[发明专利]一种三氧化钨纳米碗电致变色材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种三氧化钨纳米碗电致变色材料及其制备方法，属于电致变色薄膜领域。本发明所述电致变色材料具有分级多孔结构，所述三氧化钨纳米碗电致变色材料以FTO导电玻璃为基底，所述基底表面依次包裹底层和外层，以晶态三氧化钨为底层，以非晶三氧化钨为外层，所述外层呈多孔结构且包含独立分散的微区晶态组织，所述外层分布着直径为2～5nm三氧化钨晶核。本发明实现了纳米尺度上晶态、非晶结构三氧化钨的结合，大大提高了电致变色性能，实现了优势互补，同时增加了纳米碗电致变色材料的比表面积，显著增强了变色反应的动力学过程，从而提升了电致变色性能。

技术领域

本发明涉及电致变色薄膜技术领域，尤其涉及一种三氧化钨纳米碗电致变色材料及其制备方法。

背景技术

电致变色材料因其在低电压驱动下的光学性能(透射率、吸光度或反射)具有可调色性和可逆调制性而备受关注，是一种很有前途的节能应用材料。WO₃电致变色的材料受到广泛关注，因为它是由三维网络的WO₆八面体组成，能提供丰富的渠道运输小离子有利于可切换的颜色变化，也因为良好的环境稳定性从而适合户外应用。然而，到目前为止，光学对比度、响应时间、循环稳定性和一些其他的电致变色性能指标仍不满意，特别对于块体WO₃的密实结构来说，离子传输能力有限。众所周知，结晶度在WO₃的电致变色性能中起着至关重要的作用，对于无定形的非晶态WO₃来说，其对小离子的大容量意味着光学调制能力高，其多类型输运通道以及与氧空位相关的热致缺陷，保证了较高的离子扩散系数，使得颜色切换迅速，但其亚稳态结构和较差的化学稳定性使其循环寿命较差。另一方面，晶态WO₃具有较高的导电性和稳定的微观结构，使其具有较好的化学稳定性和结构稳定性，但其致密结构导致其扩散系数相对较低，响应速度相对较慢。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种三氧化钨纳米碗电致变色材料及其制备方法。本发明同时利用了晶态和非晶态三氧化钨，具有有序纳米碗阵列，多孔分级结构，可有效提高电子传输速度和粒子扩散速率，加快反应动力学过程，降低薄膜褪色电压，大幅提高电致变色材料的响应速度和循环稳定性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种三氧化钨纳米碗电致变色材料，所述电致变色材料具有分级多孔结构，所述三氧化钨纳米碗电致变色材料以FTO导电玻璃为基底，所述基底表面依次包裹底层和外层，以晶态三氧化钨为底层，以非晶三氧化钨为外层，所述外层呈多孔结构且包含独立分散的微区晶态组织，所述外层分布着直径为2～5nm三氧化钨晶核。

优选地，所述纳米碗电致变色材料的直径为400～500nm，分布均匀且密排。

优选地，所述三氧化钨纳米碗电致变色材料由于其独特的晶态非晶杂化多孔纳米阵列结构，拥有优秀的电致变色性能，可见光调制幅度为85～95％，近红外光调制幅度为80～90％，完全着色时间为2～4s，褪色时间为3～5s，着色效率为90～100cm²/C，10000圈的完全着色褪色循环可见光对比度只下降了4～5％，静置7天后透过率只上升4～5％。

本发明还提供了上述技术方案所述三氧化钨纳米碗电致变色材料的制备方法，包括以下步骤：

将聚苯乙烯微球分散液、乙醇和丙酮混合，得到悬浊液；

将水和FTO导电玻璃放入培养皿中，将所述悬浊液和曲拉通依次滴入水表面，随后将FTO导电玻璃取出，自然干燥，得到单层PS球薄膜包裹的FTO导电玻璃；

将Na₂WO₄粉体、H₂O₂溶液混合后，用高氯酸调节pH值至1.0～2.0，得到电解液；