一种三氧化钨纳米碗电致变色材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种三氧化钨纳米碗电致变色材料及其制备方法，属于电致变色薄膜领域。本发明专利技术所述电致变色材料具有分级多孔结构，所述三氧化钨纳米碗电致变色材料以FTO导电玻璃为基底，所述基底表面依次包裹底层和外层，以晶态三氧化钨为底层，以非晶三氧化钨为外层，所述外层呈多孔结构且包含独立分散的微区晶态组织，所述外层分布着直径为2～5nm三氧化钨晶核。本发明专利技术实现了纳米尺度上晶态、非晶结构三氧化钨的结合，大大提高了电致变色性能，实现了优势互补，同时增加了纳米碗电致变色材料的比表面积，显著增强了变色反应的动力学过程，从而提升了电致变色性能。

A Tungsten Trioxide Nanobowl Electrochromic Material and Its Preparation Method

The invention provides a tungsten trioxide nanobowl electrochromic material and a preparation method, belonging to the field of electrochromic film. The electrochromic material of the invention has a hierarchical porous structure. The tungsten trioxide nanobowl electrochromic material is based on FTO conductive glass. The surface of the base is coated with the bottom layer and the outer layer in turn, with crystalline tungsten trioxide as the bottom layer and amorphous tungsten trioxide as the outer layer. The outer layer has a porous structure and contains an independently dispersed microcrystalline structure. The outer layer is distributed in diameter. Tungsten trioxide nucleus is 2-5 nm. The invention realizes the combination of crystalline and amorphous tungsten trioxide on nanoscale, greatly improves the electrochromic performance, achieves complementary advantages, increases the specific surface area of the nanobowl electrochromic material, significantly enhances the kinetic process of the electrochromic reaction, thereby improving the electrochromic performance.

【技术实现步骤摘要】
一种三氧化钨纳米碗电致变色材料及其制备方法
本专利技术涉及电致变色薄膜
，尤其涉及一种三氧化钨纳米碗电致变色材料及其制备方法。
技术介绍
电致变色材料因其在低电压驱动下的光学性能(透射率、吸光度或反射)具有可调色性和可逆调制性而备受关注，是一种很有前途的节能应用材料。WO3电致变色的材料受到广泛关注，因为它是由三维网络的WO6八面体组成，能提供丰富的渠道运输小离子有利于可切换的颜色变化，也因为良好的环境稳定性从而适合户外应用。然而，到目前为止，光学对比度、响应时间、循环稳定性和一些其他的电致变色性能指标仍不满意，特别对于块体WO3的密实结构来说，离子传输能力有限。众所周知，结晶度在WO3的电致变色性能中起着至关重要的作用，对于无定形的非晶态WO3来说，其对小离子的大容量意味着光学调制能力高，其多类型输运通道以及与氧空位相关的热致缺陷，保证了较高的离子扩散系数，使得颜色切换迅速，但其亚稳态结构和较差的化学稳定性使其循环寿命较差。另一方面，晶态WO3具有较高的导电性和稳定的微观结构，使其具有较好的化学稳定性和结构稳定性，但其致密结构导致其扩散系数相对较低，响应速度相对较慢。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种三氧化钨纳米碗电致变色材料及其制备方法。本专利技术同时利用了晶态和非晶态三氧化钨，具有有序纳米碗阵列，多孔分级结构，可有效提高电子传输速度和粒子扩散速率，加快反应动力学过程，降低薄膜褪色电压，大幅提高电致变色材料的响应速度和循环稳定性。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种三氧化钨纳米碗电致变色材料，所述电致变色材料具有分级多孔结构，所述三氧化钨纳米碗电致变色材料以FTO导电玻璃为基底，所述基底表面依次包裹底层和外层，以晶态三氧化钨为底层，以非晶三氧化钨为外层，所述外层呈多孔结构且包含独立分散的微区晶态组织，所述外层分布着直径为2～5nm三氧化钨晶核。优选地，所述纳米碗电致变色材料的直径为400～500nm，分布均匀且密排。优选地，所述三氧化钨纳米碗电致变色材料由于其独特的晶态非晶杂化多孔纳米阵列结构，拥有优秀的电致变色性能，可见光调制幅度为85～95％，近红外光调制幅度为80～90％，完全着色时间为2～4s，褪色时间为3～5s，着色效率为90～100cm2/C，10000圈的完全着色褪色循环可见光对比度只下降了4～5％，静置7天后透过率只上升4～5％。本专利技术还提供了上述技术方案所述三氧化钨纳米碗电致变色材料的制备方法，包括以下步骤：将聚苯乙烯微球分散液、乙醇和丙酮混合，得到悬浊液；将水和FTO导电玻璃放入培养皿中，将所述悬浊液和曲拉通依次滴入水表面，随后将FTO导电玻璃取出，自然干燥，得到单层PS球薄膜包裹的FTO导电玻璃；将Na2WO4粉体、H2O2溶液混合后，用高氯酸调节pH值至1.0～2.0，得到电解液；将所述单层PS球薄膜包裹的FTO导电玻璃作为工作电极，铂丝作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，在所述电解液中对工作电极进行脉冲沉积后进行退火处理，得到晶态三氧化钨包裹的FTO导电玻璃；将所述晶态三氧化钨包裹的FTO导电玻璃作为基底，以WO3为靶材，在氧气-氩气的混合气氛中进行溅射沉积，得到三氧化钨纳米碗电致变色材料。优选地，所述脉冲沉积以0.5HZ频率，0.7V电位沉积600～1200s，脉冲时间和弛豫时间均为1s。优选地，所述退火处理为以2.5℃/min的升温速率升温至300℃并保温2～3h，然后随炉冷却。优选地，所述混合气氛中氧气的体积分数为10～50％。优选地，所述溅射沉积的溅射功率为50～100W，溅射气压为1.0～3.0Pa，溅射时间为60～100分钟，工作距离为5～10cm。优选地，所述聚苯乙烯微球分散液、乙醇和丙酮的体积比为5:5:2，所述聚苯乙烯微球分散液的质量浓度为8～10％。优选地，所述FTO导电玻璃使用前依次置于丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗，之后置于真空烘箱中干燥备用。本专利技术提供了一种三氧化钨纳米碗电致变色材料，所述电致变色材料具有分级多孔结构，所述三氧化钨纳米碗电致变色材料以FTO导电玻璃为基底，所述基底表面依次包裹底层和外层，以晶态三氧化钨为底层，以非晶三氧化钨为外层，所述外层呈多孔结构且包含独立分散的微区晶态组织，所述外层分布着直径为2～5nm三氧化钨晶核。本专利技术实现了纳米尺度上晶态、非晶结构WO3的结合，大大提高了电致变色性能，实现了优势互补，同时增加了纳米碗电致变色材料的比表面积，显著增强了变色反应的动力学过程，从而提升了电致变色性能。与现有技术相比，具有以下有益效果：1、本专利技术电致变色材料具有有序纳米碗阵列，多孔分级结构，可有效提高电子传输速度和粒子扩散速率，加快反应动力学过程，降低薄膜褪色电压，大幅提高电致变色材料的响应速度和循环稳定性；2、晶态、非晶的有效复合，起到优势互补的作用，所得到的电致变色材料具有可见近红外双波段大范围调制，反应时间短，着色效率高，循环稳定性优异，记忆效应好等特点；3、本专利技术的制备方法具有简单、稳定、尺寸、膜厚度可控的特点，有利于大规模工业化生产。附图说明图1为本专利技术中实施例1三氧化钨纳米碗电致变色材料的电镜扫描图；图2为本专利技术中实施例1三氧化钨纳米碗电致变色材料中非晶层的透射电镜高分辨图；图3为本专利技术中实施例1三氧化钨纳米碗电致变色材料的可见光以及近红外波段透射率光谱图3；图4为本专利技术中实施例1三氧化钨纳米碗电致变色材料的动力学电致变色性能示意图(633nm±1V)；图5本专利技术中实施例2三氧化钨晶纳米碗电致变色材料的可见光到近红外波段透射率光谱；图6为本专利技术中实施例2三氧化钨纳米碗电致变色材料动力学电致变色性能示意图(633nm±1V)；图7为本专利技术中实施例2三氧化钨纳米碗电致变色材料初始态动力学与循环10000圈后动力学对比图(633nm±1V)；图8为本专利技术中实施例2三氧化钨纳米碗电致变色材料静置7天的透过率变化图。具体实施方式本专利技术提供了一种三氧化钨纳米碗电致变色材料，所述电致变色材料具有分级多孔结构，所述三氧化钨纳米碗电致变色材料以FTO导电玻璃为基底，所述基底表面依次包裹底层和外层，以晶态三氧化钨为底层，以非晶三氧化钨为外层，所述外层呈多孔结构且包含独立分散的微区晶态组织，所述外层分布着直径为2～5nm三氧化钨晶核。在本专利技术中，所述纳米碗电致变色材料的直径优选为400～500nm，更优选为460nm。在本专利技术中，所述三氧化钨纳米碗电致变色材料由于其独特的晶态非晶杂化多孔纳米阵列结构，拥有优秀的电致变色性能，可见光调制幅度为85～95％，近红外光调制幅度为80～90％，完全着色时间为2～4s，褪色时间为3～5s，着色效率为90～100cm2/C，10000圈的完全着色褪色循环可见光对比度只下降了4～5％，静置7天后透过率只上升4～5％。本专利技术还提供了上述技术方案所述三氧化钨纳米碗电致变色材料的制备方法，包括以下步骤：将聚苯乙烯微球分散液、乙醇和丙酮混合，得到悬浊液；将水和FTO导电玻璃放入培养皿中，将所述悬浊液和曲拉通依次滴入水表面，随后将FTO导电玻璃取出，自然干燥，得到单层PS球薄膜包裹的FTO导电玻璃；将Na2WO4粉体、H2O2溶液混合后，用高氯酸调节pH值至1.0～2.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三氧化钨纳米碗电致变色材料，其特征在于：所述电致变色材料具有分级多孔结构，所述三氧化钨纳米碗电致变色材料以FTO导电玻璃为基底，所述基底表面依次包裹底层和外层，以晶态三氧化钨为底层，以非晶三氧化钨为外层，所述外层呈多孔结构且包含独立分散的微区晶态组织，所述外层分布着直径为2～5nm三氧化钨晶核。

【技术特征摘要】
1.一种三氧化钨纳米碗电致变色材料，其特征在于：所述电致变色材料具有分级多孔结构，所述三氧化钨纳米碗电致变色材料以FTO导电玻璃为基底，所述基底表面依次包裹底层和外层，以晶态三氧化钨为底层，以非晶三氧化钨为外层，所述外层呈多孔结构且包含独立分散的微区晶态组织，所述外层分布着直径为2～5nm三氧化钨晶核。2.根据权利要求1所述的三氧化钨纳米碗电致变色材料，其特征在于，所述纳米碗电致变色材料的直径为400～500nm，分布均匀且密排。3.根据权利要求1或2所述的三氧化钨纳米碗电致变色材料，其特征在于，所述三氧化钨纳米碗电致变色材料由于其独特的晶态非晶杂化多孔纳米阵列结构，拥有优秀的电致变色性能，可见光调制幅度为85～95％，近红外光调制幅度为80～90％，完全着色时间为2～4s，褪色时间为3～5s，着色效率为90～100cm2/C，10000圈的完全着色褪色循环可见光对比度只下降了4～5％，静置7天后透过率只上升4～5％。4.权利要求1～3任一项所述三氧化钨纳米碗电致变色材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚苯乙烯微球分散液、乙醇和丙酮混合，得到悬浊液；将水和FTO导电玻璃放入培养皿中，将所述悬浊液和曲拉通依次滴入水表面，随后将FTO导电玻璃取出，自然干燥，得到单层PS球薄膜包裹的FTO导电玻璃；将Na2WO4粉体、H2O2溶液混合后，用高氯酸调节pH值...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，史英迪，汤凯，宋艳斌，崔接武，王岩，秦永强，舒霞，吴玉程，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34