[发明专利]一种光致变色MoO3薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种MoO₃薄膜的制备方法，特别是涉及一种具有光致变色性能的MoO₃薄膜的制备方法。

背景技术

光致变色(photochromism)，指的是某物质在两种物理或化学状态之间的可逆变化，其中至少有一个方向的转变是由光辐射引起的。发光材料被外加能量光能照射激发后能量可以直接被发光中心吸收，激活剂或杂质也可被发光材料的基质吸收。在第一种情况下，吸收或伴有激活剂电子壳层内的电子向较高能级的跃迁或电子与激活剂完全脱离及激活剂跃迁到离化态形成“空穴”。在第二种情况下，基质吸收能量时，在基质中形成空穴和电子，空穴可能沿晶体移动，并被束缚在各个发光中心上，辐射是由于电子返回到较低初始能量级或电子和离子中心空穴再结合复合所致。即当外加能量光能的粒子与发光基质的原子发生碰撞而引起它们激发电离。电离出来的自由电子具有一定的能量，又可引起其他原子的激发电离，当激发态或电离态的原子重新回到稳定态时，就引起发光，发光基质将所吸收的能量转换为光辐射。光致变色材料的应用领域较为广泛，如光致变色伪装材料，光致变色印刷板和印刷电路等。另外还有光电子学以及超分子化学等学科的蓬勃发展，光致变色材料在信息显示、传感器、超高密度光信息存储及防伪辨伪、防光等许多方面有着巨大的应用前景，因而成为材料科学领域的研究热点之一。

MoO₃是一种重要的新型半导体材料，具有电致变色、气致变色、光致变色等多种性能，可用于固体电池、气体传感器、润滑剂、染料、油漆、介质缓蚀剂等方面。其中由于MoO₃材料在一定波长光照下，材料结构与金属钼原子价态发生改变，表现出光致变色的特性，使得MoO₃在可见光区能产生均匀的吸收，显示出柔和的中性色彩，在图象显示、信息存储、可变反射率镜以及高效智能窗上都具有良好的应用前景，获得了人们广泛的关注。国内外广大的科研人员对这种新型光致变色材料开展了广泛而深入的研究。但目前对于MoO₃光致变色性能的研究大多集中在溶胶和粉体上，对于纯MoO₃薄膜光致变色性能的研究尚未见报道，为了扩大MoO₃光致变色材料的应用范围，有必要对纯MoO₃光致变色薄膜进行研究。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术的不足，提供一种光致变色MoO₃薄膜的制备方法。采用该方法制得的MoO₃薄膜光致变色效率高，并且能在常态无光的条件下褪色。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种光致变色MoO₃薄膜的制备方法，包括以下具体步骤：

(1)配制浓度为0.05～3mol/L的钼酸盐水溶液；

(2)采用离子交换法将钼酸盐水溶液制成钼酸水溶液；

(3)用盐酸将钼酸水溶液的pH值调整为0.5～2.0；

(4)在搅拌条件下向该钼酸水溶液中加入成膜剂，成膜剂与钼酸盐水溶液的体积比为1.0：1.0～2.0，然后搅拌均化形成溶胶；

(5)用所得溶胶在洁净的无机非金属基片上镀膜，干燥；

(6)将干燥后的无机非金属基片在100～200℃保温0.5～3小时，300～600℃保温1～3小时的条件下烧结。

所述钼酸盐是易溶于水，且其阳离子的强酸盐也易溶于水的钼酸盐。

上述步骤(4)中在以200～600r/min的速度搅拌下向pH值为0.5～2.0的钼酸水溶液中逐滴加入成膜剂。

所述成膜剂为数均分子量2000～5000，与水互溶且在300℃能开始分解的聚电解质。

上述步骤(4)中搅拌均化形成溶胶后，将溶胶置于暗处放置24～48小时，然后在洁净的无机非金属基片上镀膜。

上述步骤(5)中用所得溶胶在洁净的无机非金属基片上镀膜是采用浸渍提拉法将洁净的无机非金属基片浸入溶胶中，以15～25mm/s的提拉速度在基片上镀膜，镀膜时间为80～200s。

上述步骤(5)中所述干燥温度为40～80℃。

MoO₃薄膜在日光或紫外光的照射下，价带中的电子被激发到导带中，在价带中留下空穴，产生电子-空穴对，光生电子被Mo⁶⁺捕获，生成Mo⁵⁺，离子价态的转变引起色差，同时光生空穴氧化薄膜内部或表面的还原物种，如水生成质子H⁺，注入薄膜内部，也可以使得Mo⁶⁺被还原成Mo⁵⁺而产生色差。