一種三維有序大孔三氧化二鉍電致變色薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及變色功能材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三維有序大孔三氧化二鉍電致變色薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電致變色(Electrochromism, EC)是指在外界電場(chǎng)的作用下，材料某些光學(xué)性質(zhì)(如反射率、透過(guò)率和熱輻射率等)發(fā)生可逆變化的現(xiàn)象，最直觀的表現(xiàn)就是材料的顏色可以隨外加電場(chǎng)改變而發(fā)生可逆改變。電致變色材料作為一種新型功能材料，在光-電能量轉(zhuǎn)換、光量調(diào)節(jié)、信息存儲(chǔ)記錄、光開(kāi)關(guān)、建筑窗玻璃靈巧窗、大屏幕顯示等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景，隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)，特別是大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，變色器件在這些領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)將更加明顯。電致變色材料一般可分為無(wú)機(jī)材料和導(dǎo)電聚合物兩大類。相比導(dǎo)電聚合物，無(wú)機(jī)材料的研宄較早，具有顏色對(duì)比度高、循環(huán)穩(wěn)定性高、附著力強(qiáng)及熱穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。常見(jiàn)的無(wú)機(jī)電致變色材料有三氧化鎢、三氧化鉬、氧化鎳和五氧化二鈮等。
[0003]近年來(lái)，三氧化二鉍也被發(fā)現(xiàn)具有電致變色性能，薄膜在由陽(yáng)極極化向陰極極化的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，顏色由透明向暗棕色呈現(xiàn)明顯的變化。三氧化二鉍原料簡(jiǎn)單易得、成本低，且無(wú)毒無(wú)害，具有很大的應(yīng)用前景。然而，當(dāng)前的三氧化二鉍電致變色薄膜都是致密薄膜，電致變色的的著色效率低、響應(yīng)速度慢，極大的限制了它的實(shí)際應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種具有三維有序大孔結(jié)構(gòu)的三氧化二鉍電致變色薄膜的制備方法，用以解決現(xiàn)有三氧化二鉍電致變色薄膜存在的著色效率低、響應(yīng)速度慢的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明的目的主要是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]1.基板材料的表面處理:將基板分別在丙酮、甲醇和超純水中超聲處理后，晾干。其中，超聲功率為60W、80W或120W，超聲時(shí)間為10-60min,基板材料是厚度為0.0lmm-1mm的ITO導(dǎo)電玻璃、FTO導(dǎo)電玻璃、鍍ITO的聚酞亞胺基板、鍍銀的聚酞亞胺基板、鍍金的聚酞亞胺基板或聚酯基板。
[0007]2.膠體溶液的配制:將球徑為50nm-500nm的微球加入到去離子水或乙醇溶液中得到單分散度< 5%、質(zhì)量百分比濃度為0.05-0.3%的膠體乳液，然后經(jīng)超聲振動(dòng)分散得到膠體溶液，其中微球成分為聚苯乙烯或二氧化硅。
[0008]3.膠體晶體模板的制備:將經(jīng)步驟I處理后的基板放入到經(jīng)步驟2獲得的膠體乳液中，在溫度為20°C-70°C條件下使膠體溶液揮發(fā)，隨著溶劑的揮發(fā)，單分散微球在毛細(xì)力作用下，在基板材料上組裝，得到膠體晶體模板。
[0009]4.電極制備及電解液制備:以步驟3中制備的膠體晶體模板為工作電極，以銀絲或飽和甘汞電極為參比電極，鎳片或鉑片為對(duì)電極，將各電極在丙酮中超聲處理，其中超聲功率為60W、80W或120W，超聲時(shí)間為5-15min，使用前再用蒸餾水沖洗干凈并吹干；將一定量的五水硝酸鉍和酒石酸溶于水，用氫氧化鈉溶液將溶液PH調(diào)節(jié)到12-14，其中五水硝酸秘濃度為0.02-0.2mol/L，酒石酸濃度為0.2-0.4mol/L，氫氧化鈉溶液濃度為0.5_2mol/L。
[0010]5.電化學(xué)制膜:在步驟4中獲得的溶液中放入電極，使用恒電位法進(jìn)行電沉積，電沉積溫度設(shè)置為20°C -40°C，控制沉積電流為δ-ΙδπιΑοπΓ1之間，將電沉積后的基板使用超純水沖洗，干燥后使用四氫吠喃或甲苯或1-5%的氫氟酸浸泡去除模板后，得到具有三維有序大孔結(jié)構(gòu)的三氧化二鉍電致變色薄膜。
[0011]本發(fā)明有益效果如下:
[0012]三維有序結(jié)構(gòu)的引入，縮短了離子傳輸路徑，使得三氧化二鉍電致變色薄膜著色效率和響應(yīng)時(shí)間都顯著提高。
[0013]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書中闡述，并且，部分的從說(shuō)明書中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在所寫的說(shuō)明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說(shuō)明】
[0014]附圖僅用于示出具體實(shí)施例的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制，在整個(gè)附圖中，相同的參考符號(hào)表不相同的部件。
[0015]圖1為粒徑為375nm聚苯乙烯微球得到的膠體晶體模板的掃描電鏡圖片。
[0016]圖2為用375nm聚苯乙烯微球?yàn)槟０宓玫降娜S有序大孔結(jié)構(gòu)的三氧化二鉍電致變色薄膜的掃描電鏡圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖來(lái)具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中，附圖構(gòu)成本申請(qǐng)一部分，并與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。
[0018]【具體實(shí)施方式】一
[0019]1.基板材料的表面處理:將基板分別在丙酮、甲醇和超純水中超聲處理后，晾干。其中，超聲功率為80W，超聲時(shí)間為30min，基板材料是厚度為0.5mm的ITO導(dǎo)電玻璃。
[0020]2.膠體溶液的配制:將球徑為375nm的聚苯乙烯微球加入到去離子水中得到單分散度< 5%、質(zhì)量百分比濃度為0.15%的膠體乳液，然后經(jīng)超聲振動(dòng)分散得到膠體溶液。
[0021]3.膠體晶體模板的制備:將經(jīng)步驟I處理后的基板放入到經(jīng)步驟2獲得的膠體乳液中，在溫度為60°C條件下使膠體溶液揮發(fā)，隨著溶劑的揮發(fā)，單分散微球在毛細(xì)力作用下，在基板材料上組裝，得到膠體晶體模板，如圖1的掃描電鏡圖片所示。
[0022]4.電極制備及電解液制備:以步驟3中制備的膠體晶體模板為工作電極，以飽和甘汞電極為參比電極，鉑片為對(duì)電極，將各電極在丙酮中超聲處理，其中超聲功率為80W，超聲時(shí)間為lOmin，使用前再用蒸餾水沖洗干凈并吹干；將一定量的五水硝酸鉍和酒石酸溶于水，用氫氧化鈉溶液將溶液pH調(diào)節(jié)到12，其中五水硝酸秘濃度為0.05mol/L，酒石酸濃度為0.2mol/L，氫氧化鈉溶液濃度為lmol/L。
[0023]5.電化學(xué)制膜:在步驟4中獲得的溶液中放入電極，使用恒電位法進(jìn)行電沉積，電沉積溫度設(shè)置為25°C，控制沉積電流為SmAcnT1之間，將電沉積后的基板使用超純水沖洗，干燥后使用四氫吠喃浸泡去除模板后，得到具有三維有序大孔結(jié)構(gòu)的三氧化二鉍電致變色薄膜，如圖2的掃描電鏡圖片所示。
[0024]【具體實(shí)施方式】二
[0025]1.基板材料的表面處理:將基板分別在丙酮、甲醇和超純水中超聲處理后，晾干。其中，超聲功率為80W，超聲時(shí)間為30min，基板材料是厚度為0.5mm的FTO導(dǎo)電玻璃。
[0026]2.膠體溶液的配制:將球徑為400nm的二氧化硅微球加入到去乙醇中得到單分散度< 5%、質(zhì)量百分比濃度為0.15%的膠體乳液，然后經(jīng)超聲振動(dòng)分散得到膠體溶液。
[0027]3.膠體晶體模板的制備:將經(jīng)步驟I處理后的基板放入到經(jīng)步驟2獲得的膠體乳液中，在溫度為60°C條件下使膠體溶液揮發(fā)，隨著溶劑的揮發(fā)，單分散微球在毛細(xì)力作用下，在基板材料上組裝，得到膠體晶體模板。
[0028]4.電極制備及電解液制備:以步驟3中制備的膠體晶體模板為工作電極，以飽和甘汞電極為參比電極，鉑片為對(duì)電極，將各電極在丙酮中超聲處理，其中超聲功率為80W，超聲時(shí)間為lOmin，使用前再用蒸餾水沖洗干凈并吹干；將一定量的五水硝酸鉍和酒石酸溶于水，用氫氧化鈉溶液將溶液pH調(diào)節(jié)到12，其中五水硝酸秘濃度為0.05mol/L，酒石酸濃度為0.2mol/L，氫氧化鈉溶液濃度為lmol/L。
[0029]5.電化學(xué)制膜:在步驟4中獲得的溶液中放入電極，使用恒電位法進(jìn)行電沉積，電沉積溫度設(shè)置為25°C，控制沉積電流為5mAcm-l之間，將電沉積后的基板使用超純水沖洗，干燥后使用5%的氫氟酸浸泡去除模板后，得到具有三維有序大孔結(jié)構(gòu)的三氧化二鉍電致變色薄膜。
[0030]綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種高著色效率低、快響應(yīng)速度的三維有序大孔三氧化二鉍電致變色薄膜。
[0031]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三維有序大孔結(jié)構(gòu)的三氧化二鉍電致變色薄膜的制備方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟1、基板材料的表面處理:將基板分別在丙酮、甲醇和超純水中超聲處理，然后晾干； 步驟2、膠體溶液的配制:將球徑為50nm-500nm的微球加入到去離子水或乙醇溶液中得到單分散度< 5%、質(zhì)量百分比濃度為0.05-0.3%的膠體乳液，然后經(jīng)超聲振動(dòng)分散得到膠體溶液，其中微球成分為聚苯乙烯或二氧化硅； 步驟3、膠體晶體模板的制備:將經(jīng)步驟I處理后的基板放入到經(jīng)步驟2獲得的膠體乳液中，在溫度為20°C-70°C條件下使膠體溶液揮發(fā)，隨著溶劑的揮發(fā)，單分散微球在毛細(xì)力作用下，在基板材料上組裝，得到膠體晶體模板； 步驟4、電極制備及溶液制備:以步驟3中制備的膠體晶體模板為工作電極，以銀絲或飽和甘汞電極為參比電極，鎳片或鉑片為對(duì)電極，將各電極在丙酮中超聲處理，其中超聲功率為60W、80W或120W，超聲時(shí)間為5-15min，使用前再用蒸餾水沖洗干凈并吹干；將一定量的五水硝酸鉍和酒石酸溶于水，用氫氧化鈉溶液將溶液PH調(diào)節(jié)到12-14，其中五水硝酸鉍濃度為0.02-0.2mol/L，酒石酸濃度為0.2-0.4mol/L，氫氧化鈉溶液濃度為0.5_2mol/L ； 步驟5、電化學(xué)制膜:在步驟4中獲得的溶液中放入電極，使用恒電位法進(jìn)行電沉積，電沉積溫度設(shè)置為20°C -40°C，控制沉積電流為δ-ΙδπιΑοπΓ1之間，將電沉積后的基板使用超純水沖洗，干燥后使用四氫吠喃或甲苯或1-5%的氫氟酸浸泡去除模板后，得到具有三維有序大孔結(jié)構(gòu)的三氧化二鉍電致變色薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟I中所述超聲處理具體為超聲功率60W、80W或120W，超聲時(shí)間為10-60min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟I中所述基板材料為ITO導(dǎo)電玻璃、FTO導(dǎo)電玻璃、鍍ITO的聚酞亞胺基板、鍍銀的聚酞亞胺基板、鍍金的聚酞亞胺基板或聚酯基板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟I中所述基板材料的厚度為.0.0lmm-1mm0
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種三維有序大孔三氧化二鉍電致變色薄膜的制備方法，屬于變色功能材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明中具有三維有序大孔結(jié)構(gòu)的三氧化二鉍電致變色薄膜的制備方法包括如下步驟：基板材料的表面處理、膠體溶液的配制、膠體晶體模板的制備、電極制備及電解液制備、電化學(xué)制膜。以本發(fā)明方法得到的三氧化二鉍電致變色薄膜的著色效率顯著提高、響應(yīng)時(shí)間明顯降低，可實(shí)現(xiàn)由透明到暗棕色的顏色變化。本發(fā)明在電致變色智能窗領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。
【IPC分類】C25D9-04
【公開(kāi)號(hào)】CN104762646
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510121250
【發(fā)明人】李垚, 田燕龍, 趙九蓬
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年3月19日