納米結(jié)構(gòu)V2O5薄膜的制備及其電致變色和電容性能研究.pdf

1、某些過渡族金屬氧化物在電化學氧化還原過程中既可以表現(xiàn)出光學屬性（透過率，反射率和吸收率等）穩(wěn)定而可逆的變化（電致變色），也可以表現(xiàn)出能量快速的存儲與釋放（法拉第電容或贗電容）。由于該類材料具有穩(wěn)定可逆的光學屬性調(diào)節(jié)能力與較高的能量密度和功率密度，其在智能窗、低耗能顯示器、防炫目鏡、運輸領(lǐng)域后備電源和微小型電子器件的替換電源等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。由于五氧化二釩是唯一一種同時具有雙極性電致變色特性的氧化物材料且在氧化還原過程中也可以表現(xiàn)

2、出較高的贗電容性能，本論文以五氧化二釩為主要的電極材料研究對象，采用納米化手段在透明導(dǎo)電基體（氧化銦錫玻璃，ITO玻璃）的表面生長納米結(jié)構(gòu)的氧化釩薄膜，獲得具有良好電致變色性能和贗電容性能的薄膜電極。
　　以單分散聚苯乙烯小球乳液為原料，采用垂直沉積法在ITO玻璃表面組裝獲得膠體晶體模板，模板具有大面積有序性。利用模板輔助電沉積技術(shù)，獲得相組成中含有V2O5.1.6H2O晶核的三維有序大孔非晶氧化釩薄膜。由于增大的比表面積和縮短的

3、鋰離子擴散距離，三維有序大孔氧化釩薄膜比未采用模板輔助電沉積的氧化釩致密薄膜表現(xiàn)出提高的電致變色和贗電容性能，且孔徑越小，三維有序大孔氧化釩薄膜電致變色透過率調(diào)節(jié)值越高、變色響應(yīng)時間越快，比電容越大。
　　采用循環(huán)伏安法和電位階躍計時安培法對鋰離子在三維有序大孔氧化釩薄膜中的表觀擴散系數(shù)進行表征。與氧化釩致密薄膜相比，三維有序大孔結(jié)構(gòu)的引入極大地提高鋰離子在氧化釩中的表觀擴散系數(shù)，且孔徑越小，鋰離子表觀擴散系數(shù)越高。與致密氧化釩薄

4、膜相比，孔徑為210nm的三維有序大孔結(jié)構(gòu)氧化釩薄膜的鋰離子表觀擴散系數(shù)大約是前者的5倍。
　　在熱處理條件下，非晶態(tài)三維有序大孔結(jié)構(gòu)氧化釩能發(fā)生形貌轉(zhuǎn)變?？讖綖?50nm的非晶態(tài)三維有序大孔結(jié)構(gòu)氧化釩在350℃條件下熱處理4h后可以獲得由非晶/晶態(tài)核殼結(jié)構(gòu)V2O5納米棒堆積而成的3D納米棒結(jié)構(gòu)；在相同溫度下熱處理7h后獲得由完全結(jié)晶的V2O5納米棒堆積而成的3D納米棒結(jié)構(gòu)。聚苯乙烯小球在電沉積過程中誘導(dǎo)異相形核和正交V2O5晶體

5、結(jié)構(gòu)明顯的各向異性是致使3DOM結(jié)構(gòu)熱處理條件下轉(zhuǎn)變至3D納米棒堆積結(jié)構(gòu)的兩個重要的因素。由于較高的比表面積、較短的離子擴散距離和良好的電解液潤濕，這兩種3D納米棒堆積結(jié)構(gòu)均表現(xiàn)處多顏色變化的電致變色性能。贗電容特性測試表明350℃條件下熱處理4h獲得3D納米棒堆積結(jié)構(gòu)具有最高的贗電容性能。進一步提升熱處理溫度至450℃并保溫4h后，非晶態(tài)三維有序大孔結(jié)構(gòu)氧化釩轉(zhuǎn)變?yōu)閂2O5納米線堆積而成的3D納米線結(jié)構(gòu)。SEM和HRTEM測試表明：O

6、stwald熟化、Oriented Attachment方式和原子重排是熱處理過程中小晶粒之間通過相互吞并而獲得納米線的主要生長機制。電化學測試表明3D V2O5納米線結(jié)構(gòu)不具有贗電容特性，但是該結(jié)構(gòu)在1V的電壓范圍內(nèi)具有良好的電致變色性能。
　　采用恒電流電聚合的方法，在V2O5納米線的表面原位包覆聚苯胺、聚吡咯和聚（3,4-乙撐二氧噻吩）而形成V2O5/導(dǎo)電聚合物核殼納米線結(jié)構(gòu)。通過控制聚合時間可以獲得不同厚度的導(dǎo)電聚合物包覆