一种多孔晶态/非晶二氧化钛电致变色材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种多孔晶态/非晶二氧化钛电致变色材料及其制备方法和应用。本发明专利技术无需模板，通过配制钛源前驱体溶液并采用溶剂热法使晶态二氧化钛和非晶二氧化钛形成多孔混晶结构并沉积在FTO导电玻璃基底上制得多孔晶态/非晶二氧化钛电致变色材料；其中，钛源为氟钛酸铵、钛酸四丁酯、异丙醇钛的混合物，本发明专利技术实施例制得的多孔晶态/非晶二氧化钛电致变色材料中的非晶氧化钛和晶态氧化钛组织通过良好的界面接触形成了混晶结构，具有优异的电致变色性能，可以在低电压下实现透明和深绿色的迅速可逆转变。本发明专利技术的制备方法工艺简便，重复性好，支持规模化生产。支持规模化生产。支持规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔晶态/非晶二氧化钛电致变色材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电致变色薄膜材料领域，具体涉及一种多孔晶态/非晶二氧化钛电致变色材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]电致变色现象指的是材料的颜色在外界电场下发生可逆变化的现象。由于电致变色材料在隐身材料、智能变色薄膜等领域应用前景巨大，近年来越来越受到人们的重视。过渡金属氧化物是一种研究最广泛的电致变色材料，其中晶态二氧化钛被认为是一种很有前途的电致变色材料，具有化学稳定性、无毒性、环境友好和储量丰富等优点。然而，二氧化钛在光调制幅度、着色效率、阈值电压和响应时间等方面存在一些缺陷，因此，在电致变色应用中，二氧化钛经常作为“惰性模板”与其他电致变色材料结合使用。但在实际应用时，复合电极不能利用二氧化钛的光调制特性，包括波长和着色状态的调制；而且复合电极的合成意味着操作方法复杂，在商业使用上受到限制。因此，如何提高晶态二氧化钛的电致变色性能是领域内广泛关注的问题。
[0003]微观结构以及电极的结构和形态是决定电致变色材料性能的关键因素。从微观结构的角度来看，非晶态二氧化钛除了开放空间通道和自由空间外，还有更多的锂离子插入点。因此，当锂离子插入非晶态二氧化钛时，会导致钛原子周围的配位环境发生变化，这与晶态二氧化钛的配位环境不同。钛原子周围的配位环境的变化将导致二氧化钛的光吸收发生变化，从而产生不同的颜色(如白色、蓝色、绿色、黑色等)。然而，由于非晶态二氧化钛的结构不容易合成、化学稳定性不好且着色效率较低，因此对其电致变色特性的研究较少。而晶态氧化钛具有稳定的晶体结构，可以减小锂离子插入引起的晶格畸变和膨胀，提高电致变色过程中的循环稳定性。但是只有非晶态和晶态氧化钛形成良好的界面接触才可以降低界面处锂离子的插入势垒，从而提高电致变色性能。但是目前还没有人合成出界面接触良好的非晶/晶态复合氧化钛薄膜材料。从电极的结构和形态来看，多孔结构的薄膜具有较大的比表面积，增加了电极与电解质的接触面积，缩短了离子传输路径，缓解因锂离子插入引起的晶格膨胀，从而改善了电极的电致变色性能。但多孔薄膜的制备普遍涉及到模板的制备与去除过程，方法复杂且成本较高。申请号为201910844815.0的专利技术专利通过二氧化硅微球为模板制备多孔二氧化钛材料，但是该专利涉及高温煅烧和氢氟酸刻蚀去除模板，方法复杂、不环保且不宜大面积推广。因此如何无模板制备出界面接触良好的具有多孔形貌的晶态/非晶二氧化钛复合材料来提高电致变色性能成为了目前国内外的研究重点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种多孔晶态/非晶二氧化钛电致变色材料及其制备方法和应用。
[0005]首先，根据本专利技术的一方面，本专利技术提供了一种多孔晶态/非晶二氧化钛电致变色
材料，所述多孔晶态/非晶二氧化钛电致变色材料是通过配制钛源前驱体溶液并采用溶剂热法使晶态二氧化钛和非晶二氧化钛形成多孔混晶结构并沉积在FTO导电玻璃基底上制得。
[0006]优选地，本专利技术的多孔晶态/非晶二氧化钛电致变色材料，其中，钛源为氟钛酸铵、钛酸四丁酯、异丙醇钛的混合物；环己醇的含量为50ml，氟钛酸铵、钛酸四丁酯、异丙醇钛和去离子水的含量范围分别为0.198
‑
0.99g、0.85
‑
3.4g、0.71
‑
2.84g、25
‑
100μL，得到的非晶二氧化钛和晶态二氧化钛相互之间具有良好的界面接触，形成混晶结构，在FTO导电玻璃基底上得到致密、均匀、透明的多孔晶态/非晶二氧化钛电致变色材料。
[0007]优选地，上述多孔晶态/非晶二氧化钛电致变色材料经下述步骤制备而成：
[0008](1)FTO导电玻璃基底表面清洗：将FTO导电玻璃基底依次置于丙酮、乙醇、去离子水中，分别进行超声清洗8
‑
12min，超声清洗后的FTO导电玻璃基底置于滤纸上，采用红外灯烤干；
[0009](2)配制钛源前驱体溶液：按配比将钛源和去离子水加入到环己醇中，搅拌溶解后得到钛源前驱体溶液；其中，钛源为氟钛酸铵、钛酸四丁酯、异丙醇钛的混合物；环己醇的含量为50ml，氟钛酸铵、钛酸四丁酯、异丙醇钛和去离子水的含量分别为0.198
‑
0.99g、0.85
‑
3.4g、0.71
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2.84g、25
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100μL；
[0010](3)溶剂热反应：将步骤(2)配制的钛源前驱体溶液加入到高压反应釜中，将FTO导电玻璃基底的导电面朝下45
°
固定于钛源前驱体溶液中进行反应，反应温度为140
‑
190℃，反应时间为120
‑
420min，得到溶剂热反应产物；
[0011](4)干燥处理：采用去离子水对步骤(3)得到的溶剂热反应产物反复冲洗，冲洗后的溶剂热反应产物在鼓风干燥箱中干燥，干燥时温度为50
‑
100℃，干燥时间为200
‑
1000min，得到干燥处理产物；
[0012](5)热处理：将步骤(4)得到的干燥处理产物在空气中进行退火处理，其中，退火温度为200
‑
450℃，退火时间为30
‑
120min，升温速率为1
‑
10℃/min，在FTO导电玻璃基底上得到致密均匀的透明薄膜，即为多孔晶态/非晶二氧化钛电致变色材料。
[0013]进一步地，本专利技术多孔晶态/非晶二氧化钛电致变色材料具有优异的电致变色性能，可以在不同电压下实现透明和深绿色的迅速可逆转变。
[0014]进一步地，本专利技术涉及上述多孔晶态/非晶二氧化钛电致变色材料作为的应用。
[0015]另一方面，本专利技术还提供了一种多孔晶态/非晶二氧化钛电致变色材料的制备方法，包括下述步骤：
[0016](1)FTO导电玻璃基底表面清洗：将FTO导电玻璃基底依次置于丙酮、乙醇、去离子水中，分别进行超声清洗8
‑
12min，超声清洗后的FTO导电玻璃基底置于滤纸上，采用红外灯烤干；
[0017](2)配制前驱体溶液：按配比将钛源和去离子水加入到环己醇中，搅拌溶解后得到钛源前驱体溶液；其中，钛源为氟钛酸铵、钛酸四丁酯、异丙醇钛的混合物；环己醇的含量为50ml，加入的氟钛酸铵、钛酸四丁酯、异丙醇钛和去离子水的含量范围分别为0.198
‑
0.99g、0.85
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3.4g、0.71
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2.84g、25
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100μL；
[0018](3)溶剂热反应：将步骤(2)配制的钛源前驱体溶液加入到高压反应釜中，将FTO导电玻璃基底的导电面朝下45
°
固定于钛源前驱体溶液中进行反应，反应温度为140
‑
190℃，
反应时间为120
‑
420min，得到溶剂热反应产物；
[0019](4)干本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔晶态/非晶二氧化钛电致变色材料，其特征在于：所述多孔晶态/非晶二氧化钛电致变色材料是通过配制钛源前驱体溶液并采用溶剂热法使晶态二氧化钛和非晶二氧化钛形成多孔混晶结构并沉积在FTO导电玻璃基底上制得；其中，钛源为氟钛酸铵、钛酸四丁酯、异丙醇钛的混合物，当环己醇含量为50ml，氟钛酸铵、钛酸四丁酯、异丙醇钛和去离子水的含量分别为0.99
‑
0.198g、0.85
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3.4g、0.71
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2.84g、25
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100μL时，得到的非晶二氧化钛和晶态二氧化钛相互之间具有良好的界面接触，形成混晶结构，在FTO导电玻璃基底上得到致密、均匀、透明的多孔晶态/非晶二氧化钛电致变色材料。2.根据权利要求1所述的多孔晶态/非晶二氧化钛电致变色材料，其特征在于，所述多孔晶态/非晶二氧化钛电致变色材料经下述步骤制备而成：(1)FTO导电玻璃基底表面清洗：将FTO导电玻璃基底依次置于丙酮、乙醇、去离子水中，分别进行超声清洗8
‑
12min，超声清洗后的FTO导电玻璃基底置于滤纸上，采用红外灯烤干；(2)配制钛源前驱体溶液：按配比将钛源和去离子水加入到环己醇中，搅拌溶解后得到钛源前驱体溶液；其中，钛源为氟钛酸铵、钛酸四丁酯、异丙醇钛的混合物；环己醇含量为50ml，氟钛酸铵、钛酸四丁酯、异丙醇钛和去离子水的含量分别为0.198
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0.99g、0.85
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3.4g、0.71
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2.84g、25
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100μL；(3)溶剂热反应：将步骤(2)配制的钛源前驱体溶液加入到高压反应釜中，将FTO导电玻璃基底的导电面朝下45
°
固定于钛源前驱体溶液中进行反应，反应温度为140
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190℃，反应时间为120
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420min，得到溶剂热反应产物；(4)干燥处理：采用去离子水对步骤(3)得到的溶剂热反应产物反复冲洗，冲洗后的溶剂热反应产物在鼓风干燥箱中干燥，干燥时温度为50～100℃，干燥时间为200
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1000min，得到干燥处理产物；(5)热处理：将步骤(4)得到的干燥处理产物在空气中进行退火处理，其中，退火温度为200
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450℃，退火时间为30
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120min，升温速率为1
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10℃/min，在FTO导电玻璃基底上得到致密均匀的透明薄膜，即为多孔晶态/非晶二氧化钛电致变色材料。3.根据权利要求1所述的多孔晶态/非晶二氧化钛电致变色材料，其特征在于，所多孔晶态/非...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，蔡婧怡，吴玉程，张雪茹，姚尚智，舒霞，米赛，崔接武，王岩，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：