一种缺氧型氧化钨/聚吡咯核壳纳米线阵列电致变色薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种缺氧型氧化钨/聚吡咯核壳纳米线阵列电致变色薄膜及应用、全固态锂金属电池及其制备方法，属于电池材料领域。本发明专利技术提供的缺氧型氧化钨/聚吡咯核壳纳米线阵列电致变色薄膜的导锂通道从单一的LAGP陶瓷导锂转向聚合物与LAGP双向同时导锂，提升了锂离子扩散速率，减少了电解质与锂金属的副反应，稳定锂金属与电解质界面反应，防止枝晶生长连接正负极造成短路，防止锂枝晶刺穿隔膜引起短路，提升了电池的容量保持效率，延长了电池的循环寿命，且在不同使用温度下仍能保持稳定的性能，同时，缺氧型氧化钨/聚吡咯核壳纳米线阵列电致变色薄膜的厚度可依照需求调节。

A electrochromic tungsten oxide / polypyrrole core-shell nanowire array film and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种缺氧型氧化钨/聚吡咯核壳纳米线阵列电致变色薄膜及其制备方法
本专利技术涉及电致变色薄膜
，尤其涉及一种缺氧型氧化钨/聚吡咯核壳纳米线阵列电致变色薄膜缺氧型氧化钨/聚吡咯核壳纳米线阵列电致变色薄膜及其制备方法。
技术介绍
电致变色是指在施加一个微小的电压时，材料会发生可逆的稳定的颜色变化，主要是透光率和(或)反射率的可逆的和持久的变化。电致变色器件的应用主要包括：智能窗、汽车防眩光镜、微电子、节能广告牌以及隐形战斗机和其他军工产品等等。电致变色器件由于其能耗较低、在生活舒适度的提升方面、在隐身材料、智能变色薄膜等领域有着巨大的应用前景，近年来成为了科研领域的热点材料。无机电致变色材料因其优良的性能受到广泛的关注，例如对比度高、光学调控幅度大、循环稳定性好和制备工艺简单等等。在众多的无机电致变色材料中，过渡族金属氧化物由于价态变化、化学稳定性和热稳定性较好，其电致变色性能备受相关研究人员的关注，其中阴极着色材料有氧化钨，氧化钛，氧化钒等，阳极着色材料有氧化镍，氧化钴等。其中，氧化钨是一种典型的电致变色材料，由于其独特的结构，使其具有良好的电致变色性能，如对比度高，响应速度快，稳定性好等。特别是纳米线相互缠绕的网状W18O49(缺氧型氧化钨)薄膜因其特殊的网状结构可以提供大量的电荷传输隧道，从而导致大的扩散系数，纳米线之间的孔空隙减小了Li+离子的扩散路径长度，它们还提供了良好的对齐特性和较大的比表面积。因此将网状的W18O49纳米线阵列薄膜作为模板来合成电致变色材料将被考虑。不幸的是，氧化钨只能从透明变为深蓝色的单一颜色变化，在很大程度上限制了其实际应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种缺氧型氧化钨/聚吡咯核壳纳米线阵列电致变色薄膜及其制备方法。本专利技术提供的电致变色薄膜以W18O49纳米线阵列薄膜作为基底来沉积聚吡咯，能显著的提升其电致变色性能，实现了多色变化。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：本专利技术提供了一种缺氧型氧化钨/聚吡咯核壳纳米线阵列电致变色薄膜，所述电致变色材料具有核壳结构，以缺氧型氧化钨纳米线为核，以聚吡咯为壳，所述缺氧型氧化钨纳米线的直径在20～50nm，所述缺氧型氧化钨纳米线相互缠绕，所述聚吡咯均匀包覆在氧化钨纳米线上。优选地，所述电致变色材料的直径为80～120nm，所述聚吡咯不破坏缺氧型氧化钨纳米线的初始结构。优选地，所述缺氧型氧化钨纳米线生长在FTO导电玻璃上，所述缺氧型氧化钨纳米线从FTO处开始弯曲生长，且在生长过程中相互交叉缠绕，形成一种网状结构。优选地，所述电致变色薄膜能够实现淡灰色、红棕色、蓝灰色、黄绿色和蓝绿色之间的快速可逆变化。本专利技术还提供了上述技术方案所述的缺氧型氧化钨/聚吡咯核壳纳米线阵列电致变色薄膜的制备方法，包括以下步骤：将FTO导电玻璃依次置于丙酮、乙醇和水中超声清洗后干燥，得到预处理FTO导电玻璃；将柠檬酸粉末、甲醇和环己醇混合后再加入六氯化钨粉末，得到前驱体溶液；将所述预处理FTO导电玻璃浸泡在所述前驱体溶液中后进行水热反应，然后取出FTO导电玻璃，依次进行酒精洗、水洗和冷冻干燥，得到含有大量氧空位的缺氧型氧化钨纳米线阵列薄膜的FTO导电玻璃；将所述缺氧型氧化钨纳米线阵列薄膜的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，将吡咯和聚(4-苯乙烯磺酸纳)溶于碳酸丙烯酯中的混合溶液作为电沉积溶液，对工作电极进行恒电流沉积，得到沉积产物；将所述沉积产物依次用乙醇清洗和烤干，在FTO导电玻璃上得到所述缺氧型氧化钨/聚吡咯核壳纳米线阵列电致变色薄膜。优选地，所述甲醇和环己醇的体积比为5：1。优选地，所述水热反应的温度为180℃，时间为9h。优选地，所述升温至所述水热反应的温度的升温速率为8℃/min。优选地，所述冷冻干燥的温度为-20～-80℃，时间为12h。优选地，所述恒电流沉积的电流为0.4mA，时间为200s。本专利技术提供了一种缺氧型氧化钨/聚吡咯核壳纳米线阵列电致变色薄膜，所述电致变色材料具有核壳结构，以缺氧型氧化钨纳米线为核，以聚吡咯为壳，所述缺氧型氧化钨纳米线的直径在20～50nm，所述缺氧型氧化钨纳米线相互缠绕，所述聚吡咯均匀包覆在氧化钨纳米线上。本专利技术以W18O49纳米线阵列薄膜作为基底来沉积聚吡咯能显著的提升其电致变色性能。特别是在多色变化方面，在负电位下，W18O49纳米线阵列呈现出蓝色，而此时聚吡咯呈现出黄色，由于蓝色和黄色为三基色中的两种，所以蓝黄两种颜色的复合叠加出现了一种新型的颜色—绿色。所以复合后材料在电致变色领域将有着更好的应用价值，特别是在广告牌和显示设备方面的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术的电致变色材料具有有序纳米线阵列和多孔结构，有效地减短了离子扩散路径，提高了电子传输的速度和离子扩散的速率，大的活性表面积可供氧化还原反应的进行，提高电致变色材料的响应速度，而且这种网状的纳米线阵列膜与FTO基板具有良好的接触，可以增强长期循环稳定性；2、本专利技术中用的甲醇和环己醇作为前驱体溶液能够在氧化钨表面有效地引入羟基，而羟基的对称和反对称拉伸振动，促进激发的热电子通过W18O49纳米线的转移和分离，这也就使得氧化钨在红外光波段也有着大的调制幅度。3、本专利技术中采用了新型的冷冻干燥技术通过快速冷却的方法来制造具有更多氧空位的氧化钨纳米线薄膜。4、氧化钨的阴极着色态为蓝色，聚吡咯的阴极着色态为黄色，由于蓝色和黄色为三基色，所以复合后材料的阴极着色态为绿色。由于在不同电压下氧化钨和聚吡咯分别呈现出不同的颜色，由于色差的缘故，复合后的材料在不同的电压下呈现出不同的颜色。5、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所制备的缺氧型氧化钨纳米线电致变色材料的在不同放大倍数下的扫描电子照片；图2为本专利技术中实施例1所制备的缺氧型氧化钨/聚吡咯纳米线电致变色材料在不同电压下的颜色变化；图3为本专利技术中实施例1所制备的缺氧型氧化钨/聚吡咯纳米线电致变色材料的在不同放大倍数下的扫描电子照片；图4为本专利技术中实施例1和对比例1所制备的缺氧型氧化钨纳米线电致变色材料的傅里叶红外光谱图。具体实施方式本专利技术提供了一种本专利技术提供了一种缺氧型氧化钨/聚吡咯核壳纳米线阵列电致变色薄膜，所述电致变色材料具有核壳结构，以缺氧型氧化钨纳米线为核，以聚吡咯为壳，所述缺氧型氧化钨纳米线的直径在20～50nm，所述缺氧型氧化钨纳米线相互缠绕，所述聚吡咯均匀包覆在氧化钨纳米线上。在本专利技术中，所述电致变色材料的直径为80～120nm，所述聚吡咯不破坏缺氧型氧化钨纳米线的初始结构。在本专利技术中，所述缺氧型氧化钨纳米线生长在FTO导电玻璃上，所述缺氧型氧化钨纳米线从FTO处开始弯曲生长，且在生长过程中相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种缺氧型氧化钨/聚吡咯核壳纳米线阵列电致变色薄膜，其特征在于，所述电致变色材料具有核壳结构，以缺氧型氧化钨纳米线为核，以聚吡咯为壳，所述缺氧型氧化钨纳米线的直径在20～50nm，所述缺氧型氧化钨纳米线相互缠绕，所述聚吡咯均匀包覆在氧化钨纳米线上。/n

【技术特征摘要】
1.一种缺氧型氧化钨/聚吡咯核壳纳米线阵列电致变色薄膜，其特征在于，所述电致变色材料具有核壳结构，以缺氧型氧化钨纳米线为核，以聚吡咯为壳，所述缺氧型氧化钨纳米线的直径在20～50nm，所述缺氧型氧化钨纳米线相互缠绕，所述聚吡咯均匀包覆在氧化钨纳米线上。


2.根据权利要求1所述的缺氧型氧化钨/聚吡咯核壳纳米线阵列电致变色薄膜，其特征在于，所述电致变色材料的直径为80～120nm，所述聚吡咯不破坏缺氧型氧化钨纳米线的初始结构。


3.根据权利要求1所述的缺氧型氧化钨/聚吡咯核壳纳米线阵列电致变色薄膜，其特征在于，所述缺氧型氧化钨纳米线生长在FTO导电玻璃上，所述缺氧型氧化钨纳米线从FTO处开始弯曲生长，且在生长过程中相互交叉缠绕，形成一种网状结构。


4.根据权利要求1所述的缺氧型氧化钨/聚吡咯核壳纳米线阵列电致变色薄膜，其特征在于，所述电致变色薄膜能够实现淡灰色、红棕色、蓝灰色、黄绿色和蓝绿色之间的快速可逆变化。


5.权利要求1～4任一项所述的缺氧型氧化钨/聚吡咯核壳纳米线阵列电致变色薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将FTO导电玻璃依次置于丙酮、乙醇和水中超声清洗后干燥，得到预处理FTO导电玻璃；
将柠檬酸粉末、甲醇和环己醇混合后再...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，冯涛，史英迪，汤凯，秦永强，舒霞，崔接武，王岩，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