一种三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料及其制备方法，属于功能薄膜领域。本发明专利技术中以非晶结构为主体的混晶结构WO

A kind of tungsten trioxide electrochromic capacitor dual function film material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料及其制备方法
本专利技术涉及薄膜
，尤其涉及一种三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料及其制备方法。
技术介绍
发展节能储能双功能器件是应对能源危机的主要策略之一。电致变色材料具有电场驱动的、通过电荷插入/抽出来实现的可逆氧化还原反应来调制光吸收和透射的能力。因此，它们可以被用来选择性地吸收或反射外部热辐射和内部热扩散，这在能源管理中起着重要作用，可以减少办公室建筑和家庭在夏季保持凉爽和冬季温暖所需的能量。赝电容被认为是除电池之外的一种很有希望的储能应用，因为它们也可以利用可逆氧化还原反应的电荷插入/抽出来存储能量。此外，当赝电容器中发生快速电荷转移的可逆氧化还原反应时，由于工作原理相似，某些特定的电极材料会同时进行电致变色过程。现有技术中的材料存在电致变色性能和电容性能不能同时兼顾的问题。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料及其制备方法。本专利技术提供的薄膜材料具有多孔结构且混杂微区晶态组织，微区晶态组织中含有三氧化钨晶核，具有优异的电致变色性能和电容性能。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料，所述薄膜材料具有多孔结构且混杂微区晶态组织，所述微区晶态组织中含有三氧化钨晶核。优选地，所述三氧化钨晶核的直径为8～10nm。优选地，所述三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料的厚度为700～800nm。优选地，所述薄膜材料的可见光调制幅度为85～95％，近红外光调制幅度为85～92％，完全着色时间为2～4s，褪色时间为4～6s，着色效率为40～70cm2/C；所述薄膜材料的容量达到40～50mf/cm2，倍率性能达到70％～80％；所述薄膜材料在着色褪色过程的同时实现对电量的存储与释放。本专利技术还提供了上述技术方案所述三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：在真空度2*10-4Pa以下，以WO3为靶材，在FTO导电玻璃表面进行脉冲射频反应沉积溅射，得到所述三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料。优选地，所述脉冲射频反应沉积溅射在氧气-氩气混合气氛中进行，所述氧气的体积分数为10～50％。优选地，所述脉冲射频反应沉积溅射时基底表面的温度为70～100℃。优选地，所述脉冲射频反应沉积溅射的溅射功率为50～100W，溅射气压为1.0～3.0Pa，工作距离为5～10cm。优选地，所述脉冲射频反应沉积溅射的频率为0.002Hz，脉冲时间和弛豫时间均为250s，沉积过程持续12000～13000s。优选地，所述FTO导电玻璃使用前依次置于丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗，之后置于真空烘箱中干燥备用。本专利技术提供了一种三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料，具有多孔结构且混杂微区晶态组织，所述微区晶态组织中含有三氧化钨晶核。本专利技术提供的薄膜材料同时具有优异的电致变色性能和电容性能，在充放电的过程中可以通过薄膜的颜色深浅来直观地判断薄膜储存电量的多少。本专利技术中以非晶结构为主体的混晶结构WO3可以实现快速的反应过程并且对于离子较大的容量，混晶组织和微孔的存在有利于反应动力学的同时，可以很好地缓冲电极在氧化还原反应过程中的体积变化，获得了良好的循环稳定性，适合应用于节能和储能器件作为功能薄膜使用。与现有技术相比，具有以下有益效果：1、本专利技术的薄膜材料具有多孔混晶结构，以非晶结构为主体的混晶结构WO3可以实现快速的反应过程并且对于离子较大的容量，混晶组织和微孔的存在在有利于反应动力学的同时，可以很好地缓冲电极在氧化还原反应过程中体积地变化有利于材料的循环稳定性；2、微区晶态组织与非晶结构的有效复合，起到优势互补的作用，薄膜材料具有可见近红外双波段大范围调制，反应时间短，着色效率高，循环稳定性优异等特点；同时在电容方面具有容量大，倍率高等特点；优异的双功能性能非常有利于制备节能储能器件。3、本专利技术的制备方法具有简单、稳定、尺寸、膜厚度可控的特点，不需要对仪器进行复杂改造就可以合理控制基底沉积时的温度，非常有利于大规模工业化生产。附图说明图1为实施例1制备的三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料的电镜扫描图；图2为实施例1制备的三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料在高倍率下的透射电镜图；图3为实施例1制备的三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料在低倍率下的透射电镜图；图4为实施例1制备的三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料的可见光以及近红外波段透射率光谱；图5为实施例1制备的三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料的动力学电致变色性能示意图(633nm±1V)；图6为实施例1制备的三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料的电致变色效率图(633nm)；图7为实施例1制备的三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料的的面电容对应电流密度曲线；图8为实施例1制备的三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料在0.14mA/cm2电流密度下充放电曲线及其对应的透过率变化图；图9为实施例2制得的三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料初始态动力学与循环2000圈后动力学对比图(633nm±1V)；图10为实施例2制得的三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料循环2000圈电容量变化图。具体实施方式本专利技术提供了一种三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料，所述薄膜材料具有多孔结构且混杂微区晶态组织，所述微区晶态组织中含有三氧化钨晶核。在本专利技术中，所述三氧化钨晶核的直径优选为8～10nm。在本专利技术中，所述三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料的厚度优选为700～800nm。在本专利技术中，所述薄膜材料的可见光调制幅度优选为85～95％，近红外光调制幅度优选为85～92％，完全着色时间优选为2～4s，褪色时间优选为4～6s，着色效率优选为40～70cm2/C；所述薄膜材料的容量优选达到40～50mf/cm2，倍率性能优选达到70％～80％；所述薄膜材料在着色褪色过程的同时实现对电量的存储与释放。本专利技术还提供了上述技术方案所述三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：在真空度2*10-4Pa以下，以WO3为靶材，在FTO导电玻璃表面进行脉冲射频反应沉积溅射，得到所述三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料。在本专利技术中，所述FTO导电玻璃使用前优选依次置于丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗，之后置于真空烘箱中干燥备用。本专利技术对所述超声清洗的具体参数没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备方法制得即可。在本专利技术中，优选利用分子泵和机械泵达到所述真空度。本专利技术在所述真空度下进行脉冲射频反应沉积溅射能够排除杂质干扰。在本专利技术中，所述WO3的纯度优选为99.99％。在本专利技术中，所述脉冲射频反应沉积溅射在氧气-氩气混合气氛中进行，所述氧气的体积分数优选为10～50％，更优选为30％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料，其特征在于，所述薄膜材料具有多孔结构且混杂微区晶态组织，所述微区晶态组织中含有三氧化钨晶核。/n

【技术特征摘要】
1.一种三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料，其特征在于，所述薄膜材料具有多孔结构且混杂微区晶态组织，所述微区晶态组织中含有三氧化钨晶核。


2.根据权利要求1所述的三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料，其特征在于，所述三氧化钨晶核的直径为8～10nm。


3.根据权利要求1或2所述的氧化钨电致变色薄膜材料，其特征在于，所述三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料的厚度为700～800nm。


4.根据权利要求1所述的三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料，其特征在于，所述薄膜材料的可见光调制幅度为85～95％，近红外光调制幅度为85～92％，完全着色时间为2～4s，褪色时间为4～6s，着色效率为40～70cm2/C；所述薄膜材料的容量达到40～50mf/cm2，倍率性能达到70％～80％；所述薄膜材料在着色褪色过程的同时实现对电量的存储与释放。


5.权利要求1～4任一项所述三氧化钨电致变色电容双功能薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在真空度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，史英迪，孙铭君，汤凯，崔接武，王岩，秦永强，舒霞，吴玉程，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34