[发明专利]一种氧化镍电致变色薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜材料领域，具体涉及一种氧化镍电致变色薄膜及其制备方法。

背景技术

以NiO、WO₃为代表的电致变色材料是目前最具有应用前景的智能材料之一。电致变色材料对光线的可逆调制作用使其既可用作护目镜、汽车的防眩镜，又可作为节能的智能玻璃，少数发达国家已将其列为新一代重点发展的节能材料；此外，电致变色材料在军事伪装、信息存储、电子显示等领域也有广阔的应用前景。阻碍电致变色材料应用的核心问题是如何提高变色速度、着色效率和循环稳定性等电致变色性能，使其达到工业化应用要求。为了提高电致变色性能，国内外在制备方法、掺杂、复合和添加保护层等方面做了大量工作，纳米化和多孔化是目前的主要研究热点。但是当前的纳米电致变色薄膜基本呈二维平面结构，电极材料和电解液的接触局限于电极材料的外表面，反应面积有限，不能显著改善NiO的电极反应动力学性能。虽然纳米多孔结构能够提供更多的反应面积，但是内孔洞结构不利于OH^-在电极之间的往返迁移，只能部分提高转换速度。此外，NiO的二维平面膜结构还导致变色效果和转换速度的矛盾关系突出。NiO的二维平面膜结构决定了电子和离子在薄膜内是由表及里的扩散，扩散时间较长，为了缩短NiO变色时间，满足电致变色器件的实用要求，需减小膜厚，但这会降低NiO薄膜的离子存储能力，减小变色效果。

发明内容

本发明提供了一种氧化镍电致变色薄膜及其制备方法，该薄膜具有纳米线阵列结构，有效地提高NiO的变色速度、着色效率和循环稳定性等电致变色性能。

一种氧化镍电致变色薄膜，为NiO纳米线阵列薄膜，其中，所述NiO纳米线的直径5～100nm，长度为50nm～5μm。

所述的氧化镍电致变色薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚苯乙烯(PMMA-b-PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶解于甲苯形成聚合物总质量百分比为0.5～20％的溶液，其中，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的质量为聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚苯乙烯(PMMA-b-PS)的质量的1～50％；

(2)将步骤(1)得到的溶液旋涂到清洗过的ITO(Indium-Tin Oxide，氧化铟锡)玻璃上，旋涂速度为300～1000rpm，旋涂时间为10～120s；旋涂完成后，将ITO玻璃转移至处于室温下饱和丙酮气氛的密闭容器中保持1～5小时，取出后在空气中再放置1～5小时，之后浸入醋酸溶液1～10min，再去离子水洗，在ITO玻璃上获得聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚苯乙烯(PMMA-b-PS)嵌段共聚物纳米多孔模板；

(3)以ITO/聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚苯乙烯纳米多孔模板为工作电极，Pt电极为对电极，Ag/AgCl为参比电极，由0.1～2摩尔/升的Ni(NO₃)₂和0.01～0.2摩尔/升的NaNO₃组成的水溶液为电解液，在0.2～2mA cm^-2的恒定电流下，通过阴极电沉积法在所述工作电极上生长前驱物Ni(OH)₂纳米线阵列；电沉积120～1200s后，将所述工作电极取出，经去离子水清洗干净后置于甲苯溶液溶解去除聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚苯乙烯(PMMA-b-PS)模板，在ITO玻璃上得到前驱物Ni(OH)₂纳米线阵列；

(4)将步骤(3)得到的有前驱物Ni(OH)₂纳米线阵列的ITO玻璃在空气气氛下在300～400℃煅烧1～3小时，在ITO玻璃上得到NiO纳米线阵列薄膜，其中，NiO纳米线的直径为5～100nm，长度为50nm～5μm。

步骤(1)中，优选采用平均分子量小于300000的聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚苯乙烯和平均分子量小于300000的聚甲基丙烯酸甲酯，最优选采用平均分子量为263000的聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚苯乙烯和平均分子量为15000的聚甲基丙烯酸甲酯。

步骤(2)中，所述的清洗过的ITO玻璃，是通过以下步骤得到的：将ITO玻璃首先用氯仿清洗30分钟，然后用体积比为1∶1的异丙醇和丙酮的混合溶液超声波清洗，再用无水乙醇超声波清洗，最后去离子水清洗干净，干燥。

步骤(3)中，优选由0.9摩尔/升的Ni(NO₃)₂和0.08摩尔/升的NaNO₃组成的水溶液为电解液。