【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电致变色薄膜制备领域，具体涉及一种铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜及其制备方法。
技术介绍
1、电致变色(ec)是在施加一个较低的外加电压的情况下使材料的光学性能(吸收率、反射率、透过率)发生可逆稳定的颜色以及透明度的变化，目前已在智能窗、防眩目汽车后视镜、显示屏、军用伪装等方面广泛应用。氧化镍(nio)作为一种潜力巨大的阳极电致变色材料，其电致变色过程基于氧化还原反应，同时伴随着离子的嵌入与脱出，而nio晶体属于nacl型致密堆积面心立方结构，可供离子扩散的通道比较小，从动力学和循环稳定性角度来说不利于变色性能的发挥，因此存在着循环稳定性差、变色范围小和响应时间长等缺点。此外，磁控溅射是制备nio薄膜的主要手段，但由于设备和真空环境的严格要求而增加了生产成本。因此，如何低成本的制备nio薄膜并实现高ec性能是目前主要研究的问题。
2、研究发现除了优化制备工艺、制备复合材料外，合成零维纳米晶及掺杂改性实现薄膜纳米化是提高其ec性能的有效方法。其中一种有效的方法是合成尺寸大小均一、分散性好的nio纳米晶，再通过旋涂法制备薄膜，但是这种方法一般使用三口烧瓶作为反应装置，反应过快的升温和降温不利于纳米晶的形核和生长，且制备的nio纳米晶溶液需要进行多次提纯以去除表面的硬脂酸锂，需要进行配体交换，工艺复杂，不利于大批量生产。且现有的方法且只能用于刮涂制备厚度较大的薄膜，无法实现薄膜厚度的可控制备。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜
2、在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜的制备方法。根据本专利技术的实施例，包括以下步骤：
3、步骤1.溶剂热法制备铁离子掺杂氧化镍纳米晶油墨
4、步骤1.1.将掺杂元铁盐和前驱体镍盐混合并溶于溶剂中，再向其中加入表面活性剂，在40～60℃加热搅拌至溶液透明；
5、步骤1.2.将透明溶液转移到含有聚四氟乙烯内胆的反应釜中，反应得到铁离子掺杂氧化镍纳米晶溶液；
6、步骤1.3.向铁离子掺杂氧化镍纳米晶溶液中加入过量不良溶剂，离心之后溶解在正己烷中再次加入不良溶剂，高速离心得到铁离子掺杂氧化镍纳米晶沉淀；
7、步骤1.4.将铁离子掺杂氧化镍纳米晶沉淀分散在适量非极性溶剂中，即得到所述的铁离子掺杂氧化镍纳米晶油墨；
8、步骤2.旋涂法制备铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜
9、步骤2.1.将fto导电玻璃依次在丙酮、乙醇、去离子水和uv清洗机中处理10～30min；
10、步骤2.2.将铁离子掺杂氧化镍纳米晶油墨旋涂在fto导电玻璃上并在280～320℃退火处理10～20min，重复旋涂退火多次后得到一定厚度的薄膜，即为铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜。
11、另外，根据本专利技术上述实施例的一种铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜的制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：
12、在本专利技术的一些实施例中，所述步骤1.1中，掺杂元铁盐和前驱体镍盐的摩尔比为0.01～0.2：2，掺杂元铁盐为乙酰丙酮铁、硬脂酸铁、醋酸铁中的一种，前驱体镍盐为乙酰丙酮镍、硬脂酸镍、乙酸镍中的一种，溶剂为甲苯，表面活性剂为油胺。
13、在本专利技术的一些实施例中，所述步骤1.2中，反应温度为160～230℃，反应时间为15～30h。
14、在本专利技术的一些实施例中，所述步骤1.3中，不良溶剂为乙醇、丙酮、乙腈、二甲亚砜的一种，利用不良溶剂对铁离子掺杂氧化镍纳米晶溶液进行两次离心清洗，其中，第一次离心清洗时，铁离子掺杂氧化镍纳米晶溶液与不良溶剂的体积比为1：2～4，第二次离心清洗时，铁离子掺杂氧化镍纳米晶正己烷溶液与不良溶剂的体积比为1：10～15，离心速度为8000～10000r/min，离心时间为3～6min。
15、在本专利技术的一些实施例中，所述步骤1.4中，非极性溶剂为甲苯、三甲苯、正己烷、氯仿中的一种，铁离子掺杂氧化镍纳米晶油墨浓度为50～100mg/ml。
16、在本专利技术的一些实施例中，所述步骤2.2中，旋涂的速度为1200～1800r/min，旋涂时间为5～30s。
17、在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种根据所述的铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜的制备方法制备得到的铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜。
18、另外，根据本专利技术上述实施例的铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜，还可以具有如下附加的技术特征：
19、在本专利技术的一些实施例中，所述纳米晶薄膜是由铁离子掺杂氧化镍纳米晶颗粒堆积而成，且铁离子均匀分布在纳米晶薄膜表面，所述纳米晶薄膜厚度为0.1～1.5um。
20、在本专利技术的一些实施例中，在施加低电压为-0.5～+1.2v时，所述铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜能够在锂离子电解质中2～3秒内实现透明和黑褐色之间的可逆变化。
21、在本专利技术的一些实施例中，所掺杂的铁离子包含比例可控的零价铁和三价铁两种价态。
22、在本专利技术的一些实施例中，所述铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜在锂离子电解质中光学对比度可达70％～80％。
23、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
24、1、本专利技术反应体系简单，只需将适宜浓度的前驱体和掺杂元、溶剂及表面活性剂混合转移到反应釜中在较低温度下反应一定时间，沉淀离心后即可得到铁离子掺杂氧化镍纳米晶，产率高，无副产物的生成；旋涂和热处理后可得到高电致变色性能的铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜，可控性强、成本低、可重复性好。
25、2、本专利技术可通过调节前驱体镍盐浓度、掺杂元铁盐浓度、反应温度、反应时间等参数，实现铁离子掺杂氧化镍纳米晶粒径尺寸在3～20nm可控合成；可通过控制不同旋涂参数如转速、时间、层数，实现薄膜厚度在0.1～1.5um的可控调节，可实现规模化生产。
26、3、本专利技术使用溶剂热法一步合成具有超小粒径且可高度分散于多种非极性溶剂的铁离子掺杂氧化镍纳米晶，从而将铁离子掺杂氧化镍纳米晶的结晶过程从现有的铁离子掺杂氧化镍薄膜的结晶成膜过程中分离出来，结晶过程与成膜过程相互独立、不相互影响，进而为薄膜基底和退火温度的选择提供了更多的可能性，从而可以兼容耐高温性能较低的基底(如柔性聚合物导电基底)，可应用于柔性可穿戴基底。
27、4、本专利技术制备的铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜是由尺寸均一的铁离子掺杂氧化镍纳米晶颗粒均匀排列组成，在晶体结构中，铁离子的掺杂在减小晶粒尺寸的同时，提高了铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜的均匀性和平整度，同时可以通过油胺来控制铁离子的价态和分布，可有效提高电子传输速度和离子扩散速率，加快反应动力学过程，提高电致变色薄膜的响应速度和光学对比度。
28、5、本专利技术制备的铁离子掺杂氧本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1.1中，掺杂元铁盐和前驱体镍盐的摩尔比为0.01～0.2：2，掺杂元铁盐为乙酰丙酮铁、硬脂酸铁、醋酸铁中的一种，前驱体镍盐为乙酰丙酮镍、硬脂酸镍、乙酸镍中的一种，溶剂为甲苯，表面活性剂为油胺。
3.根据权利要求1所述的一种铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1.2中，反应温度为160～230℃，反应时间为15～30h。
4.根据权利要求1所述的一种铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1.3中，不良溶剂为乙醇、丙酮、乙腈、二甲亚砜的一种，利用不良溶剂对铁离子掺杂氧化镍纳米晶溶液进行两次离心清洗，其中，第一次离心清洗时，铁离子掺杂氧化镍纳米晶溶液与不良溶剂的体积比为1：2～4，第二次离心清洗时，铁离子掺杂氧化镍纳米晶正己烷溶液与不良溶剂的体积比为1：10～15，离心速度为8000～10000r/min，离心时间为3～6min。
5.根
6.根据权利要求1所述的一种铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤2.2中，旋涂的速度为1200～1800r/min，旋涂时间为5～30s。
7.一种根据权利要求1～6任一项所述的铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜的制备方法制备得到的铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜。
8.根据权利要求7所述的一种铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜，其特征在于：所述纳米晶薄膜是由铁离子掺杂氧化镍纳米晶颗粒堆积而成，且铁离子均匀分布在纳米晶薄膜表面，所述纳米晶薄膜厚度为0.1～1.5um。
9.根据权利要求7所述的一种铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜，其特征在于：在施加低电压为-0.5～+1.2V时，所述铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜能够在锂离子电解质中2～3秒内实现透明和黑褐色之间的可逆变化。
10.根据权利要求7所述的一种铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜，其特征在于：所掺杂的铁离子包含比例可控的零价铁和三价铁两种价态，所述铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜在锂离子电解质中光学对比度可达70％～80％。
...【技术特征摘要】
1.一种铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1.1中，掺杂元铁盐和前驱体镍盐的摩尔比为0.01～0.2：2，掺杂元铁盐为乙酰丙酮铁、硬脂酸铁、醋酸铁中的一种，前驱体镍盐为乙酰丙酮镍、硬脂酸镍、乙酸镍中的一种，溶剂为甲苯，表面活性剂为油胺。
3.根据权利要求1所述的一种铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1.2中，反应温度为160～230℃，反应时间为15～30h。
4.根据权利要求1所述的一种铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1.3中，不良溶剂为乙醇、丙酮、乙腈、二甲亚砜的一种，利用不良溶剂对铁离子掺杂氧化镍纳米晶溶液进行两次离心清洗，其中，第一次离心清洗时，铁离子掺杂氧化镍纳米晶溶液与不良溶剂的体积比为1：2～4，第二次离心清洗时，铁离子掺杂氧化镍纳米晶正己烷溶液与不良溶剂的体积比为1：10～15，离心速度为8000～10000r/min，离心时间为3～6min。
5.根据权利要求1所述的一种铁离子掺杂氧化镍纳米晶薄膜的制备方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，孙梦雪，吴玉程，米赛，陶新宇，崔接武，舒霞，王岩，秦永强，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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