一种纳米晶镶嵌的氧化钨电致变色复合薄膜的制作方法

本发明涉及一种纳米晶/氧化钨复合薄膜结构，尤其涉及一种纳米晶镶嵌的氧化钨电致变色复合薄膜。

背景技术：

所谓电致变色是指在外加电压或电场的作用下，材料颜色或透过率发生稳定可逆的变化。电致变色效应的研究要追溯到1966年deb对非晶态wo3薄膜的制备，自此国内外学者围绕电致变色薄膜及其应用进行了深入广泛的研究。目前，电致变色材料被认为是最有应用前景的智能材料之一，在智能节能窗(smartwindow)、汽车防炫后视镜、电致变色显示器等方向具有巨大的潜在应用价值。

纳米晶材料常具有优异化学和光电特性，如高电化学活性表面，局域表面等离子体共振，电致发光等等，这主要得益于其纳米效应以及高比表面积和非化学计量比的表面结构。在众多的电致变色材料中，氧化钨作为最常见的无机阴极电致变色材料，具有廉价无毒性能优越稳定等优点，受到广泛关注。一般氧化钨薄膜的制备方法包括化学气相沉积、射频溅射、溶胶凝胶等，这些方法制备的纯氧化钨薄膜往往由于结构比较致密，化学活性较低，其中离子或电子的迁移受到影响，往往光谱调制幅度不高，响应时间较长，变色效率不高。小尺寸的纳米晶和无定形氧化钨复合形成具有镶嵌结构的纳米晶/氧化钨体复合薄膜，纳米晶在氧化钨基体中形成镶嵌结构，可以在薄膜中形成异质结，具有纳米复合效应，增强氧化钨的电致变色性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种纳米晶镶嵌的氧化钨电致变色复合薄膜，该复合材料具有优异的电致变色性能，适用于电致变色智能节能领域。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种纳米晶镶嵌的氧化钨电致变色复合薄膜，其特征在于，包括氧化钨基体和均匀分布在氧化钨基体中的纳米晶；

所述的纳米晶为zno，tio2，ito，al2o3或sio2中的一种。

本发明中，复合薄膜结构中需具备结晶性良好的氧化物纳米晶，纳米晶均匀分布在无定形氧化钨基体中，且与氧化钨基体在纳米尺度上进行复合。

优选的，薄膜厚度为50～1000nm。

优选的，所述纳米晶的晶粒尺寸在3nm～20nm范围内。

优选的，所述的氧化钨基体为无定形态。

优选的，所述纳米晶与氧化钨基体的复合尺度在100nm以下，即在任意100nm范围内都存在纳米晶和氧化钨两相复合。

进一步优选的，所述的纳米晶为zno。

本发明的纳米晶镶嵌结构的薄膜作为电致变色材料，可以和nio等结合组装成具有高光谱调制幅度的电致变色器件，可在电场作用下选择性地吸收或反射外界的热辐射和内部的热的扩散，减少办公大楼和民用住宅在夏季保持凉爽和冬季保持温暖而必须消耗的大量能源，是现代节能建筑材料的一个主要发展方向。

本发明中，由于纳米晶具有较大的非化学计量比的比表面积，具有优异的电化学活性，和无定形氧化钨形成具有纳米复合效应的异质结，该结构的复合薄膜表现出优异的电致变色光谱调制性能以及更快的电致变色响应速度，可应用在电致变色智能调光玻璃领域。

附图说明

图1是纳米晶镶嵌的氧化钨电致变色复合薄膜的结构示意图；

图2是zno纳米晶/wo3复合薄膜结构的tem照片；

图3是zno纳米晶/wo3复合薄膜电致变色光谱调制性能；

图4是zno纳米晶/wo3复合薄膜的电致变色响应时间。

具体实施方式

下面结合实施例和附图来详细说明本发明，但本发明并不仅限于此。

实施案例1：

本实施例中的zno纳米晶/wo3复合薄膜，以无定形氧化钨作为基体，氧化锌(zno)纳米晶均匀分布在无定形氧化钨中。

本实施案例采用ito玻璃(30mm×30mm)作为基板，在涂覆前进行以下清洗步骤：在丙酮中将ito玻璃超声清洗30min→去离子水冲洗3次后放入去离子水中超声30min→去离子水中冲洗3次后在乙醇中进行超声30min→烘干、备用。

制备本实施例中复合薄膜的具体步骤如下：

步骤(1)：将0.5g可溶性zno纳米晶粉末超声分散溶于10ml水，形成zno纳米晶水溶液；

步骤(2)：将2g偏钨酸铵加入前述所得zno纳米晶水溶液中，超声处理得到复合溶液；

步骤(3)：前述所得复合溶液中依次加入3ml乙醇和2mlpeg600，超声处理；

步骤(4)：利用旋涂仪将步骤(3)所得溶液旋涂在清洗后的ito基板上；旋涂转速为500r/min匀胶时间5s，接着转速3000r/min匀胶时间20s；

步骤(5)：将步骤(4)制得的湿膜先在空气气氛中热处理，热处理温度为350℃，保温时间为60min，制得zno/wo3纳米复合薄膜。

制备而成的zno纳米晶/wo3复合薄膜其tem照片如图2所示，可以清楚的看到薄膜中的纳米晶镶嵌结构。zno纳米晶/wo3复合薄膜的电致变色光谱调制性能如图3所示，在633nm处的光谱调制幅度为54％。zno纳米晶/wo3复合薄膜的电致变色响应时间如图4所示，着色时间为10.8s，褪色时间为2.6s。

实施案例2：

本实施例中的tio2纳米晶/wo3复合薄膜，以无定形氧化钨作为基体，氧化钛(tio2)纳米晶均匀分布在无定形氧化钨中。

本实施案例采用ito玻璃(30mm×30mm)作为基板，在涂覆前进行以下清洗步骤：在丙酮中将ito玻璃超声清洗30min→去离子水冲洗3次后放入去离子水中超声30min→去离子水中冲洗3次后在乙醇中进行超声30min→烘干、备用。

制备本实施例中复合薄膜的具体步骤如下：

步骤(1)：将0.45gtio2纳米晶粉末超声分散溶于6ml水，形成tio2纳米晶水溶液；

步骤(2)：将1.5g偏钨酸铵加入前述所得tio2纳米晶水溶液中，超声处理得到复合溶液；

步骤(3)：前述说得复合溶液中依次加入2ml乙醇和1mlpeg600，超声处理；

步骤(4)：利用旋涂仪将步骤(3)所得溶液旋涂在清洗后的ito基板上；旋涂转速为500r/min匀胶时间5s，接着转速3000r/min匀胶时间20s；

步骤(5)：将步骤(4)制得的湿膜先在空气气氛中热处理，热处理温度为350℃，保温时间为60min，制得tio2/wo3纳米复合薄膜。

本实施示例所得复合薄膜，在633nm处的光谱调制幅度为46％，着色时间为7.9s，褪色时间为2.8s。

实施案例3：

本实施例中的sio2纳米晶/wo3复合薄膜，以无定形氧化钨作为基体，氧化硅(sio2)纳米晶均匀分布在无定形氧化钨中。

本实施案例采用ito玻璃(30mm×30mm)作为基板，在涂覆前进行以下清洗步骤：在丙酮中将ito玻璃超声清洗30min→去离子水冲洗3次后放入去离子水中超声30min→去离子水中冲洗3次后在乙醇中进行超声30min→烘干、备用。

制备本实施例中复合薄膜的具体步骤如下：

步骤(1)：将0.3gsio2纳米晶粉末超声分散溶于6ml二甲基甲酰胺(dmf)，形成tio2纳米晶的dmf溶液；

步骤(2)：将1.5g偏钨酸铵加入前述所得sio2纳米晶的dmf溶液中，超声处理得到复合溶液；

步骤(3)：前述说得复合溶液中依次加入2ml乙醇，超声处理；

步骤(4)：利用旋涂仪将步骤(3)所得溶液旋涂在清洗后的ito基板上；旋涂转速为500r/min匀胶时间5s，接着转速1000r/min匀胶时间20s；

步骤(5)：将步骤(4)制得的湿膜先在空气气氛中热处理，热处理温度为350℃，保温时间为60min，制得sio2纳米晶/wo3纳米复合薄膜。

本实施示例所得复合薄膜，在633nm处的光谱调制幅度为46％，着色时间为8s，褪色时间为4.3s。

以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。