无机全固态电致变色材料与器件研究进展

智能场致变色材料是一类能在外场(电场、温度、光照、气氛)刺激下发生可逆光学变化的物质群。其中,电致变色材料因其调节幅度大、响应速率快、着色效率高和循环稳定性好等特点,有望在智能窗、屏幕显示和多功能储能器件等领域得到广泛应用。相较于半固态电致变色器件难于封装以及有机电致变色材料易于变性失效,无机全固态电致变色材料及其器件具有更好的综合应用性。本文聚焦典型无机全固态电致变色材料与器件,综述了当前电致变色器件各结构层的制备途径,并对比了其优劣性,详细介绍了主要的电致变色备选材料及其关键性能评价指标,并阐释了几种代表性电致变色器件的作用原理,提出了使用兼具高透光率、低面电阻以及优异抗弯折性的透明柔性电极替代传统的刚性衬底以实现多场响应器件的应用拓展。最后,从性能瓶颈、工艺难点及产业化机遇的角度对无机全固态电致变色器件的应用前景进行了展望,为电致变色产业化进程提供了借鉴。

光学设计用于全固态电致变色器件的高溅射效率三明治结构电解质

全固态电致变色器件以其光学对比度高、响应速度快以及良好的循环稳定性等特点而广泛应用于节能窗、屏幕显示、多功能储能设备等诸多领域。然而,传统的基于单层电解质体系的全固态电致变色器件常受限于光学透过率和溅射效率的不足。本工作利用反应直流磁控溅射技术成功制备了基于LiAlO_(x)/Ta_(2)O_(5)/LiAlO_(x)(ATA)三明治结构电解质的全固态电致变色器件。通过引入ATA三明治结构电解质,所制得的七层体系电致变色器件(ITO/NiO/LiAlO_(x)/Ta_(2)O_(5)/LiAlO_(x)/WO_(3)/ITO)兼具了优异的透光率和可观的溅射效率。该全固态电致变色器件取得了令人满意的着色效率(79.6 cm^(2)/C),更快的响应速度(着色时间1.9 s,褪色时间1.6 s)以及数百次循环的良好稳定性。此外,ATA三明治结构电解质充分利用了Ta2O5优异的离子传输速率和稳定性,并提供了足够的锂离子以满足快速变色切换的需求。因而,通过连续直流溅射制备的基于ATA三明治结构电解质的全固态电致变色器件有望为高性能电致变色器件的量产和实际应用提供重要的指导。

电沉积工艺制备纳米ZnO及其生长机理

本文以Zn(NO3)2·6H2O和KCl的水溶液为电解液,采用三电极恒电位体系在ITO上电沉积制备了形貌可控的纳米ZnO。通过旋转涂布(CH3COO)2Zn·2H2O溶液,煅烧后可在ITO表面生长一层ZnO种子层。该种子层可以增加ZnO的密度,使c轴取向更加明显。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、光致发光光谱(PL)等测试手段,系统地分析了电沉积参数(Zn(NO3)2·6H2O浓度、电沉积电压、电沉积温度)对电沉积制备纳米ZnO形貌、结构、光催化性能、发光性能的影响,并研究了其生长机理。

阳极氧化工艺制备TiO_2纳米管阵列及其碳包覆改性

首先采用阳极氧化工艺制备了TiO2纳米管阵列,然后利用水热工艺对其进行C包覆改性,探讨了热处理温度、F-浓度、阳极氧化电压、阳极氧化时间等参数对TiO2纳米管阵列形貌及性能的影响,并初步研究了其生长机理。通过实验得到TiO2纳米管阵列的最佳制备条件:F-浓度0.5wt%;阳极氧化电压30V;阳极氧化时间1h;热处理温度450℃。C包覆改性后的TiO2纳米管阵列对可见光的吸收明显增强,尿素浓度为20wt%时制得的TiO2纳米管阵列对亚甲基蓝的光降解率高达92.7%,相较于未进行C包覆改性的TiO2纳米管阵列提高了7.9%,说明C包覆改性可以显著提高TiO2纳米管阵列的光催化性能。