一種具有電致變色特性的薄膜材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了屬于電致變色【技術(shù)領(lǐng)域】的一種基于鎳鋁水滑石薄膜的電致變色材料及其制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為：在ITO導(dǎo)電玻璃上原位生長(zhǎng)鎳鋁水滑石，得到多孔陣列結(jié)構(gòu)的水滑石納米片薄膜，該薄膜是以ITO導(dǎo)電玻璃為導(dǎo)電層，鎳鋁水滑石為變色層的電致變色薄膜。應(yīng)用該薄膜可制備出由無(wú)色到棕色的電致變色器件。本發(fā)明制備得到的基于鎳鋁水滑石的電致變色薄膜是以無(wú)機(jī)水滑石為活性材料的一類新型的電致變色材料。該薄膜具有良好的光學(xué)對(duì)比度、快速響應(yīng)時(shí)間、較快的著色和漂白時(shí)間以及較高的著色效率、高循環(huán)穩(wěn)定性等高的光電化學(xué)性能。
【專利說(shuō)明】一種具有電致變色特性的薄膜材料及其制備方法
[0001]所屬領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于電致變色【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是提供了一種基于鎳鋁水滑石薄膜的電致變色材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0003]電致變色材料是在外電場(chǎng)或電流的作用下可以發(fā)生可逆的光吸收或光散射，從而產(chǎn)生可逆的顏色變化，在智能窗、汽車后視鏡以及顯示器方面有很重要的應(yīng)用價(jià)值。1969年，S.K.Deb首先發(fā)現(xiàn)了 WO3薄膜的電致變色性能(S.K.Deb1Appl.0pticsl969, 3，192)，后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)許多過(guò)渡金屬氧化物也具有電致變色的特性。無(wú)機(jī)電致變色材料基于其高的著色效率，高的光學(xué)對(duì)比度及其廉價(jià)易得等優(yōu)勢(shì)，而得到了廣泛的研究。與此同時(shí)，無(wú)機(jī)電致變色材料的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，響應(yīng)時(shí)間是由于材料本身的氧化還原特性決定的，主要包括在電解質(zhì)與電極材料界面的電荷轉(zhuǎn)移和電極材料內(nèi)部的離子擴(kuò)散兩個(gè)過(guò)程，只有提高這兩個(gè)過(guò)程的反應(yīng)速度才有可能使其響應(yīng)時(shí)間有所提升。將這類無(wú)機(jī)材料設(shè)計(jì)成為合理的納米結(jié)構(gòu)，以提高其比表面積從而增加反應(yīng)活性位點(diǎn)是一種提高響應(yīng)時(shí)間的有效途徑。
[0004]含過(guò)渡金屬Ni的水滑石類層狀材料，具有較高的比表面積和電化學(xué)活性，且對(duì)環(huán)境友好、容易合成，是一種很有前景的電致變色材料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種具有電致變色特性的無(wú)機(jī)薄膜材料及其制備方法，該薄膜材料是一種具有特定電敏性能的電致變色材料。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:在ITO導(dǎo)電玻璃上原位生長(zhǎng)鎳鋁水滑石，得到多孔陣列結(jié)構(gòu)的水滑石納米片薄膜，該薄膜是以ITO導(dǎo)電玻璃為導(dǎo)電層，鎳鋁水滑石為變色層的電致變色薄膜。應(yīng)用該薄膜可制備出由無(wú)色到棕色的電致變色器件。
[0007]本發(fā)明所述的具有電致變色特性的薄膜材料的制備方法為:
[0008]A:將ITO導(dǎo)電玻璃依次用丙酮、去離子水、乙醇分別進(jìn)行超聲清洗10-15分鐘后，烘干備用；
[0009]B:將可溶二價(jià)鎳鹽、可溶三價(jià)鋁鹽、尿素、NH4F溶解于去離子水中配制成混合鹽溶液，其中鎳與招的摩爾比為(1-3): 1，鎳與招的總濃度為2-4mmol/L,尿素的濃度為50-80mmol/L, NH4F的濃度為l-3mmol/L，超聲并攪拌使其混合均勻后倒入高壓反應(yīng)釜中，將步驟A處理后的ITO導(dǎo)電玻璃傾斜放入反應(yīng)釜，于90-130°C下反應(yīng)6-9小時(shí)后取出，用去離子水沖洗，烘干，即得到具有電致變色特性的薄膜材料。
[0010]所述的可溶二價(jià)鎳鹽為硝酸鎳或氯化鎳；所述的可溶三價(jià)鋁鹽為硝酸鋁或氯化招。
[0011]所述的具有電致變色特性的薄膜材料的電致變色性能測(cè)試方法:取面積為l-3cm2上述制備的具有電致變色特性的薄膜材料作為電極，配制0.3-0.5M的L1H溶液作為電解質(zhì)溶液，在三電極體系下測(cè)試其電致變色性能，Pt電極為輔助電極，甘汞電極為參比電極。
[0012]將上述制備的具有電致變色特性的薄膜材料應(yīng)用于制備電致變色器件:取一片上述制備的具有電致變色特性的薄膜材料作為正極，取相同面積的一片110玻璃作為負(fù)極，將110?電解質(zhì)注入到正負(fù)極之間，用熱塑膠將正負(fù)極的四周進(jìn)行封裝后，可得到基于鎳鋁水滑石的電致變色器件。
[0013]本發(fā)明制備得到的基于鎳鋁水滑石的電致變色薄膜是以無(wú)機(jī)水滑石為活性材料的一類新型的電致變色材料。該薄膜具有良好的光學(xué)對(duì)比度、快速響應(yīng)時(shí)間、較快的著色和漂白時(shí)間以及較高的著色效率、高循環(huán)穩(wěn)定性等高的光電化學(xué)性能。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1步驟八合成的具有電致變色特性的薄膜材料的X射線衍射圖，￡1為110導(dǎo)電玻璃的X射線衍射圖，13為具有電致變色特性的薄膜材料的X射線衍射圖，其中橫坐標(biāo)為2 0，單位:度；縱坐標(biāo)為強(qiáng)度。
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1合成的具有電致變色特性的薄膜材料的掃描電鏡圖。
[0016]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中合成的具有電致變色特性的薄膜材料在三電極測(cè)試體系中的循環(huán)伏安曲線。其中橫坐標(biāo)為電位，單位:伏特；縱坐標(biāo)為電流，單位:安培。掃描速率為20毫伏/秒。電解質(zhì)為0.3111011, 電極為對(duì)電極，甘汞電極為參比電極。
[0017]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1合成的具有電致變色特性的薄膜材料在三電極測(cè)試體系中分別在電壓為和0.58乂時(shí)的數(shù)碼照片。
[0018]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1合成的具有電致變色特性的薄膜材料在不同電壓下的紫外-可見(jiàn)光區(qū)(300-800納米)的透過(guò)率曲線^為電壓為07時(shí)的透過(guò)率曲線，6為電壓為0.58乂時(shí)的透過(guò)率曲線。其中橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)，單位:納米；縱坐標(biāo)為透過(guò)率，單位:1。

【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例1
[0020]^:將110導(dǎo)電玻璃依次在丙酮、去離子水、乙醇中分別超聲清洗15分鐘，放于601烘箱內(nèi)，烘干備用；
[0021]8:將 0.436邑的附(勵(lì)3)2.6^0,0.189^ 的八 1 (勵(lì)^.9^0,0.38 尿素、0.07?琴溶解于100此去離子水中配制成混合鹽溶液，超聲并攪拌使其混合均勻后倒入高壓反應(yīng)釜中，將八步驟處理后的110導(dǎo)電玻璃傾斜放入此反應(yīng)釜中，于1101下反應(yīng)8小時(shí)后取出，用去離子水沖洗，烘干，即得到具有電致變色特性的薄膜材料。
[0022]電致變色性能測(cè)試:取面積為#2(^2的步驟8得到的具有電致變色特性的薄膜材料作為電極，配制0.31的[10?溶液作為電解質(zhì)溶液。在三電極體系下測(cè)試其電致變色性能，？七電極為輔助電極，甘汞電極為參比電極。
[0023]將上述制備的具有電致變色特性的薄膜材料應(yīng)用于制備電致變色器件:取一片面積為#2(^2步驟8得到的具有電致變色特性的薄膜材料作為正極，取相同面積的一片1丁0玻璃作為負(fù)極，將[10?電解質(zhì)注入到正負(fù)極之間，用熱塑膠將正負(fù)極的四周進(jìn)行封裝后，可得到基于鎳鋁水滑石的電致變色器件。
[0024]如圖1所示，父尺0圖中水滑石的(012)、(110)、(113)的衍射峰分別出現(xiàn)在了 35。、60.2° ,61.5°，(003) (006)峰沒(méi)有出現(xiàn)，說(shuō)明水滑石的生長(zhǎng)具有一定的取向性，是垂直于ab平面生長(zhǎng)。圖2也可以看出水滑石片的取向生長(zhǎng)，同時(shí)看到水滑石的多孔陣列結(jié)構(gòu)。通過(guò)圖3的循環(huán)伏安曲線可以看出明顯的鎳的氧化還原峰，說(shuō)明電致變色的機(jī)理就在于氫氧化鎳與羥基氧化鎳的可逆的氧化還原反應(yīng)。圖4明確的給出了不同電壓時(shí)具有電致變色特性的薄膜材料電極的顏色變化，由OV時(shí)的淺綠色到0.58V的棕色。圖5從透過(guò)率曲線上科學(xué)的表征了電極片的顏色變化，可以看出在580納米出透過(guò)率的變化差值有53%，同時(shí)計(jì)算其光學(xué)對(duì)比度TcZTx為22%，表現(xiàn)了該材料較高的光學(xué)對(duì)比度。
[0025]實(shí)施例2
[0026]A:將ITO導(dǎo)電玻璃依次在丙酮、去離子水、乙醇溶液中分別超聲清洗15分鐘，放于60°C烘箱內(nèi)，烘干備用；
[0027]B:將 0.387g 的 Ni (NO3)2.6H20、0.253g 的 Al (NO3)3.9Η20、0.3g 尿素、0.074gNH4F溶解于10mL去離子水中配制成混合鹽溶液，超聲并攪拌使其混合均勻后倒入高壓反應(yīng)釜中，將A步驟處理后的ITO導(dǎo)電玻璃傾斜放入此反應(yīng)釜中，于110°C下反應(yīng)8小時(shí)后取出，用去離子水沖洗，烘干，即得到具有電致變色特性的薄膜材料。
[0028]電致變色性能測(cè)試:取面積為l*3cm2的步驟B得到的具有電致變色特性的薄膜材料作為電極，配制0.5M的L1H溶液作為電解質(zhì)溶液。在三電極體系下測(cè)試其電致變色性能，Pt電極為輔助電極，甘汞電極為參比電極。
[0029]將上述制備的具有電致變色特性的薄膜材料應(yīng)用于制備電致變色器件:取一片面積為l*2cm2步驟B得到的具有電致變色特性的薄膜材料作為正極，取相同面積的一片ITO玻璃作為負(fù)極，將L1H電解質(zhì)注入到正負(fù)極之間，用熱塑膠將正負(fù)極的四周進(jìn)行封裝后，可得到基于鎳鋁水滑石的電致變色器件。
[0030]經(jīng)表征:上述得到基于鎳鋁水滑石的電致變色電極結(jié)構(gòu)中的水滑石具有多孔陣列結(jié)構(gòu)，水滑石納米片的生長(zhǎng)具有一定取向性；經(jīng)測(cè)試:電致變色器件在-0.1V和0.58V分別呈現(xiàn)了淺綠色和棕色兩種不同顏色狀態(tài)，同時(shí)測(cè)量得到的光學(xué)對(duì)比度為24%。
【權(quán)利要求】
1.一種具有電致變色特性的薄膜材料的制備方法，其特征在于，其具體操作步驟為: A:將ITO導(dǎo)電玻璃依次用丙酮、去離子水、乙醇分別進(jìn)行超聲清洗10-15分鐘后，烘干備用; B:將可溶二價(jià)鎳鹽、可溶三價(jià)鋁鹽、尿素、NH4F溶解于去離子水中配制成混合鹽溶液，其中鎳與鋁的摩爾比為(1-3):1，鎳與鋁的總濃度為2-4mmol/L，尿素的濃度為50-80mmol/L，NH4F的濃度為l-3mmol/L，超聲并攪拌使其混合均勻后倒入高壓反應(yīng)釜中，將步驟A處理后的ITO導(dǎo)電玻璃傾斜放入反應(yīng)釜，于90-130°C下反應(yīng)6-9小時(shí)后取出，用去離子水沖洗，烘干，即得到具有電致變色特性的薄膜材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的可溶二價(jià)鎳鹽為硝酸鎳或氯化鎳；所述的可溶三價(jià)鋁鹽為硝酸鋁或氯化鋁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，制備得到的具有電致變色特性的薄膜材料的電致變色性能測(cè)試方法為:取面積為l_3cm2的具有電致變色特性的薄膜材料作為電極，配制0.3-0.5M的L1H溶液作為電解質(zhì)溶液，在三電極體系下測(cè)試其電致變色性能，Pt電極為輔助電極，甘汞電極為參比電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法制備的具有電致變色特性的薄膜材料在制備電致變色器件中的應(yīng)用。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于，所述的制備電致變色器件的方法為:取一片具有電致變色特性的薄膜材料作為正極，取相同面積的一片ITO玻璃作為負(fù)極，將L1H電解質(zhì)注入到正負(fù)極之間，用熱塑膠將正負(fù)極的四周進(jìn)行封裝后，可得到基于鎳鋁水滑石的電致變色器件。
【文檔編號(hào)】C03C17/22GK104402240SQ201410577527
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】韓景賓, 劉曉西, 周阿武, 豆義波, 衛(wèi)敏 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)