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NiO和WO₃互补型电致变色薄膜及器件的制备与性能

作　者: 田健
导　师: 黄辉
学　校: 浙江工业大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 电致变色多孔薄膜氧化镍氧化钨器件
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

NiO薄膜具有优异的电致变色特性,是最有发展前景的阳极电致变色材料之一。非晶结构WO₃薄膜为典型的阴极电致变色材料,是电致变色器件电致变色层的首选材料。由NiO和WO₃薄膜组成的互补型结构电致变色器件不仅简化了制作工序,而且其性能也优于传统器件,应用前景广阔。本文利用化学沉积法制备了大比面积的无序多孔纳米NiO薄膜,讨论了不同热处理温度对NiO薄膜微结构和电致变色性能的影响。多孔薄膜由厚度在20?25 nm,相互连接且垂直于基底的NiO纳米片组成。300°C热处理形成的NiO薄膜的具有最佳的电致变色性能,在可见光波长范围内,薄膜着色态与褪色态透光率差值为38.6%。随着热处理温度的增加,NiO薄膜的电致变色和电化学性能变差。采用电沉积法制备了WO₃薄膜,并在不同热处理温度对WO₃薄膜影响进行了研究,经250°C热处理后WO₃薄膜仍为非晶结构,薄膜结构呈网状,保持了较好变色性能,在可见光波长范围内,薄膜着色态与褪色态透光率差值接近65.5%;经300°C和350°C热处理后WO₃薄膜向多晶结构转变,晶化后薄膜结构变的致密,电致变色性能下降,并且随着热处理温度的升高,电致变色和电化学性能变差。此外,还设计制作了由WO₃与NiO薄膜组装而成的互补型电致变色器件,在可见光范围内,器件着色态与褪色态透射率值相差近83.7%,着色与褪色所需响应时间迅速,在外加电压为士2V情况时,器件的着色过程与褪色过程所需时间分别为1.76s和1.54s。经100次电化学循环后,仍能保持稳定的可见光调节能力。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-30
  1.1 电致变色材料  10-14
    1.1.1 电致变色材料发展概述  10-11
    1.1.2 无机电致变色材料  11-12
    1.1.3 有机电致变色材料  12-14
  1.2 电致变色机理  14-17
  1.3 电致变色薄膜制备方法与特性  17-21
    1.3.1 化学气相沉积（CVD）  17-18
    1.3.2 Sol-Gel 法  18-19
    1.3.3 电沉积法  19
    1.3.4 溅射法  19-20
    1.3.5 蒸发法  20-21
  1.4 电致变色器件  21-26
    1.4.1 电致变色器件结构及其工作原理  21-24
    1.4.2 电致变色器件的应用  24-26
  1.5 NiO和WO_3电致变色薄膜的研究现状  26-28
    1.5.1 NiO 电致变色薄膜  26
    1.5.2 WO_3电致变色薄膜  26-28
  1.6 本论文选题的目的和意义  28-30
第二章实验方法及测试  30-34
  2.1 实验药品及仪器  30-31
    2.1.1 实验药品  30-31
    2.1.2 实验仪器  31
  2.2 材料的制备  31-34
    2.2.1 化学沉积法制备多孔纳米NiO 电致变色薄膜  31-32
    2.2.2 电沉积法制备WO_3电致变色薄膜  32
    2.2.3 电解液的制备  32
    2.2.4 材料表征  32-34
      2.2.4.1 XRD 测试  32-33
      2.2.4.2 表面形貌分析（SEM）  33
      2.2.4.3 循环伏安（CV）和电化学阻抗测试（EIS）  33
      2.2.4.4 光谱测试  33-34
第三章多孔NiO 纳米薄膜的制备及电致变色特性  34-45
  3.1 引言  34-35
  3.2 多孔纳米NiO 薄膜的成膜工艺  35-36
  3.3 多孔纳米NiO 薄膜的结构和形貌分析  36-37
    3.3.1 XRD 分析  36-37
    3.3.2 SEM 分析  37
  3.4 热处理温度对多孔纳米NiO 薄膜电致变色性能的影响  37-39
  3.5 多孔纳米NiO 薄膜的电化学性能分析  39-43
    3.5.1 NiO 薄膜的循环伏安性能  39-40
    3.5.2 NiO 薄膜的电化学阻抗性能  40-42
    3.5.3 NiO 薄膜电致变色随循环伏安变化  42-43
    3.5.4 NiO 薄膜的计时电流研究  43
  3.6 本章小结  43-45
第四章 WO_3薄膜的制备及电致变色特性  45-57
  4.1 引言  45-46
  4.2 WO_3薄膜的结构和形貌分析  46-48
    4.2.1 XRD 分析  46-47
    4.2.2 SEM 分析  47-48
  4.3 热处理温度对WO_3薄膜电致变色性能的影响  48-49
  4.4 WO_3薄膜的电化学性能分析  49-52
    4.4.1 WO_3薄膜的循环伏安性能  49-51
    4.4.2 WO_3薄膜的电化学阻抗性能  51-52
    4.4.3 WO_3薄膜的计时电流研究  52
  4.5 薄膜形态对WO_3薄膜电致变色性能的影响  52-55
  4.6 本章小结  55-57
第五章 NiO/ WO_3互补结构的电致变色器件研究  57-63
  5.1 引言  57
  5.2 电致变色器件  57-59
  5.3 NiO/ WO_3互补结构的器件的电致变色和电化学性能  59-62
    5.3.1 电致变色器件的电致变色性能  59
    5.3.2 电致变色器件的循环伏安研究  59-61
    5.3.3 电致变色器件的计时电流研究  61-62
  5.4 本章小结  62-63
第六章结论与展望  63-65
  6.1 结论  63-64
  6.2 展望  64-65
参考文献  65-71
攻读硕士学位期间发表的论文  71-72
致谢  72

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