銅摻雜氧化鎳電致變色薄膜的制備及性能研究.pdf

1、電致變色是指材料的光學(xué)性能(透射、反射和吸收等)可以在外加電場(chǎng)或電流的作用下產(chǎn)生穩(wěn)定可逆的變化。電致變色材料作為一種新型功能材料,具有良好的物理化學(xué)性質(zhì)以及可逆的光學(xué)性能,可用于制作顯示器、調(diào)光玻璃、信息存儲(chǔ)等器件,在信息、電子、能源、建筑以及國(guó)防等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景,對(duì)于節(jié)能、環(huán)保具有重要意義。
　　 電致變色材料根據(jù)其電化學(xué)反應(yīng)方式可以分為陽(yáng)極致色材料和陰極致色材料兩類。其中,氧化鎳薄膜是一種典型的陽(yáng)極致色材料,具有

2、著色效率高、可逆性好、響應(yīng)時(shí)間短、壽命長(zhǎng)和成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是,在目前的實(shí)際應(yīng)用中,氧化鎳薄膜仍存在一定的缺陷。因此,眾多研究者正努力研究,希望可以通過(guò)多種途徑來(lái)提高薄膜的電致變色性能。其中,優(yōu)化工藝參數(shù)和對(duì)薄膜進(jìn)行合理?yè)诫s是兩種行之有效的方法。
　　 電致變色薄膜常用的制備方法有濺射、真空蒸鍍、脈沖激光沉積,溶膠.凝膠等。其中,電化學(xué)沉積法對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的要求較低,同時(shí)制備的薄膜無(wú)需熱處理即可具有電致變色性能,因而可作為一種理想的工

3、藝方法。但目前采用電化學(xué)沉積法制備氧化鎳薄膜的報(bào)道相對(duì)較少,對(duì)該方法制備薄膜的性能的研究也很少見。因而,本文采用電化學(xué)沉積方法在有機(jī)溶液中制備電致變色薄膜。
　　 本文通過(guò)對(duì)NiO薄膜進(jìn)行Cu摻雜,探討其最佳工藝參數(shù)來(lái)制備具有優(yōu)異電致變色性能的薄膜。采用電化學(xué)沉積法(陰極沉積法),以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)為有機(jī)溶劑,NiCl2為主鹽,CuCl2為摻雜劑,LiClO4為支持電解質(zhì),在FTO導(dǎo)電玻璃基底上沉積銅摻雜氧化鎳電致

4、變色薄膜。通過(guò)比較不同摻雜濃度、沉積時(shí)間、沉積電位和熱處理溫度下制備的薄膜樣品的著色/消色態(tài)在可見光范圍內(nèi)的透光率差值A(chǔ)T,計(jì)算薄膜動(dòng)態(tài)光密度變化量AOD的大小,測(cè)試薄膜著色/消色響應(yīng)時(shí)間以及循環(huán)伏安關(guān)系,以尋求制備具有最佳電致變色性能的薄膜的優(yōu)化工藝條件。同時(shí),本文還對(duì)薄膜變色前后的形貌、結(jié)構(gòu)以及薄膜的記憶存儲(chǔ)能力、循環(huán)壽命等進(jìn)行了分析。
　　 研究表明,在室溫下,當(dāng)摻雜濃度比為1:10,沉積時(shí)間為15 min,沉積電位為3.

5、5 V時(shí),薄膜具有最佳的電致變色性能。此時(shí),薄膜在人眼最敏感波長(zhǎng)λ=560nm處的透光率差值A(chǔ)T可達(dá)到88.8％,光密度變化量△OD為1.063,著色/消色響應(yīng)時(shí)間分別為4.53/2.61 s,著色效率可達(dá)到42.45 mC/cm2。通過(guò)對(duì)薄膜的三態(tài)(原始態(tài)、消色態(tài)和著色態(tài))進(jìn)行SEM、XRD和FTIR分析,得出了銅摻雜氧化鎳薄膜的電致變色性能的變化規(guī)律和微觀機(jī)理。另外,熱處理會(huì)使薄膜的電致變色能力下降,在600℃時(shí)幾乎完全失去電致變色