一种制备钛酸锂电致变色薄膜的方法技术

本发明专利技术的一种制备钛酸锂电致变色薄膜的方法，步骤如下：取锂盐溶液和有机钛盐溶液，将二者溶质按物质的量比，锂盐：有机钛盐＝(1‑1.5):1混合均匀，获得A溶液；按溶质物质的量比，草酸：(锂盐+有机钛盐)＝(1‑1.5):1，将草酸溶液加入A溶液中，混合均匀形成钛酸锂溶胶前驱体；取含有透明导电层的衬底，将钛酸锂溶胶前驱体涂膜于衬底的透明导电层表面，干燥，制得钛酸锂溶胶前驱体薄膜；将钛酸锂溶胶前驱体薄膜进行煅烧，煅烧温度为350‑700□，保温时间为1h‑6h，降温制得钛酸锂电致变色薄膜。该方法操作简单，制备的电致变色薄膜与传统变色层材料相比，应用钛酸锂材料使得变色层材料的循环性能和使用寿命等性能均得到大幅提高。

A method of preparing lithium titanate electrochromic film

【技术实现步骤摘要】
一种制备钛酸锂电致变色薄膜的方法
：本专利技术属于电致变色器件
，具体涉及一种制备钛酸锂电致变色薄膜的方法。
技术介绍
：电致变色是材料的光学属性(反射率、透过率、吸收率等)在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。电致变色智能玻璃在电场作用下具有光吸收透过的可调节性，可选择性地吸收或反射外界的热辐射和内部的热的扩散，应用在高层建筑上不仅可大大减少供热或供冷电耗，还可解决现代城市不断加剧的光污染问题。除建筑外，电致变色技术还在智能电子与器件、汽车、低能耗显示、航空航天等领域具有广阔的应用前景。钛酸锂(Li4Ti5O12)具有尖晶石结构，其晶体在嵌入或脱出锂离子时晶格常数和体积变化都很小，小于1％，是一种“零应变性”材料。理论上在外加电场循环循环作用下，“零应变性”特性能够避免由于锂离子的不断嵌入和脱出而导致结构的破坏，从而可大大提高材料的循环性能和使用寿命。现阶段关于钛酸锂的大部分研究集中在锂离子电池负极材料方面，少数在电致变色材料方面的应用研究主要集中在使用磁控溅射方法制备电致变色材料离子储存层。创新型采用钛酸锂材料作为电致变色变色层材料，当变色层材料Li4Ti5O12在外加电场作用下Li4Ti5O12从脱锂(DL)态(Li4Ti5O12)转变为锂化(L)态(Li7Ti5O12)时，外观的表现为薄膜由透明无色(脱锂态)转变为(锂化)深蓝色，其在可见光波长范围内的光学透过率大幅降低，而且不同于传统型电致变色变色层材料，锂化态的Li7Ti5O12在近中远红外波长范围内的透过率较低，对热辐射的扩散具有一定的可调节性。其次Li4Ti5O12材料锂化前后在可见光范围内，中远红外波长范围内表现出了的高发射率可调性，使其可以应用在热伪装领域。因此Li4Ti5O12(LTO)的宽带电致变色性能在红外伪装和温度调控领域有很好的应用前景。钛酸锂作为一种新型的阴极电致变色材料相关研究较少，如何方法简便，采用简易设备和较为宽松的环境条件制备出大面积且性能良好的Li4Ti5O12薄膜是其在电致变色材料方面应用亟待解决的一个问题。因此，专利技术一种简便廉价的工艺且能制备出大面积，性能良好的钛酸锂电致变色薄膜，显得尤为重要。
技术实现思路
：本专利技术的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种制备钛酸锂电致变色薄膜的方法，能够实现制备出性能良好的钛酸锂电致变色薄膜；该方法简单易实现，成本低廉，具有在电致变色玻璃产业、红外伪装领域、智能电子与器件等方面应用和推广的可能性。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种制备钛酸锂电致变色薄膜的方法，包括步骤如下：步骤1，钛酸锂溶胶前驱体制备：(1)取锂盐溶液和有机钛盐溶液，将二者溶质按物质的量比，锂盐：有机钛盐＝(1-1.5):1混合均匀，获得A溶液；(2)按溶质物质的量比，草酸：(锂盐+有机钛盐)＝(1-1.5):1，将草酸溶液加入A溶液中，混合均匀形成钛酸锂溶胶前驱体；步骤2，钛酸锂溶胶前驱体薄膜制备：取含有透明导电层的衬底，将钛酸锂溶胶前驱体涂膜于衬底的透明导电层表面，干燥，制得钛酸锂溶胶前驱体薄膜；步骤3，钛酸锂电致变色薄膜制备：将钛酸锂溶胶前驱体薄膜进行煅烧，煅烧温度为350-700℃，保温时间为1h-6h，自然降温后，制得钛酸锂电致变色薄膜。所述步骤1(1)中：锂盐溶液制备过程为：将锂盐溶于溶剂中，磁力搅拌后得到澄清溶液，所述锂盐的物质的量浓度为0.1～1.5mol/L；有机钛盐溶液制备过程为：将有机钛盐溶于溶剂中，磁力搅拌后得到澄清溶液，所述的有机钛盐的物质的量浓度为0.1-2mol/L；将上述两种溶液混合后充分磁力搅拌形成澄清的混合溶液；其中，锂盐溶液与有机钛盐溶液制备过程中采用的溶剂为无水乙醇。所述步骤1(1)中：锂盐为乙酸锂。所述步骤1(1)中：有机钛盐为钛酸四丁酯、异丙醇钛、钛酸异丙酯中的一种。所述步骤1(2)中：草酸溶液制备过程为：将草酸溶于溶剂磁力搅拌后得到澄清草酸溶液，所述草酸溶液的浓度为1～4mol/L；将配置好的草酸溶液以缓慢速度滴入上述步骤(1)中的澄清混合溶液A中，充分均匀混合形成澄清透明的钛酸锂溶胶前驱体；所述步骤2中，衬底为导电玻璃，所述导电玻璃为ITO导电玻璃、FTO导电玻璃或AZO导电玻璃。所述步骤2中，衬底经过预处理后，进行涂膜，其中所述衬底预处理步骤如下：超声清洗处理：将衬底先后用洗涤剂、去离子水、丙酮和乙醇，在超声装置中分别进行清洗处理后，取出，用烘干设备烘干；表面活性处理：将经过超声清洗处理后的衬底进行表面活性处理，备用；所述步骤2中，涂膜工艺为刮涂法、喷涂法、丝棒涂布、浸渍提拉、旋涂或狭缝挤出涂布法。所述步骤3中，制备的钛酸锂电致变色薄膜在-3V～-1.5V电压下，获得锂化态的薄膜在红外波长范围内的透过率为7～31％。所述步骤3中，制备的钛酸锂电致变色薄膜在-3V～-1.5V电压下，在可见光波长范围内有0.50～0.68发射率可调性，在中远红外波长范围内有0.30～0.55和0.08～0.27发射率可调性。所述步骤3中，制备的钛酸锂电致变色薄膜在-3V～-1.5V电压下，在可见光波长范围内最高的光调制范围为40.51～50.63％。所述步骤3中，制备的钛酸锂电致变色薄膜在-3V～-1.5V电压的外加电场循环测试作用下5000～6000次后，材料在可见光，红外波长范围内的调节幅度为初次测试的83～90％。所述步骤3中，制备的钛酸锂电致变色薄膜锂化过程在液态电解质中进行，铂为对电极。所述步骤3中，制备的钛酸锂电致变色薄膜锂化后，能够储存一定电能，具有电量可视化。所述步骤3中，制备的钛酸锂电致变色薄膜可在外加电压的作用下实现电致变色，同时能够储存一定电能，此时形成超级电容薄膜，连接用电器等可为其供能并实现一定程度的褪色，还可通过外观着色的深浅程度判断所含电量状态，具有一定可视化。制备出的钛酸锂电致变色薄膜锂化后的红外区透过率较低，制备出的薄膜有发射率可调性的特点，具有一定的红外伪装效果。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术的一种制备钛酸锂电致变色薄膜的方法，操作简单，使用设备简易，制备要求的环境条件宽松，制备工艺能耗较小，大大降低了生产成本，有利于工业化大面积生产，有望在电致变色薄膜的工业化进程中得到推广。(2)该方法使用的钛酸锂不同于传统研究的电致变色器件变色层材料，钛酸锂材料是一种“零应变性”材料。其晶体在嵌入或脱出锂离子时晶格常数和体积变化都很小，与传统变色层材料相比，应用钛酸锂材料使得变色层材料的循环性能和使用寿命得到提高。(3)该方法使用的钛酸锂不同于传统研究的电致变色器件变色层材料，其钛酸锂材料锂化后在红外区透过率较低，使得其对热辐射的扩散具有一定调节性。钛酸锂材料锂化前后在可见光波长，中远红外波长范围内表现出了发射率可调性，使其可以应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备钛酸锂电致变色薄膜的方法，其特征在于，包括步骤如下：/n步骤1，钛酸锂溶胶前驱体制备：/n(1)取锂盐溶液和有机钛盐溶液，将二者溶质按物质的量比，锂盐：有机钛盐＝(1-1.5):1混合均匀，获得A溶液；/n(2)按溶质物质的量比，草酸：(锂盐+有机钛盐)＝(1-1.5):1，将草酸溶液加入A溶液中，混合均匀形成钛酸锂溶胶前驱体；/n步骤2，钛酸锂溶胶前驱体薄膜制备：/n取含有透明导电层的衬底，将钛酸锂溶胶前驱体涂膜于衬底的透明导电层表面，干燥，制得钛酸锂溶胶前驱体薄膜；/n步骤3，钛酸锂电致变色薄膜制备：/n将钛酸锂溶胶前驱体薄膜进行煅烧，煅烧温度为350-700℃，保温时间为1h-6h，降温后，制得钛酸锂电致变色薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备钛酸锂电致变色薄膜的方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤1，钛酸锂溶胶前驱体制备：
(1)取锂盐溶液和有机钛盐溶液，将二者溶质按物质的量比，锂盐：有机钛盐＝(1-1.5):1混合均匀，获得A溶液；
(2)按溶质物质的量比，草酸：(锂盐+有机钛盐)＝(1-1.5):1，将草酸溶液加入A溶液中，混合均匀形成钛酸锂溶胶前驱体；
步骤2，钛酸锂溶胶前驱体薄膜制备：
取含有透明导电层的衬底，将钛酸锂溶胶前驱体涂膜于衬底的透明导电层表面，干燥，制得钛酸锂溶胶前驱体薄膜；
步骤3，钛酸锂电致变色薄膜制备：
将钛酸锂溶胶前驱体薄膜进行煅烧，煅烧温度为350-700℃，保温时间为1h-6h，降温后，制得钛酸锂电致变色薄膜。


2.根据权利要求1所述的制备钛酸锂电致变色薄膜的方法，其特征在于，所述步骤1(1)中，锂盐溶液制备过程为：将锂盐溶于溶剂中，磁力搅拌后得到澄清溶液，所述锂盐的物质的量浓度为0.1～1.5mol/L；有机钛盐溶液制备过程为：将有机钛盐溶于溶剂中，磁力搅拌后得到澄清溶液，所述的有机钛盐的物质的量浓度为0.1-2mol/L；将上述两种溶液混合后充分磁力搅拌形成澄清的混合溶液；其中，锂盐溶液与有机钛盐溶液制备过程中采用的溶剂为无水乙醇。


3.根据权利要求1所述的制备钛酸锂电致变色薄膜的方法，其特征在于，所述步骤1(1)中：锂盐为乙酸锂，有机钛盐为钛酸四丁酯、异丙醇钛、钛酸异丙酯中的一种。


4.根据权利要求1所述的制备钛酸锂电致变色薄膜的方法，其特征在于，所述步骤1(2)中：草酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凡，宋云龙，李明亚，王晓强，房林洋，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：河北;13