一種電致變色智能窗及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電致變色材料技術領域，尤其涉及一種電致變色智能窗及其制備方法。
【背景技術】
[0002]電致變色是指材料在一定的電場或電流作用下發(fā)生光散射或者光吸收，從而導致其顏色發(fā)生變化，當電極極性改變時，又會出現退色的現象。電致變色材料能夠控制光能，降低能量損耗，符合未來智能材料的發(fā)展趨勢，因此受到越來越多的關注。特別是如今，隨著人們節(jié)能環(huán)保意識地逐漸提升，電致變色材料在智能窗的應用方面已成為研宄熱點。這種智能窗是通過自動或者手動改變外加電壓或電流，從而使材料發(fā)生化學反應，導致其顏色發(fā)生變化，再跟蹤入射光的能量進行調節(jié)從而控制室內溫度。
[0003]本發(fā)明使用具有孔結構的WCV薄膜作為電致變色層，通過制備方法選擇及制備條件的控制，使其具有晶態(tài)和非晶態(tài)兩種形態(tài)，因此可以兼顧循環(huán)穩(wěn)定性好、響應時間短及著色效率高等優(yōu)點。選擇恰當的離子存儲層及電解質，組裝得到智能窗。其原理是將智能窗通電后，薄膜會發(fā)生電子的嵌入與抽出，使窗體顏色發(fā)生改變。由于孔結構的作用，離子擴散距離縮短，擴散系數增大，因此當評03進行電致變色時，將具有非常短的響應時間。同時，孔結構的引入使冊3具有更大的比表面積。產生電致變色的根本原因是氧化還原反應。電致變色材料顏色變化越明顯，說明參與氧化還原反應的電化學活性位點越多。大的比表面積可以增加參與電化學反應的位點，因此具有孔結構的冊3著色時顏色更深，光學透過率更低，從而提高其光學密度，進而提高其著色效率。該設計安全有效，節(jié)能環(huán)保，使用壽命長。

【發(fā)明內容】

[0004]鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種電致變色智能窗，循環(huán)穩(wěn)定性好、響應時間短、著色效率高。
[0005]本發(fā)明的目的主要是通過以下技術方案實現的:
[0006]一種電致變色智能窗，窗本體是由N1/ITO層、凝膠電解質和W03/IT0層組成。
[0007]一種電致變色智能窗的制備方法，包括如下步驟:
[0008]步驟一、將導電基板ITO分別于丙酮、甲醇、超純水中超聲清洗10?30min，除去其表面的灰塵及油脂，得到清潔的ITO基片，放入烘箱烘干；
[0009]步驟二、用電化學法制備WCV薄膜:向I?10mL 0.1?lmol/L的鎢酸鈉溶液中加入適量H2O2和0.1?lmol/L的硫酸I?100mL，得到淺黃色溶液；將處理過的ITO垂直置于溶液中作為負極，以不銹鋼為正極，在恒電流I?1mA下沉積300?1000s，得到WO3
薄膜；
[0010]步驟三、用化學浴沉積法制備氧化鎳(N1)薄膜:將0.1?Imol的硫酸鎳和
0.01?0.1mol的過硫酸鉀加入超純水磁力攪拌混合均勻，得到深綠色溶液；將聚酰亞胺膠帶粘在ITO的非導電側以防止該側發(fā)生沉積；將處理過的ITO垂直置于溶液中，并向溶液中加入10?50mL氨水，劇烈攪拌，沉積得到薄膜，并用超純水洗滌；除去聚酰亞胺膠帶，將樣品放入烘箱烘干，然后在300?400°C空氣退火I?5h制備得到N1薄膜；
[0011]步驟四、凝膠電解質的制備:將0.1?Ig高氯酸鋰(LiClO4)U?6g聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、3?1g碳酸丙烯酯(PC)和10?30g乙腈混合均勻，晾干后形成凝膠；
[0012]步驟五、組裝電致變色智能窗:組裝框架、滑片、電致變色控制系統和窗本體從而得到電致變色智能窗；其中，窗本體是由W03/IT0層、凝膠電解質和N1/ITO層組成。
[0013]本發(fā)明通過對智能窗所使用的電致變色材料及電解質的選擇與設計，來實現其對光的透過率的控制。其原理是將智能窗通電后，對窗體施加-1?-3V的電壓，窗體顏色變?yōu)樗{黑色。此時，發(fā)生如下的變色反應:
[0014]MxN1 (退色態(tài))—Mx_yN1 (著色態(tài))+yM+ye-
[0015]zM++ze-+W03 (退色態(tài))—MzWO3 (O < x < I)(看色態(tài))
[0016]再對窗體施加+1?+3V的電壓，窗體退色至透明。此時，發(fā)生如下的變色反應:
[0017]Mx_yN1 (著色態(tài))+yM++ye-— M xN1 (退色態(tài))
[0018]MzWO3 (O < X < I)(看色態(tài))—zM++ze、W03 (退色態(tài))
[0019]由于冊3及附0的記憶效應，斷電后一段時間內電荷將留在電極/溶液界面的雙電層和電極材料本體中，降低光的透過率，從而達到控制室內溫度的作用。該設計安全有效，節(jié)能環(huán)保，使用壽命長。
[0020]本發(fā)明有益效果如下:
[0021]本發(fā)明的有益效果在于在使智能窗可跟蹤入射光的能量進行調節(jié)從而控制室內溫度的同時，可實現其對電荷的存儲與釋放。該設計安全有效，節(jié)能環(huán)保，使用壽命長。
[0022]本發(fā)明使用具有孔結構的WCV薄膜作為電致變色層，通過制備方法選擇及制備條件的控制，使其具有晶態(tài)和非晶態(tài)兩種形態(tài)，因此可以兼顧循環(huán)穩(wěn)定性好、響應時間短及著色效率高等優(yōu)點。選擇恰當的離子存儲層及電解質，組裝得到智能窗。其原理是將智能窗通電后，薄膜會發(fā)生電子的嵌入與抽出，使窗體顏色發(fā)生改變。由于孔結構的作用，離子擴散距離縮短，擴散系數增大，因此當評03進行電致變色時，將具有非常短的響應時間。同時，孔結構的引入使冊3具有更大的比表面積。產生電致變色的根本原因是氧化還原反應。電致變色材料顏色變化越明顯，說明參與氧化還原反應的電化學活性位點越多。大的比表面積可以增加參與電化學反應的位點，因此具有孔結構的冊3著色時顏色更深，光學透過率更低，從而提高其光學密度，進而提高其著色效率。該設計安全有效，節(jié)能環(huán)保，使用壽命長。
[0023]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
【附圖說明】
[0024]附圖僅用于示出具體實施例的目的，而并不認為是對本發(fā)明的限制，在整個附圖中，相同的參考符號表不相同的部件。
[0025]圖1是智能窗窗體結構示意圖；
[0026]圖2是WCV薄膜沉積的電壓-時間曲線；
[0027]圖3是WCV薄膜平面的掃描電鏡照片；
[0028]圖4是WCV薄膜截面的掃描電鏡照片；
[0029]圖5是Ni O薄膜的掃描電鏡照片。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖來具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中，附圖構成本申請一部分，并與本發(fā)明的實施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。
[0031]【具體實施方式】一:本發(fā)明利用電致變色材料制備兼可用作超級電容器的智能窗的方法是按下列步驟實施:
[0032]1.基片的清洗:將導電基板ITO分別于丙酮、甲醇、超純水中超聲清洗lOmin，除去其表面的灰塵及油脂，得到清潔的ITO基片，放入烘箱烘干。
[0033]2.WCV薄膜的制備:向ImL 0.lmol/L的鎢酸鈉溶液中加入適量H2O2和0.lmol/L的硫酸lmL，得到淺黃色溶液。將處理過的ITO垂直置于溶液中作為負極，以不銹鋼為正極，在恒電流ImA下沉積300s，得到WOy薄膜。
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