬底在Co3O4/rGO悬浮液中浸泡的时长为每次10～15min。本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术的复合电致变色薄膜实现了将粒径10nm左右的Co3O4颗粒、rGO和NiO在微纳米尺度上的三元复合，为进一步开发新型电致变色薄膜材料提供实验和理论基础。(2)本专利技术的复合电致变色薄膜，克服了单纯NiO薄膜的电化学反应能力、光学性能差等缺点，在智能窗、电致变色显示器等领域具有良好的应用前景。附图说明图1为实施例1中Co3O4/rGO粉末、Co3O4/rGO/NiO薄膜、NiO薄膜的X射线衍射(XRD)图谱；图2为实施例1中Co3O4/rGO/NiO复合电致变色薄膜的扫描电镜(SEM)图片；图3为实施例2中Co3O4/rGO/NiO复合电致变色薄膜着色态和褪色态的光学透过率图谱；图4为实施例2中Co3O4/rGO/NiO复合电致变色薄膜与NiO薄膜的循环伏安(CV)曲线。图1中：a为Co3O4/rGO/NiO薄膜；b为NiO薄膜；c为Co3O4/rGO粉末。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述实施例。实施例1将ITO导电玻璃(3×2.2cm2)依次放入丙酮、无水乙醇、去离子水中超声，每个过程10min，洗净后用真空干燥箱，备用。步骤1，将ITO导电玻璃的非导电面用聚酰亚胺胶带包覆。20g六水合硫酸镍和4g过二硫酸钾加入200mL去离子水后，将ITO导电玻璃竖直悬挂于上述混合液体中，磁力搅拌至六水合硫酸镍和过二硫酸钾完全溶解，加入20mL的浓氨水(质量分数为25～28％)，20℃下反应30min。取出ITO导电玻璃，将聚酰亚胺胶带撕去，然后用去离子水冲洗数次，干燥。马弗炉中300℃煅烧2h，自然冷却至室温，得到表面覆有NiO薄膜的ITO导电玻璃。步骤2，将60mg四水合乙酸钴加入到18mL无水乙醇，充分搅拌后，加入3mL的浓氨水(质量分数为25～28％)，反应10min后得溶液一；将改进Hummers法制备的15mgGO粉末加入到10mL去离子水中配制成GO溶液，超声1h后得溶液二。将溶液一逐滴加入到溶液二中，磁力搅拌2h后，转移至水热釜中，150℃反应7h。过滤洗涤后，加入50mL去离子水，配置为Co3O4/rGO悬浮液。步骤3，将步骤1中得到的表面覆有NiO薄膜的ITO导电玻璃置于Co3O4/rGO悬浮液中，浸泡10min后提出，用去离子水洗涤。重复以上浸泡、洗涤3次。干燥后，得到表面覆有Co3O4/rGO/NiO复合电致变色薄膜的ITO导电玻璃。对实施例1制备的NiO薄膜、Co3O4/rGO粉末、Co3O4/rGO/NiO薄膜采用X射线衍射(XRD)进行分析，其广角X射线衍射(XRD)图谱如图1所示，图中，图谱a为Co3O4/rGO/NiO薄膜；图谱b为NiO薄膜；图谱c为Co3O4/rGO粉末，由图可知，ITO、NiO和Co3O4均出现了明显的对应的特征衍射峰，但由于rGO结晶程度不完全，故在20-35°仅出现了一个特征衍射宽峰。对实施例1制备的Co3O4/rGO/NiO复合电致变色薄膜的形貌进行分析,其扫描电镜(SEM)图如图2所示，由图可知，Co3O4/rGO/NiO薄膜具有疏松多孔形貌，孔径为纳米级别，Co3O4/rGO均匀修饰在NiO薄膜的孔道上，其中Co3O4颗粒大小均一，且粒径为10nm。实施例2将ITO导电玻璃(3×2.2cm2)依次放入丙酮、无水乙醇、去离子水中超声，每个过程10min，洗净后用真空干燥箱，待用。步骤1，将ITO导电玻璃的非导电面用聚酰亚胺胶带包覆。15g六水合硫酸镍和4g过二硫酸钾加入200mL去离子水后，将ITO导电玻璃竖直悬挂于上述混合液体中，磁力搅拌至六水合硫酸镍和过二硫酸钾完全溶解，加入16mL的浓氨水(质量分数为25～2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合电致变色薄膜，衬底为ITO导电玻璃或FTO导电玻璃，其特征在于，所述玻璃表面覆有复合薄膜，所述复合薄膜为三元复合材料，具有疏松多孔形貌，孔径为纳米级别，Co3O4/rGO均匀修饰在NiO薄膜的孔道上，其中Co3O4颗粒大小均一，且粒径为纳米级。

【技术特征摘要】
1.一种复合电致变色薄膜，衬底为ITO导电玻璃或FTO导电玻璃，其特征在于，所述玻璃表面覆有复合薄膜，所述复合薄膜为三元复合材料，具有疏松多孔形貌，孔径为纳米级别，Co3O4/rGO均匀修饰在NiO薄膜的孔道上，其中Co3O4颗粒大小均一，且粒径为纳米级。2.基于权利要求1所述的一种复合电致变色薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)在衬底上制备NiO薄膜：将衬底的非导电面用聚酰亚胺胶带包覆；将六水合硫酸镍和过二硫酸钾加入去离子水制成混合液体，将衬底竖直悬挂于上述混合液体中，磁力搅拌至六水合硫酸镍和过二硫酸钾完全溶解，加入质量分数为25～28％的浓氨水，20～50℃条件下反应20～30min；取出衬底，将聚酰亚胺胶带撕去，然后用去离子水冲洗并干燥；在马弗炉中250～350℃煅烧2h，自然冷却至室温，得到表面覆有NiO薄膜的衬底；步骤2)Co3O4/rGO悬浮液的制备：将四水合乙酸钴加入到无水乙醇中，充分搅拌后，加入质量分数为25～28％的浓氨水，反应后得溶液一；将改进Hummers法制备的GO粉末加入到去离子水中配制成GO溶液，超声后得溶液二；将溶液一逐滴加入到溶液二中，充分搅拌后，转移至水热釜中，120～150℃反应7～9h；过滤洗涤后，加入去离子水，配置成Co3O4/r...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏昂，王荣，位威，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32