电致变色氧化钨薄膜的制备、结构与性能研究

《电致变色氧化钨薄膜的制备、结构与性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、武汉理工大学博士毕业论文摘要氧化钨薄膜材料是一类应用非常广泛的功能材料，具有十分广阔的应用前景。该材料可用于电致变色显示、电致变色灵巧窗以及电致变色无眩反光镜等。在不同的应用领域，对电致变色薄膜材料的各项性能有不同的要求。W03电致变色薄膜的研究虽然已经十分广泛，但在实际应用中还存在很多问题，需要进一步深入的研究。本论文在前人研究工作的基础上，运用溶胶凝胶法，采用两条不同的工艺路线制备了两组氧化钨薄膜。通过多种测试手段对W03薄膜的显微结构、光学性能、电化学性能，尤其是电致变色性能进行了深入研究，并得出了一些有意义的结果。其主要内容包括以下几个方面：1．通过

2、溶胶凝胶的制备工艺，采用浸渍提拉热分解的方法，以偏钨酸铵与非离子表面活性剂PluronicP123的水溶液配制成前驱体液，经过不同温度下热处理后制备了具有不同晶相的w03薄膜。通过对薄膜前驱体液的TG．DSC和FT-IR分析确定了薄膜热处理温度分别为300℃、400℃和500℃．N2吸附一脱附分析表明，薄膜中含有不规则的孔结构，其比表面积较小；x射线衍射测试表明，在不同温度下制备的薄膜具有不同的晶相结构。AFM和FSEM测试的结果显示，薄膜的表面比较粗糙，但颗粒分布比较均匀，随着热处理温度的升高，薄膜的致密性显著提高。TEM测试的结果则与XRD和AFM及FS

3、EM的测试结果基本一致，反映了薄膜中晶粒的大小与形貌，并观察到了显著的w03晶格条纹。2．对以偏钨酸铵法制各的wm薄膜的电致变色性能进行了深入的研究与分析。电化学循环伏安测试表明各个温度下制备的W03薄膜都体现出了一定的电致变色性能，其中400"C下制备的W03薄膜的电致变色可逆性与稳定性最好。时间响应特性测试表明，400"C和500℃下制备的w踢薄膜的着色响应时间为23s左右，而退色响应时间都较短为7．9s左右。紫外一可见透射光谱测试表明300℃时制备的W03薄膜几乎不具备光学调制功能，而400"C和500℃下制备的W03薄膜则体现出了较好的透过率调制能力

4、，其着色效率最大值分别达到了19．86cm2／C和40．98c1112[C。各个温度下制备的W03薄膜的光学带隙平均在3．2ev左右，其着色态时的光学带隙较之初始态时有所减小。通过Moil．Schottky测试，确定该法所制备的w仍薄膜属于11型半导体，并推测了其平带电势和施主密度。3．以六氯化钨的乙醇溶液为前驱体液，以嵌段共聚物PluronicP123为模板武汉理工大学博士毕业论文剂，采用浸渍提拉的方法，通过蒸发诱导自组装原理，经过不同温度下热处理后制备了具有不同介孔结构的W03薄膜。通过对薄膜前驱体液的TG．DSC和Fr-lR分析，确定了薄膜热处理温度分

5、别为300℃，40012。薄膜的N2吸附一脱附分析表明利用该法所制备的薄膜中，300℃时，薄膜基本都是介孔薄膜，而400℃时的薄膜，其介孔结构的主体己受到严重破坏。x射线衍射测试表明，各薄膜在300℃时基本上都是非晶态，400℃时，在各薄膜中逐渐生成了三斜晶相的W03。AFM和FSEM测试的结果表明，薄膜的表面并不光滑，但颗粒分布比较均匀，随着热处理温度的升高，薄膜的致密性显著提高。TEM测试的结果反映了薄膜的前驱体组分中P，23与六氯化钨的含量比例和热处理温度对晶相结构、显微形貌及其介孔结构的显著作用。4．研究了以六氯化钨乙醇法制备的W03薄膜的电致变色性

6、能和光学性能。电化学循环伏安测试表明各个温度下制备的W03薄膜都体现出了良好的电致变色性能，但300℃下的性能要明显好于400℃，其中300℃下通过试样C制备的W03薄膜的电致变色可逆性最好。通过计算求得了退色过程中Li+在各薄膜中的扩散系数和着退色过程中的响应时间，其结果是相互对应的。同时亦发现薄膜的着色响应时间要明显高于其退色响应时间，由试样C所制备的薄膜的时间响应特性最好。紫外可见透射光谱测试表明，300℃下所制备的各薄膜其着色效率都明显高于400。C下所制备薄膜的着色效率。各薄膜在三态(初始态、着色态和退色态)时的光学带隙值十分接近，但是400℃时制

7、备的薄膜的光学带隙值都明显低于300℃时所制各薄膜的相应值。Mott．Schottky测试结果表明，本实验中所制备的W03薄膜属于n型半导体，计算了其平带电势和施主密度。5．介绍了w03薄膜电致变色原理的四种经典模型：色心模型、双注入，抽出模型、小极化子吸收模型和能带模型。运用XPS技术研究了变色前后W03薄膜中钨与氧的价态变化与其结合能的相应关系，并尝试解释了本实验中所制备的W03薄膜的电致变色机理，进一步印证了双注入／抽出模型的正确性。通过上述工作，不仅探讨了电致变色氧化钨薄膜的制备方法，进一步丰富了氧化钨薄膜的具体合成工艺，成功制备了两种不同类型的W0

8、3薄膜，尤其是对介孔氧化钨薄膜的研究，改善了介孔氧化