结晶度对三氧化钨薄膜电致变色性能影响的研究.pdf

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1、硕士学位论文结晶度对三氧化钨薄膜电致变色性能影响的研究THEEFFECTOFCRYSTALLINITYONELECTROCHROMICPROPERTIESOFTUNGSTENTRIOXIDETHINFILMS吉军义哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TB381学校代码：10213国际图书分类号：549.5密级：公开工学硕士学位论文结晶度对三氧化钨薄膜电致变色性能影响的研究硕士研究生：吉军义导师：李娜申请学位：工学硕士学科：化学工程与技术所在单位：化工与化学学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨

2、工业大学ClassifiedIndex:TB381U.D.C:549.5DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHEEFFECTOFCRYSTALLINITYONELECTROCHROMICPROPERTIESOFTUNGSTENTRIOXIDETHINFILMSCandidate:JiJunyiSupervisor:LiNaAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:ChemicalEnginee

3、ringandTechnologyAffiliation:SchoolofChemistryandChemicalEngineeringDateofDefence:June2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要电致变色是指材料在外加电场的作用下由于离子/电子的嵌入/脱出而引起的光学属性的变化(如颜色、透射率、反射率、吸收率等)。三氧化钨是一种较为常用的无机电致变色材料，非晶的三氧化钨由于疏松的结构，离子/电子在脱嵌过程中

4、其响应速度快，但多次循环后，内部疏松结构坍塌，因此稳定性差。增加结晶度可以提高循环稳定性，但较致密有序的原子排列，造成离子/电子脱嵌速度慢，因此控制和选择适当的结晶度，对材料电致变色性能的影响极为重要。因此，本文通过调控不同结晶度三氧化钨薄膜，研究结晶度对响应时间、循环稳定性等电致变色性能的影响，从而获得优化的结晶度，满足其在使用过程中响应时间及循环寿命的要求。首先，利用电沉积方法，制备出了非晶的三氧化钨薄膜，研究沉积时间对电致变色性能的影响。随着电沉积时间的增加，光学调制范围和着色效率逐渐增大，褪色时间逐渐增

5、加，而着色时间减小，主要是由于沉积时间的不同导致了形貌差异。在1000s电沉积时间下所制备的三氧化钨薄膜体现出83%的较大光学调制范围、4s的平均响应时间以及83cm2·C-1的较高着色效率。为了精确控制结晶度，利用溶胶-凝胶法，通过调控反应温度和时间，制备不同结晶度三氧化钨薄膜。测试不同结晶度薄膜对电致变色性能的影响：由于随结晶度的增大，Li+在薄膜中扩散速度降低，因此响应时间随结晶度的升高而增加。结晶程度越高，其Li+在薄膜中因束缚而沦陷的量越少，同时长程有序排列的原子有助于保持结构稳定性。结晶度为72%时

6、，嵌入电荷的利用率最高，光调制范围可达到77%，着色效率为55cm2·C-1。最后将所制备的电致变色性能优异的结晶度为72%的薄膜组装为固态电致变色器件，器件展现出优异的性能。褪色态的透过率达到75%，在400nm~1100nm范围内平均光学调制范围达到60%，响应时间为25s，着色效率达到52cm2·C-1，相对光亮度达到45.5%，该器件作为智能窗应用能够实现对太阳热辐射的调控。关键词：三氧化钨；结晶度；电致变色；电沉积；智能窗IAbstractAbstractElectrochromismisapheno

7、menonrelatedtoopticalchanges(suchascolor,transmittance,reflectivity,absorptionrate,etc.)occurringinmaterialscausedbytheinsertion/extractionofions/electronsundertheinfluenceofanappliedelectricfield.Tungstentrioxideisarelativelycommoninorganicelectrochromicmat

8、erial.Duetotheloosestructureoftheamorphoustungstentrioxide,ion/electronshaveafastresponseduringthedeintercalationprocess,buttheinternalporousstructurecollapsesaftermanycycles,therefore,thestabil