纳米孔阵列结构的电致变色复合薄膜及其制备方法、应用技术

本发明专利技术属于电致变色材料技术领域，涉及纳米孔阵列结构的电致变色复合薄膜及其制备方法、应用，该复合薄膜的制备方法，包括：制备多孔氧化钛薄膜；将钨酸盐吸附在所述多孔氧化钛薄膜上；对吸附有钨酸盐的多孔氧化钛薄膜进行加热分解，使钨酸盐在多孔氧化钛薄膜上原位生成氧化钨纳米粒子。该制备方法，电解液通过与多孔氧化钛薄膜的充分接触能够提高氧化钛的电致变色效率，通过在多孔氧化钛薄膜上修饰氧化钨纳米粒子，提高了材料的着色率，从而提高了氧化钛薄膜的电致变色响应能力和着色效率。

【技术实现步骤摘要】
纳米孔阵列结构的电致变色复合薄膜及其制备方法、应用
本专利技术属于电致变色材料
，涉及纳米孔阵列结构的电致变色复合薄膜及其制备方法、应用。
技术介绍
据统计，目前城市建设中建筑相关的能源消耗约占据社会总能耗的百分之二十。近年来，随着我国社会和经济的迅速发展，能源短缺情况已越来越严重，为了提高能源利用率，建筑相关的节能受到了科学界和工业界的广泛关注。随着建筑行业中对节能设计的重视，电致变色材料被认为是最有应用前景的智能材料之一。现有的电致变色材料，其透过率可以通过施加微小电压进行控制，且这种变化在施加电压一段时间后能够保持较长的时间。当反向施加电压时，电致变色材料的颜色则可逆地回到初始状态。氧化钛是一种常见的光催化材料和涂料，同时它也具有一定的电致变色性质。当施加负电压时，TiO2获得电子，其中的四价Ti4+被还原成蓝黑色的三价钛Ti3+，从而引发材料在本色和蓝色之间的颜色变化。目前，应用电致变色材料制成的智能玻璃已经取得了很多优秀成果，然而其仍然存在一定的局限。例如，申请号为201710705116.9的专利技术专利，公开了一种纳米晶镶嵌的氧化钨电致变色复合薄膜。这种复合薄膜，由小尺寸的纳米晶镶嵌在无定型的氧化物体中构成，影响该电致变色复合膜的性能的关键在于：1)纳米晶的尺寸、稳定性和分散性；2)纳米晶与氧化钨基体的复合尺度必须严格控制在100nm范围以内。该薄膜通过旋涂法固定在导电玻璃基底上进行热处理获得，在热处理过程中由于膨胀系数的差异，会造成薄膜上形成裂缝，导电性变差，着色时间较长(7.9～10.8秒)，在较高的电压下，633nm处的光谱调制幅度(着色效率)最高也只有50％左右，且不能够在较温和(-0.4V和-0.6V)的电位下进行光谱调制。此外，采用较大的调制电位通常会导致电致变色薄膜的循环使用寿命大幅度缩短。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供纳米孔阵列结构的电致变色复合薄膜及其制备方法、应用，该制备方法，通过在多孔氧化钛薄膜上修饰氧化钨纳米粒子，提高了氧化钛薄膜的电致变色响应能力和着色效率。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一方面，本专利技术提供了一种纳米孔阵列结构的电致变色复合薄膜，包括多孔氧化钛薄膜和分布在所述多孔氧化钛薄膜中的氧化钨纳米粒子，所述多孔氧化钛薄膜呈纳米孔结构，所述氧化钨纳米粒子通过原位生长法形成在多孔氧化钛薄膜的纳米孔结构中。进一步，所述纳米孔结构包括阵列排布在钛基底上的氧化钛纳米孔道，所述氧化钛纳米孔道的直径为75～110nm。进一步，所述多孔氧化钛薄膜的厚度为3～10μm。另一方面，本专利技术提供了一种纳米孔阵列结构的电致变色复合薄膜的制备方法，所述方法包括：1)制备多孔氧化钛薄膜；2)将钨酸盐吸附在所述多孔氧化钛薄膜上；3)对吸附有钨酸盐的多孔氧化钛薄膜进行加热分解，使钨酸盐在多孔氧化钛薄膜上原位生成氧化钨纳米粒子。进一步，所述步骤1)具体包括，1.1)清洗钛基底，将钛基底依次置于丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗，用氮气吹干；1.2)将清洗过的钛基底浸没于含有0.1～0.3mmol/L氟化铵的10～100mL无水乙二醇或丙三醇中进行电化学氧化，施加电压为30～60V，反应时间为2～24h，得到生长在钛基底上的多孔氧化钛薄膜。进一步，所述钛基底为钛箔、钛块、钛柱、通过溅射法在导电玻璃上涂布的钛层中的任意一种。进一步，所述步骤2)具体为：将所述多孔氧化钛薄膜置于浓度为0.01～10mmol/L的钨酸盐溶液中，静置1～12h取出，清洗。进一步，所述步骤3)具体为：将吸附有钨酸盐的多孔氧化钛薄膜在300～550℃的空气氛围下煅烧30～300min，使钨酸盐在多孔氧化钛薄膜上原位生成氧化钨纳米粒子。进一步，所述氧化钨纳米粒子的尺寸和密度能够通过步骤2)和步骤3)的反应次数进行控制。又一方面，本专利技术还提供了一种如上所述的制备方法制得纳米孔阵列结构的电致变色复合薄膜在电致变色材料上的应用。与现有技术相比，本专利技术提供的技术方案包括以下有益效果：该制备方法，电解液通过与多孔氧化钛薄膜的充分接触能够提高氧化钛的电致变色效率，通过在多孔氧化钛薄膜上修饰氧化钨纳米粒子，提高了材料的着色率，从而提高了氧化钛薄膜的电致变色响应能力和着色效率。此外，通过重复钨酸盐吸附和加热煅烧的反应次数能够控制氧化钨纳米粒子的尺寸和密度，反应次数越多，粒子越大，不同尺寸氧化钨纳米粒子的修饰能够有效地调控材料的电致变色所需电压，实现了电压对智能玻璃低电压下高着色率的获取。附图说明图1为本专利技术实施例3提供的氧化钨纳米粒子均匀固定的多孔氧化钛薄膜的正面形貌图；图2为本专利技术实施例3提供的氧化钨纳米粒子均匀固定的多孔氧化钛薄膜的侧面总形貌图；图3为本专利技术实施例3提供的氧化钨纳米粒子均匀固定的多孔氧化钛薄膜的中部剖面图；图4为本专利技术实施例3提供的氧化钨纳米粒子均匀固定的多孔氧化钛薄膜接近管底处的剖面图；图5为本专利技术提供的多孔氧化钛薄膜上无氧化钨纳米粒子在不同电压下的反射光谱图；图6为本专利技术实施例6提供的多孔氧化钛薄膜上两层氧化钨纳米粒子在不同电压下的反射光谱图；图7本专利技术实施例6提供的多孔氧化钛薄膜上四层氧化钨纳米粒子在不同电压下的反射光谱图；图8本专利技术实施例6提供的多孔氧化钛薄膜上六层氧化钨纳米粒子在不同电压下的反射光谱图；图9本专利技术实施例6提供的多孔氧化钛薄膜上八层氧化钨纳米粒子在不同电压下的反射光谱图；图10(a)、图10(b)、图10(c)为本专利技术实施例9提供的多孔氧化钛薄膜上未修饰氧化钨纳米粒子前在不同电压下所呈现的颜色状态图；图11(a)、图11(b)、图11(c)为本专利技术实施例9提供的多孔氧化钛薄膜上修饰四层氧化钨纳米粒子后在不同电压下所呈现的颜色状态图；图12(a)、图12(b)、图12(c)为本专利技术实施例9提供的多孔氧化钛薄膜上修饰六层氧化钨纳米粒子后在不同电压下所呈现的颜色状态图；图13为本专利技术提供的纳米孔阵列结构的电致变色复合薄膜的制备方法的流程图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细描述：实施例1一方面，本专利技术提供了一种纳米孔阵列结构的电致变色复合薄膜，包括多孔氧化钛薄膜和分布在多孔氧化钛薄膜中的氧化钨纳米粒子，多孔氧化钛薄膜呈纳米孔结构，氧化钨纳米粒子通过原位生长法形成在多孔氧化钛薄膜的纳米孔结构中。进一步地，纳米孔结构包括阵列排布在钛基底上的氧化钛纳米孔道，其中，氧化钛纳米孔道的直径为75～110nm。进一步地，多孔氧化钛薄膜的厚度为3～10μm。进一步，氧化钨纳米粒子无需固定剂，直接通过吸附在氧化钛表面的钨酸盐前驱物加热分解获得；且氧化钨纳米粒子的大小可通过重复前驱物在氧化钛表面的吸附、热分解的次数来控制。另一方面，本专利技术提供了一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米孔阵列结构的电致变色复合薄膜，其特征在于，包括多孔氧化钛薄膜和分布在所述多孔氧化钛薄膜中的氧化钨纳米粒子，所述多孔氧化钛薄膜呈纳米孔结构，所述氧化钨纳米粒子通过原位生长法形成于多孔氧化钛薄膜的纳米孔结构中。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米孔阵列结构的电致变色复合薄膜，其特征在于，包括多孔氧化钛薄膜和分布在所述多孔氧化钛薄膜中的氧化钨纳米粒子，所述多孔氧化钛薄膜呈纳米孔结构，所述氧化钨纳米粒子通过原位生长法形成于多孔氧化钛薄膜的纳米孔结构中。


2.根据权利要求1所述的电致变色复合薄膜，其特征在于，所述纳米孔结构包括阵列排布在钛基底上的氧化钛纳米孔道，所述氧化钛纳米孔道的直径为75～110nm。


3.根据权利要求2所述的电致变色复合薄膜，其特征在于，所述多孔氧化钛薄膜的厚度为3～10μm。


4.一种纳米孔阵列结构的电致变色复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
1)制备多孔氧化钛薄膜；
2)将钨酸盐吸附在所述多孔氧化钛薄膜上；
3)对吸附有钨酸盐的多孔氧化钛薄膜进行加热分解，使钨酸盐在多孔氧化钛薄膜上原位生成氧化钨纳米粒子。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括，
1.1)清洗钛基底，将钛基底依次置于丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗，用氮气吹干；
1.2)将清洗过的钛基底...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晨，晋丁亥，张霞，蔡秀霞，李琴琴，
申请(专利权)人：西安邮电大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61