一种基于银纳米线(AgNW)基底电致变色材料调节近红外光的方法与流程

本发明涉及银纳米线基底电致变色薄膜的制备及其对近红外光调节的应用，属于功能材料制备及应用领域。

背景技术：

随着工业的迅速发展,能源短缺和环境污染已成为人类社会急需解决的关键问题。发达国家将大量能源应用于建筑物的温度调节,其中空调能耗占首位。因此,采取各种措施降低能耗逐渐成为人们的共识,例如以节能和舒适要求来调节太阳光谱的智能窗,在未来建筑物中有广阔的应用前景,受到了人们的广泛关注。许多物质在受热、光照、外加电场等外界作用时,其颜色会发生变化,即产生致色现象。致变色材料是指在外界条件作用下,能连续可逆的调节太阳电磁辐射的材料,致变色可分为光致变色、热致变色、电致变色、气致变色以及光电致变色等,其中电致变色材料是近年来研究的热点之一。

电致变色是指材料在电场作用下颜色产生稳定可逆变化的现象。当材料在电化学作用下发生电子与离子的注入与抽出时，其价态和化学组分将发生变化，从而使材料的反射与透射性能改变，在外观性能上表现为颜色及透明度的可逆变化。其主要特点如下:(1)电致变色材料中电荷的注入与抽出可以通过外界电压或电流的改变而方便地实现，注入或抽出电荷的多少直接决定了材料的致色程度，调节外界电压或电流可以控制电致变色材料的致色程度；(2)通过改变电压的极性可以方便地实现着色或消色；(3)已着色的材料在切断电流而 不发生氧化还原反应的情况下，可以保持着色状态，即具有记忆功能。电致变色薄膜的优异性能以及在节能方面的应用前景受到人们的普遍关注,符合未来智能材料的发展趋势。

传统的电致变色薄膜大多数以ITO玻璃为导电基底。然而、ITO存在一些问题：1、ITO玻璃韧性差，对电致变色材料的制备加工及应用都有非常严格的限制与要求。2、面对有限的硒资源及其越来越多的消费需求，ITO薄膜成本价格变得越来越昂贵。3、由于ITO在波长为1300nm处存在等离子体共振，这使得ITO膜在近红外波段(780-2500nm)范围内的光学透过率严重降低。众所周知、地球表面的近红外光占到了整个地球表面太阳光能量的50％。因此、开发合适的近红外智能玻璃来最大限度的利用红外光为人类服务显得非常的必要。同时、红外可调电致变色设备不仅在热能调控方面有很大的吸引力，在航天器发射探测器，战争伪装材料，光通信等领域都有很大的应用潜力。

由于高的透过率、好的导电性和高的机械柔韧性，银纳米线成为取代ITO而被广泛研究的新一代导电电极材料。近年来、以银纳米线为导电电极的柔性、可拉伸及可折叠的电致变色器件已经开始被越来越多的人研究。然而，当前主要集中于柔性器件及可见光区的调控方面的研究，对于近红外智能调控的研究几乎没有。因此本发明，通过结合电致变色及银纳米线两者的独特优势，开发出对红外光及可见光两者同时智能调控的电致变色器件。这对电致变色及导电电极领域都具有非常大的拓展性和启示意义。

技术实现要素：

本发明通过制备得到的银纳米线导电基底电致变色薄膜来进行近红外光波段的智能调控作用。

为实现这一目的，本发明首先需要制备长度较长、适当尺寸半径的银纳米线。

本发明的基于银纳米线(Ag NW)基底电致变色材料调节近红外光的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将长度至少为50微米、半径80-12nm的银纳米线通过旋涂及真空热压法在透明衬底上制备一层均匀分散的银纳米线透明导电层，进而得到透明导电电极；在银纳米线透明导电层表面沉积一层电致变色薄膜，得到银纳米线基底电致变色薄膜；

(2)通过将所得到的银纳米线基底电致变色薄膜、铂片电极、Ag/KCl参比电极组成三电极体系，与电解液组成电致变色电化学反应体系，通过控制施加电压大小，进行着色-褪色变换，进行近红外波段不同波长处的光学调控。

步骤(1)中优选通过化学法制备得到长度约为70μm，半径约为100nm的银纳米线。其次制备具有可见光和红外光区透过率高(大于70％)、导电性好(低于50Ω)和稳定性好的透明导电电极是达到目的第二个必备要求。因此、本发明首先配制了具有高粘结性、无色透明及化学稳定性好的PVA溶液(如浓度0.01g/ml)、制备银纳米线乙醇溶液(如浓度3mg/L)。采用了旋涂镀膜工艺，持续旋涂一层PVA粘结层在所选透明衬底上(优选以2500转/分钟的转速持续20min持续旋涂一层PVA粘结层在所选透明衬底上)，后在PVA层上面再旋涂银纳米(优选以3500转/分钟的转速持续30s旋涂银纳米)。控制旋涂纳米线溶液的层数能够得到相应导电性和透光性的银纳米线导电电极。接着通过在真空环境中机械热压工艺来增加各层之间的结合，减小银纳米线的接触电阻。从而能够得到稳定性好、均匀分散及导电性高的银纳米线透明导电电极。

通过物理或者化学法在所制备的银纳米线电极表面沉积一定厚度的电致变色薄膜。根据电致变色薄膜对红外调控性能大小的需求，可以制备不同厚度的电致变色层。然后在电场的驱动下对电致变色薄膜进行变色操控，通过薄膜变色前后不同状态对近红外光进行选择性透过。通过控制施加电压大小，能够得到薄膜着色、褪色不同状态下对近红外光透过率的大小不同。因此、通过对银纳米线基电致变色薄膜进行电压操控能够来起到对近红外光智能调控的作用

附图说明

图1为本发明所制备的银纳米线扫描电镜图。

图2银纳米线方块电阻与透过率的关系图

图3制备的银纳米线基底的WO₃电致变色薄膜扫描电镜图

图4银纳米线基底和ITO基底的WO₃电致变色薄膜着色褪色状态下的透过率。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明的实质性特点和显著优点，本发明决非仅局限于所陈述的实施例。

1).制备长径比较大的银纳米线，通过旋涂及真空热压法制备所需导电性的透明导电电极。

2).用电化学沉积法或磁控溅射法，将电致变色材料沉积到银纳米线上，得到电致变色薄膜。

3).通过电化学工作站，将所得到的银纳米线基底电致变色薄膜与铂片电极，Ag/KCl参比电极组成三电极体系，选择电解液进行着色-褪色变换。

4).对不同着色、褪色状态下的近红外光波段的透过率进行数据记录，得到近红外波段不同波长处的光学调控能力大小。

4).对银纳米线导电电极基底的电致变色薄膜的变色循环稳定性进行测试评估。

实施例1

银纳米线(Ag NW)基底WO₃电致变色材料调节近红外光

1)通过水热法制备长径比为700的银纳米线(半径约为100nm)，后配制了具有高粘结性、无色透明及化学稳定性好的0.01g/ml的PVA溶液。同时、制备3mg/L的银纳米线乙醇溶液。采用旋涂镀膜工艺，以2500转/分钟的转速持续20min旋涂一层PVA粘结层在玻璃衬底上，后在PVA层上面再以3500转/分钟的转速持续30s旋涂银纳米。后在150℃，-0.1MPa真空环境中通过对电极施加100N的压力来制备透明导电电极。

2).制通过电化学沉积法在银纳米线导电玻璃衬底上制备出WO₃电致变色薄膜，然后以LiClO₄为电解液、Ag/AgCl参比电极、铂片电极作对电极组合成电致变色电化学反应体系。

2).用电化学工作站对薄膜进行着色/褪色变化操作。。

3).通过紫外-可见-近红外分光光度计对薄膜不同着色-褪色状态下的透过率进行测试分析，得出红外波段的调控能力大小并与相同制备条件下的ITO基WO₃薄膜的红外调控性能进行对比。

4).记录多循环状态下的银纳米线基WO₃电致变色材料的红外光调节的循环稳定性。

银纳米线方块电阻与透过率的关系图，见图2；制备的银纳米线基底的WO₃电致变色薄膜扫描电镜图见图3；银纳米线基底和ITO基底的WO₃电致变色薄膜着色褪色状态下的透过率见图4。

通过对比分析得出以银纳米线基电致变色薄膜对近红外光可调节的优越性及潜在的应用价值。