NiO基電致變色薄膜的制備及性能優(yōu)化.pdf

1、電致變色材料由于其具有節(jié)能、環(huán)保、信息顯示等功能，使其具有十分誘人的應(yīng)用前景。但是由于NiO薄膜的循環(huán)穩(wěn)定性、漂白態(tài)透過率以及變色機理等問題，使NiO電致變色薄膜的應(yīng)用受到限制。本論文采用溶膠-凝膠法制備了NiO薄膜、B_2O_3-NiO薄膜以及M_xO_y-B_2O_3-NiO(M為金屬元素)薄膜，并研究了薄膜制備工藝對性能的影響。通過深入研究NiO基薄膜的結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性能和電致變色性能，探討了NiO基薄膜的電致變色機理。最后研究了N

2、_xO_y(N為金屬元素)保護層對M_xO_y-B_2O_3-NiO薄膜的電致變色性能的影響。主要研究成果如下：
　　 1.NiO薄膜的最佳熱處理溫度為300℃。引入B_2O_3后，B_2O_3主要是以非晶態(tài)的形式存在，薄膜的電致變色性能得到明顯改善，最大的透過率差達到了70％左右。隨著B含量增加，薄膜在堿性電解質(zhì)中的化學(xué)穩(wěn)定性下降，引入B_2O_3的量為B/Ni=4/10時薄膜具有較好的電致變色性能和穩(wěn)定性。B_2O_3的引入

3、還導(dǎo)致薄膜初始態(tài)和漂白態(tài)的透過率下降。
　　 2.Al的引入很好地提高了B_2O_3-NiO薄膜的光學(xué)性能，薄膜初始態(tài)和漂白態(tài)的透過率達到了80％左右。Al的引入對NiO基凝膠中的NiO晶粒長大有明顯的抑制作用，過量的Al導(dǎo)致溶膠不穩(wěn)定，同時薄膜的電致變色性能的下降。引入的Al為Al/Ni=2/10時薄膜的各項性能最好，此時薄膜的透過率差最大值可達85％。Sb和Sn的引入也可以改善薄膜的光學(xué)性能。Zn的引入可以改善薄膜初始態(tài)的透

4、過率，但漂白態(tài)的透過率下降。
　　 3.對Al_2O_3-B_2O_3-NiO體系薄膜的熱處理制度研究結(jié)果表明在不同的熱處理溫度下均可制備得到含有納米晶(～5nm)的薄膜，表面粗糙度隨著熱處理溫度的升高而增加，在300℃～500℃之間的溫度范圍內(nèi)薄膜都具有良好的電致變色性能。納米晶結(jié)構(gòu)及表面粗糙度的增加對NiO基薄膜電致變色性能的改善起到了主要的作用。
　　 4.NiO薄膜的電致變色過程中存在一個活化過程，NiO先生成N

5、i(OH)2，變色過程為Ni(OH)2/NiOOH的反應(yīng)，顏色是由于生成Ni～3+導(dǎo)致的。由于NiO和Ni(OH)_2(NiOOH)之間的結(jié)構(gòu)和體積差以及氧化還原過程中的降解是導(dǎo)致薄膜不穩(wěn)定差的原因。電致變色過程中遷移的離子是H～+，引入B后導(dǎo)致H～+離子易于遷移是改善NiO薄膜電致變色性能的主要原因。Al的引入導(dǎo)致薄膜在堿性電解質(zhì)中可以使α-Ni(OH)_2在堿溶液中穩(wěn)定存在，引入少量Al時改善了薄膜的電化學(xué)性能，同時通過改善薄膜漂白