[发明专利]阴极电致变色薄膜和电致变色玻璃的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，涉及一种阴极电致变色薄膜和电致变色玻璃的制备方法。

背景技术

电致变色是指一些材料在电压或电流作用下，通过电子和离子的注入或抽取，从而发生氧化还原反应，在材料中形成色心或产生了带颜色的化合物，导致材料颜色发生可逆变化的现象。利用材料的电致变色特性可将其制成颜色及光强度可调的智能玻璃窗，选择性地进行光的透射与反射等，来达到人为调节光照度或室内温度的目的。这种智能窗可广泛用于建筑、汽车、显示等领域，在能源日益紧缺的今天，引起人们的极大地关注。

电致变色玻璃主要由透明导电层(ITO玻璃)、电致变色层、离子导电层、离子存储层组成，其中电致变色层(薄膜)材料是其中的关键因素，材料种类主要为过渡金属氧化物，如三氧化钨、五氧化二钒、氧化镍等。这种薄膜的制备的各种手段、方法层出不穷。从目前研究报导的情况看，大致有以下种类：

物理法中磁控溅射、有真空热蒸发和脉冲激光沉积法等。

化学法中溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、电泳沉积法等。

物理法制膜中首先要将金属氧化物原料烧结成靶材料，然后再用溅射制膜，此方法原料易得但制膜设备复杂昂贵，不适合产业化；化学制备方法中，如通常的溶胶-凝胶法是一种设备简单、成膜均匀以及易大面积制备的制备方法，但通常需要400℃以上的相对高温进行热处理。本发明利用一种新的方法——柠檬酸络合-聚合液相化学法，并且在较低温度下制备出阴极电致变色薄膜，进而组装出电致变色玻璃。

发明内容

本发明的目的是利用柠檬酸络合-聚合液相化学法，在相对低的温度下，在导电玻璃上制备具有阴极电致变色的氧化物薄膜，并通过与离子导电层、离子存储层组装成电致变色玻璃。本发明制备的阴极电致变色氧化物薄膜方法具有溶胶性能稳定、制备过程温度低、适合大面积制膜以及成本低等特点。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明的阴极电致变色薄膜的制备方法，以H₂WO₄粉末或Ni(N0₃)₂粉末为原料，采用柠檬酸络合-聚合液相化学法制备出溶胶，然后使用浸渍涂覆工艺或旋转涂覆工艺在ITO玻璃基片上获得溶胶薄膜，经干燥聚合获得凝胶膜，再在200-250℃低温热处理获得阴极电致变色薄膜，成为电致变色玻璃的阴极电致变色薄膜。

所述的柠檬酸络合-聚合液相化学法制备出溶胶的方法是步骤如下：

(1)将H₂WO₄粉末或Ni(NO₃)₂粉末原料置于容器内，加入30％H₂O₂和去离子水各50％的混合溶液来溶解H₂WO₄，将容器置于超声分散器中，超声震荡溶液1h，得到蛋黄色的浓度为0.2-0.5mol/L的H₂WO₄溶液；

(2)在可进行回流的容器中，配制柠檬酸+氨水混合溶液，将柠檬酸置入该容器中，加入去离子水，形成1.0mol/L浓度的柠檬酸水溶液，缓慢加入浓氨水溶液，直至出现微不溶物，再加入去离子水，使该溶液浓度控制在0.2-0.5mol/L；提高回流容器温度，控制在40-60℃，并不断搅拌形成均匀的柠檬酸+氨水混合溶液；

(3)在回流容器中缓慢加入第一步制备好H₂WO₄溶液，在60℃-80℃温度且搅拌条件下溶液回流6-8h，形成络合稳定的H₂WO₄溶胶；

(4)在形成的溶胶中加入总体积3-8％的异丙醇对已制备好的H₂WO₄溶胶进行润湿性调节，使其达到与沉积的ITO玻璃表面具有较好润湿性能，同时通过异丙醇与柠檬酸进一步的酯化络合反应，最终得到溶胶浓度为0.2-0.4mol/L的H₂WO₄的溶胶。

所述的干燥聚合方法是：

(5)将制备好的溶胶薄膜先在30℃-40℃下，30％-40％相对湿度下恒温恒湿聚合10-16小时，完成薄膜由溶胶到凝胶的转变，形成湿凝胶膜；然后将此凝胶膜于90-120℃温度在烘箱中烘烤2-4h，以去除其中水分和部分有机溶剂，形成干凝胶膜；

(6)重复上述(1)中的方法，达到所需要的薄膜厚度。