[发明专利]一种三氧化钨/五氧化二钒核壳纳米线阵列电致变色材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三氧化钨/五氧化二钒核壳结构纳米线阵列的制备及其电致变色特性，三氧化钨纳米线为核，五氧化二钒为壳，三氧化钨纳米线长度为400‑1000nm，直径从80‑30nm逐渐减小。五氧化二钒为非晶多孔结构均匀包覆在纳米线上，复合后直径为100‑200nm。本发明利用电化学工作站和三电极体系以电化学沉积的方式将五氧化二钒沉积在溶剂热得到的三氧化钨纳米线表面，得到核壳结构电致变色材料。本发明中三氧化钨纳米线垂直于基底且生长分布均匀，五氧化二钒为多孔薄膜均匀包覆在纳米线表面形成新颖的核壳结构，该材料有优异的电致变色性能，可以在不同电压下实现蓝灰色、黄绿色和橙黄色的迅速可逆转变，具有良好的稳定性，可用在隐身材料和智能变色薄膜材料等领域。

技术领域

本发明属于电致变色薄膜领域,具体涉及一种三氧化钨/五氧化二钒核壳纳米线阵列电致变色材料及其制备方法。

背景技术

电致变色是指材料在外加适当的电压后，会发生与电化学氧化还原反应相关联的透光率和(或)反射率的可逆的和持久的变化。电致变色器件的应用主要包括：汽车和建筑物的智能窗、可控光反射或光透射显示装置(用于光学信息和存储)，可控飞机檐篷，可重复使用的价格标签，航天器热控制等等。电致变色器件由于其低能耗、提升生活舒适度、在隐身材料、智能变色薄膜等领域应用前景巨大、提升对宇宙的探索等一系列优点，近年来越来越受到人们的重视。无机电致变色材料由于其优良的性能受到广泛的关注，例如高的对比度、优良的光学调控幅度、高循环稳定性和制备工艺简单等。在众多的无机电致变色材料中，过渡族金属氧化物吸引广泛的兴趣，其中包含阴极着色材料(氧化钨，氧化钼，氧化钛，氧化钒)和阳极着色材料(氧化镍，氧化钴)。

在过去的二十年，五氧化二钒由于其卓越的性能受到广泛的关注，例如其独特的层状结构使其具有良好的锂离子嵌入能力、多色显示和引用电压低等，而且五氧化二钒既是阳极着色材料也是阴极着色材料。但是在电致变色器件中五氧化二钒薄膜也有一些缺点，例如循环稳定性差、电导率和锂离子扩散系数小、对比度差和着色效率低等。三氧化钨作为最有应用前景的无机电致变色材料被广泛的研究，与其他的过渡族金属氧化物相比其具有独特的变色性能，如：价格低廉、容易合成、低能耗、高对比度、高着色效率和优异的循环稳定性。其中垂直取向的三氧化钨纳米线阵列引起了相当大的关注，因为它可以提供大量的电荷传输隧道，导致大的扩散系数，纳米线之间的开孔空隙减小了Li⁺离子的扩散路径长度，它们还提供了良好的对齐特性和较大的比表面积。这些显著增强的功能提供了将垂直定向的三氧化钨纳米线阵列薄膜作为模板来合成电致变色材料的应用的动力。因此以三氧化钨纳米线阵列薄膜作为基底来沉积五氧化二钒能显著的提升其电致变色性能。具有独特的晶体结构与微观形貌的氧化钨纳米线和多孔结构五氧化二钒复合能显著增加样品的活性比表面积，加速电子传输，显著增强变色反应的动力学过程，从而提升材料的电致变色性能。

发明内容

本发明的目的是：提供一种可控的电致变色材料及其制备方法，在不提前制备子晶的情况下可以在FTO导电玻璃上直接通过两步法得到致密均匀的多孔三氧化钨/五氧化二钒纳米线核壳结构电致变色材料。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种三氧化钨/五氧化二钒核壳纳米线阵列电致变色材料，所述电致变色材料具有核壳结构，三氧化钨纳米线为核，五氧化二钒为壳，三氧化钨纳米线的长度在400至1000nm之间变化，整个三氧化钨纳米线的形状呈锥形；五氧化二钒为非晶多孔结构，均匀包覆在三氧化钨纳米线上，复合后直径为100-200nm，并且五氧化二钒的沉积并不破坏三氧化钨纳米线的初始结构。

优选地，所述的三氧化钨纳米线生长在FTO导电玻璃上，整个三氧化钨纳米线的形状呈锥形，从基底到尖端的直径逐渐变小，其中，基底是指三氧化钨纳米线与导电玻璃连接的地方，尖端是指三氧化钨纳米线的尖端，基底的直径为80nm，尖端的直径为30nm。

优选地，所述的三氧化钨/五氧化二钒核壳纳米线阵列电致变色材料，能够实现蓝灰色、黄绿色和橙黄色之间的快速可逆变化。