一种动电位电化学沉积制备WO3电致变色薄膜的方法与流程

本发明涉及一种动电位电化学沉积制备wo3电致变色薄膜的方法，属于功能材料技术领域。

背景技术：

近年来，随着环境污染的加剧和能源短缺的危险，人类正在面临越来越多的挑战，因此如何有效的利用风能、太阳能等可再生能源实现节约能源和保证人类环境的可持续发展已经迫在眉睫。据统计我国建筑物玻璃的能耗约占社会总能耗的大部分，每年人们在建筑物的温度调节方面花费大量能源。因此，人们制作各种智能节能窗等措施以降低能耗，这种电致变色材料作为智能窗的主体在未来建筑物中有广泛的应用。另外，这种电致变色薄膜在电子显示器、汽车防眩目后视镜中都有广泛的应用。

电致变色是指材料在外加电场(或电流)的作用下其着色态和褪色态发生稳定可逆的变化，即其光学性能稳定可逆。其电致变色机制是材料在电压的作用下发生电子与离子的共注入与抽出，相应的价态和化学组分也会发生变化。电致变色薄膜包括无机电致变色薄膜(如nio、wo3、moo3、tio2等)和有机电致变色薄膜(如pani、ppy、polythiophene等)两大类。其中，wo3薄膜具有循环寿命长，光学调制幅度大，响应时间短等优点得到了广泛的研究。

传统上制备wo3薄膜的主要方法有溶胶凝胶法、磁控溅射法、水热法等，但在上述方法中，比如溶胶凝胶法无法制备大面积薄膜，磁控溅射法设备成本昂贵，水热法工艺复杂等。采用动电位电化学沉积制备薄膜是目前非常具有研究价值的一种制备薄膜的方法。这种方法的优点在于成本低，可以进行大面积薄膜制备且薄膜均匀度高，变色效果好、并且对于材料的利用率非常高。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种动电位电化学沉积制备wo3电致变色薄膜的方法。其具有颗粒大小均匀，可大面积沉积及较好的电致变色效果，并且为电致变色薄膜的大规模低成本的生产应用提供了良好的基础。本发明所提供的制备方法包括以下步骤：

(1)过氧钨酸溶液的制备

优选：将钨粉逐勺加入到双氧水中直至钨粉完全溶解(m(w):v(h2o2)＝1g:4ml)，之后加入适量乙醇和乙酸(v(乙醇):v(乙酸)＝3：1)，乙酸与钨粉的用量关系是v(乙酸)：m(w)＝2ml：1g(我根据实施例对此作了修改)，充分反应之后得到乳白色溶液，最后离心得到淡黄色溶液；

(2)wo3电致变色薄膜的制备

选用ito导电玻璃为工作电极、铂片电极作为对电极和ag/kcl作为参比电极，将铂电极与工作电极进行平行对称排列以保证所加电场均匀，选择步骤(1)的过氧钨酸溶液作为沉积液进行动电位电化学沉积，优选在-0.5—-0.1v的电压范围内和0.1mv/s-1.0mv/s(其它合适扫速，扫速越大，沉积速度越快，沉积颗粒越大，薄膜表面空隙越多)的扫速下沉积多个个循环(如151个循环，时间为1208s)，沉积过程中薄膜会在无色到蓝色之间可逆转变，当沉积结束后，蓝色会逐渐消失变成无色，即在ito导电玻璃表面得到了动电位电化学沉积wo3电致变色薄膜。

(3)将沉积好的wo3电致变色薄膜放在干燥箱中干燥，之后可进行测试一系列的电化学和光学性能。

本发明与现有技术相比有如下优点：

1、本发明的制备采用动电位电化学沉积法。这种方法原料成本低，易于操作，对环境无污染，反应简单，可重复性高，适合于大规模工业化生产。

2、该方法可以制备均匀的大面积薄膜，只要工作电极与对电极面积大小相当，沉积平行放置，即可制备大面积均匀薄膜，而且不用退火，具有较好的电化学性能和电致变色性能，特别是获得了大的光学调制幅度。

3、该方法也不仅可以用于动电位电化学沉积nio、pani、普鲁士蓝，而且还可以动电位电化学沉积柔性导电电极。

4、本发明配制的过氧钨酸溶液比较稳定，常温下可放置一个月连续使用。采用动电位电化学沉积制备wo3薄膜的方法，成本低，工艺简单无需退火，均匀成膜可重复性高，而且其所制备的薄膜具有良好的电致变色和光学性能，为发展节能、高效、低成本的wo3薄膜技术工业化生产化提供新思路。

附图说明

图1为动电位电化学沉积wo3电致变色薄膜的电压(电流密度)与时间的关系图

图2为动电位电化学沉积的wo3电致变色薄膜的扫描电镜(sem)照片。

图3为动电位电化学沉积wo3电致变色薄膜的光学调制幅度与循环寿命的关系图。

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以下实施例。

实施例1

以下实施例中，采用普林斯顿versastat4电化学工作站进行动电位电化学沉积薄膜和测试薄膜电化学性能；采用hitachis-4800场发射电子显微镜测定所制备薄膜的微观形貌；采用shimadzuuv-3600紫外可见分光光度计测定所制备薄膜的光学透过率。

1、将10g钨粉逐勺加入到40ml双氧水中直至钨粉完全溶解，此过程为放热反应，之后加入60ml乙醇和20ml乙酸稀释均匀，乙醇的作用是稀释溶液，而乙酸的作用是调节溶液ph，充分反应之后得到乳白色溶液，最后用高速离心机离心20min，转速为12000r/min，最终得到淡黄色溶液。

2、本实验选用5x5cm²的ito导电玻璃为工作电极，铂片电极作为对电极和ag/kcl作为参比电极，将铂电极与工作电极进行平行对称排列以保证所加电场均匀。选择步骤(1)的过氧钨酸溶液作为沉积液进行动电位电化学沉积，在施加-0.5–-0.1v的电压范围和0.1mv/s的扫速下沉积151个循环(时间为1208s)，见图1，沉积过程中薄膜在无色与蓝色之间转变，随着沉积时间的延长，薄膜最终变成蓝色，但当沉积结束后，薄膜会逐渐变成无色，即在ito导电玻璃表面得到了动电位电化学沉积的wo3电致变色薄膜。

3、将沉积好的wo3电致变色薄膜放在150℃的干燥箱中干燥3h，之后可进行一系列的电化学和光学性能的测试。见图2和图3。

技术特征：

技术总结
一种动电位电化学沉积制备WO3电致变色薄膜的方法，属于功能材料技术领域。在双氧水中加入适量钨粉使其完全溶解制成过氧钨酸溶液，加入适量乙醇和乙酸充分搅拌得稳定的混合溶液。本发明配制的过氧钨酸溶液比较稳定，常温下可放置一个月连续使用。采用动电位电化学沉积制备WO3薄膜的方法，成本低，工艺简单无需退火，均匀成膜可重复性高，而且其所制备的薄膜具有良好的电致变色和光学性能，为发展节能、高效、低成本的WO3薄膜技术工业化生产化提供新思路。

技术研发人员：汪浩;郎凤培;刘晶冰;周开岭;严辉
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2017.07.13
技术公布日：2017.11.03