[发明专利]一种三氧化钨纳米阵列电致变色薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜材料及其制备领域，具体涉及一种三氧化钨纳米阵列电致变色薄膜及其制备方法。

背景技术

电致变色（Electrochromics,EC）是指材料的光学性能在外加电场的作用下发生可逆变化的现象。电致变色仅需要2V左右的电压即可工作，开路状态下可以保持原有着色或褪色状态不变，因此，耗能很少。电致变色器件有望应用在建筑节能窗户、汽车防眩光后视镜、显示设备、变透过率眼镜、汽车天窗以及航天器的表面温度控制等。电致变色材料主要分为三种，即无机电致变色材料（一般是过渡金属氧化物）、有机单分子变色材料（如普鲁士蓝、紫罗精、金属酞菁类化合物等）、以及导电高分子材料（如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等）。作为一种无机电致变色材料，三氧化钨（WO₃）的研究最充分，它具有颜色纯正、化学性质稳定、与基底结合力强等优点，但传统的三氧化钨也存在着转变速度慢、着色效率低、颜色变化单一和循环寿命短的缺点。相比而言，纳米材料则具有许多传统材料所不具备的优点，如比表面积大、导电性能好使得变色迅速、光学模拟性能好、着色效率高和循环性能好等优点。

近年来，许多人致力于三氧化钨纳米薄膜材料。最常用的制备方法是电化学沉积法、水热法、磁控溅射法和热蒸发沉积等。这些方法均存在一些缺陷，例如制备的薄膜由无序随意的纳米材料组成从而使得部分电致变色材料不能充分有效地利用。因此，制备规则排列的氧化钨纳米阵列薄膜就显得十分重要。

申请公布号为CN101798117A的中国发明专利申请公开了一种高度有序三氧化钨纳米棒的制备方法，具体步骤为：将0～50毫升去离子水和0～50毫升重量百分比为36.5%～38%的市售浓盐酸混合，达到总体积为50毫升的混合液，在常温下搅拌5分钟后，然后添加0.2～4克的六氯化钨，继续搅拌5分钟后，转到100毫升的高温反应釜内；然后将清洁干净的导电玻璃导电面向上放在高温反应釜内；将高温反应釜放在恒温干燥箱中，在100℃～180℃恒温下水热反应4～20小时后，自然冷却；最后将导电玻璃从高温反应釜拿出，用去离子水冲洗后放在干燥箱内烘干即可获得三氧化钨纳米棒，该纳米棒直径为80～100nm，长度为3～6微米。虽然该技术方案能够制备有序的三氧化钨纳米棒，但是各个三氧化钨纳米棒之间结构连接性差，仍存在着转变速度慢、着色效率低和循环寿命短的缺点。

发明内容

本发明提供了一种三氧化钨纳米阵列电致变色薄膜及其制备方法，该制备方法制备的薄膜具有纳米团簇、纳米树或纳米线阵列形貌，电连接性好，薄膜具有光谱调节范围大、响应速度快和循环寿命长的优点，同时，制备工艺控制方便，制造成本较低，可以大面积生产，易于实现工业化。

一种三氧化钨纳米阵列电致变色薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1）将白钨酸溶于过氧化氢水溶液，加水配制成含钨浓度为1～5mol/L的过氧化钨酸溶液；

2）将步骤1）中的过氧化钨酸溶液涂在清洁干净的导电基底的导电面上，得到覆盖有晶种层的导电基底；

3）将钨盐溶于醇中，形成前躯体溶液，将步骤2）中的覆盖有晶种层的导电基底固定于反应釜中，将前躯体溶液加入反应釜中，在150℃～250℃反应8h～16h，取出后再在350℃～450℃热处理1h～3h，得到三氧化钨纳米阵列电致变色薄膜。

步骤1）中，作为优选，所述的白钨酸的制备包括：将盐酸与钨酸钠水溶液混合，反应后产生沉淀，过滤后得到的沉淀即为白钨酸。该方法制备的沉淀为乳白色至淡黄色胶状沉淀，为活性白钨酸，一方面有利于溶于过氧化氢水溶液，并生成过氧化钨酸溶液，另一方面，有利于在反应和热处理过程中，形成纳米团簇、纳米树或纳米线阵列形貌的三氧化钨纳米阵列电致变色薄膜，电连接性好。

进一步优选，为了能够使得活性白钨酸沉淀完全，所述的盐酸过量，即将盐酸与钨酸钠水溶液混合为：向钨酸钠水溶液中滴加盐酸，直至不产生沉淀为止。

进一步优选，为了能够使得活性白钨酸沉淀更好地沉淀，所述的盐酸可优选为浓盐酸，即所述的盐酸的浓度为5～12mol/L。

进一步优选，为了能够使得盐酸与钨酸钠水溶液更好的反应，生成活性白钨酸沉淀，对钨酸钠水溶液的浓度也有一定的要求，所述的钨酸钠水溶液中钨酸钠的浓度为0.5～2mol/L。

为了使白钨酸更好地溶于过氧化氢水溶液，对过氧化氢水溶液的浓度也有一定的要求，作为优选，所述的过氧化氢水溶液中过氧化氢的质量百分数为20%～40%，即合适的质量百分数的过氧化氢水溶液有利于白钨酸溶于过氧化氢水溶液，并进行反应。