CN104962969B - 一种三维电致变色氧化镍薄膜的制备方法 - Google Patents

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一种三维电致变色氧化镍薄膜的制备方法，涉及一种氧化镍薄膜的制备方法。本发明的目的是要解决现有的氧化镍着色效率低、调制范围窄和响应时间长的技术问题。本发明：一、清洗玻璃基片；二、制备模板；三、电化学沉积薄膜；四、退火。本发明的有益效果：1、本发明所得到的氧化镍三维有序结构的孔隙大小可通过调节组成模板的聚苯乙烯微球的粒径进行调节，调节方式便捷且易于实施；2、本发明所得到的氧化镍三维有序结构比表面积大，并提供有序的离子扩散通道，提高氧化还原反应效率并缩短离子的嵌入脱出时间；3、本发明方法不需要大型仪器与贵重药品的支持，成本低廉，并且该制备方法简便，易于操作，便于实施。

Description

一种三维电致变色氧化镍薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种氧化镍薄膜的制备方法。
背景技术
材料的光学性能，如透过率、吸收率、反射率等在外电场的作用下可以发生稳定可逆变化的现象被称为电致变色现象，具备电致变色性能的材料被称为电致变色材料。电致变色材料在许多领域都有着十分重要的应用，如利用电致变色材料制备的防眩目后视镜，可以自动调节反射光的强度从而达到防治强光炫目的效果；将其应用在显示器领域所制备的电致变色显示器不需要背光灯，只要屏幕显示的内容不变就无需耗电，这会节约大量的电能；利用其制备的电致变色智能窗，可以通过需要自动调节对外部环境的热响应，使得室内保持冬暖夏凉的同时减少能量消耗。
无机电致变色材料大多数为过渡族金属氧化物，按照其变色特性可以将其分为阳极变色材料和阴极变色材料。阳极变色材料在还原态时为褪色态，氧化态时呈着色态，阴极变色材料反之。氧化镍是阳极变色材料的典型代表，但是氧化镍着色效率低、调制范围窄和响应时间长等固有缺陷限制了它的应用。
发明内容
本发明的目的是要解决现有的氧化镍着色效率低、调制范围窄和响应时间长的技术问题，而提供一种三维电致变色氧化镍薄膜的制备方法。
本发明的一种三维电致变色氧化镍薄膜的制备方法是按以下步骤进行的：
一、清洗玻璃基片：将玻璃基片依次用三氯乙烯、丙酮和乙醇各超声清洗5min～10min，然后用去离子水清洗玻璃基片，最后用氮气吹干，得到干净的玻璃基片；所述的玻璃基片为ITO玻璃基片或FTO玻璃基片；
二、制备模板：将步骤一得到的干净的玻璃基片置于质量浓度为0.2％～0.8％的聚苯乙烯微球水溶液中，放入恒温培养箱中，在温度为40℃～80℃的条件下培育3天～6天，得到聚苯乙烯微模板；
三、电化学沉积薄膜：用步骤二得到的聚苯乙烯微模板作为工作电极，Ag/AgCl作为参比电极，铂片作为对电极，在CHI660C电化学工作站的电解液中进行恒电位沉积500s～1500s，得到带有聚苯乙烯微模板的NiS薄膜；所述电解液是将氯化镍与硫代硫酸钠一起溶于去离子水中，均匀混合得到的，并且电解液中氯化镍的浓度为0.1mol/L～1mol/L，硫代硫酸钠的浓度为0.1mol/L～1mol/L；所述的恒电位沉积的电压为0.5V～1.0V；
四、退火：将步骤三得到的带有聚苯乙烯微模板的NiS薄膜放入甲苯中浸泡24h～48h，然后在温度为300℃～500℃的条件下退火1h～3h，得到三维电致变色氧化镍薄膜。
本发明使用模板法制备了氧化镍三维有序结构，该结构的氧化镍与传统的致密的氧化镍薄膜相比有以下优点：
一、本发明制备的氧化镍三维有序结构具有更大的比表面积，可使电致变色过程中的氧化还原反应进行的更为充分，可使氧化镍的着色效率与变色范围得到提高；
二、本发明制备的氧化镍三维有序结构可为电解质离子增加有序的离子扩散通道，缩短离子的扩散路径，这有利于离子在电场下的快速嵌入和脱出，可以大大缩短变色过程的响应时间；并且该种方法不需要依托大型仪器设备，加工成本低廉，加工工艺便捷，对提高电致变色氧化镍薄膜的进一步应用有很大的促进作用。
本发明涉及的反应机理如下：
Na2S2O3→2Na++S2O3 2-，由于S2O3 2-是还原剂，2S2O3 2-→S4O6 2-+2e-，在酸性介质中，S2O3 2-会发生分解，S2O3 2-+2H+→H2SO3+S，硫单质与反应产生的电子发生反应，S+2e-→S2-；
氧化镍按照以下方程生成，
Ni2++S2-→NiS
NiS在空气中退火即可得到NiO
2NiS+3O2→2NiO+2SO2
本发明的有益效果：
1、本发明所得到的氧化镍三维有序结构的孔隙大小可通过调节组成模板的聚苯乙烯微球的粒径进行调节，调节方式便捷且易于实施；
2、本发明所得到的氧化镍三维有序结构的电致变色性能与传统的电沉积得到的致密薄膜相比，比表面积增大，并提供有序的离子扩散通道，这可以提高氧化还原反应效率并缩短离子的嵌入脱出时间，这对于电致变色性能的提高是有利的；
3、本发明所涉及的制备方法不需要大型仪器与贵重药品的支持，成本低廉，并且该制备方法简便，易于操作，便于实施。
附图说明
图1为试验一中步骤三的电化学沉积薄膜的示意图；
图2为试验一中步骤四得到的带有聚苯乙烯微模板的NiS薄膜的示意图；
图3为试验一中制备的三维电致变色氧化镍薄膜的示意图；
图4是试验一中步骤二得到的聚苯乙烯微模板的SEM图；
图5为试验一中制备的三维电致变色氧化镍薄膜的SEM图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式为一种三维电致变色氧化镍薄膜的制备方法，具体是按以下步骤进行的：
一、清洗玻璃基片：将玻璃基片依次用三氯乙烯、丙酮和乙醇各超声清洗5min～10min，然后用去离子水清洗玻璃基片，最后用氮气吹干，得到干净的玻璃基片；所述的玻璃基片为ITO玻璃基片或FTO玻璃基片；
二、制备模板：将步骤一得到的干净的玻璃基片置于质量浓度为0.2％～0.8％的聚苯乙烯微球水溶液中，放入恒温培养箱中，在温度为40℃～80℃的条件下培育3天～6天，得到聚苯乙烯微模板；
三、电化学沉积薄膜：用步骤二得到的聚苯乙烯微模板作为工作电极，Ag/AgCl作为参比电极，铂片作为对电极，在CHI660C电化学工作站的电解液中进行恒电位沉积500s～1500s，得到带有聚苯乙烯微模板的NiS薄膜；所述电解液是将氯化镍与硫代硫酸钠一起溶于去离子水中，均匀混合得到的，并且电解液中氯化镍的浓度为0.1mol/L～1mol/L，硫代硫酸钠的浓度为0.1mol/L～1mol/L；所述的恒电位沉积的电压为0.5V～1.0V；
四、退火：将步骤三得到的带有聚苯乙烯微模板的NiS薄膜放入甲苯中浸泡24h～48h，然后在温度为300℃～500℃的条件下退火1h～3h，得到三维电致变色氧化镍薄膜。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中将步骤一得到的干净的玻璃基片置于质量浓度为0.4％～0.6％的聚苯乙烯微球水溶液中，放入恒温培养箱中，在温度为40℃的条件下培育5天，得到聚苯乙烯微模板。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：步骤三所述的电解液中氯化镍的浓度为0.5mol/L。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三的不同点是：步骤三所述的电解液中硫代硫酸钠的浓度为0.5mol/L。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四的不同点是：步骤三所述的恒电位沉积的电压为0.75V。其他与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五的不同点是：步骤三中在CHI660C电化学工作站的电解液中进行恒电位沉积1000s，得到带有聚苯乙烯微模板的NiS薄膜。其他与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六的不同点是：步骤四中将步骤三得到的带有聚苯乙烯微模板的NiS薄膜放入甲苯中浸泡24h，然后在温度为400℃的条件下退火1h，得到三维电致变色氧化镍薄膜。其他与具体实施方式一至六相同。
通过以下试验验证本发明的有益效果：
试验一：本试验为一种三维电致变色氧化镍薄膜的制备方法，具体是按以下步骤进行的：
一、清洗玻璃基片：将玻璃基片依次用三氯乙烯、丙酮和乙醇各超声清洗10min，然后用去离子水清洗玻璃基片，最后用氮气吹干，得到干净的玻璃基片；所述的玻璃基片为ITO玻璃基片；
二、制备模板：将步骤一得到的干净的玻璃基片置于质量浓度为0.2％的聚苯乙烯微球水溶液中，放入恒温培养箱中，在温度为40℃的条件下培育5天，得到聚苯乙烯微模板；
三、电化学沉积薄膜：用步骤二得到的聚苯乙烯微模板作为工作电极，Ag/AgCl作为参比电极，铂片作为对电极，在CHI660C电化学工作站的电解液中进行恒电位沉积1000s，得到带有聚苯乙烯微模板的NiS薄膜；所述电解液是将氯化镍与硫代硫酸钠一起溶于去离子水中，均匀混合得到的，并且电解液中氯化镍的浓度为0.1mol/L，硫代硫酸钠的浓度为0.5mol/L；所述的恒电位沉积的电压为0.75V；
四、退火：将步骤三得到的带有聚苯乙烯微模板的NiS薄膜放入甲苯中浸泡24h，然后在温度为400℃的条件下退火1h，得到三维电致变色氧化镍薄膜。
图1为试验一中步骤三的电化学沉积薄膜的示意图；
图2为试验一中步骤四得到的带有聚苯乙烯微模板的NiS薄膜的示意图；
图3为试验一中制备的三维电致变色氧化镍薄膜的示意图；
图4是本试验步骤二得到的聚苯乙烯微模板的SEM图，从图中可以看出微球粒径基本一致，并且分布均匀；
图5为本试验制备的三维电致变色氧化镍薄膜的SEM图，从图中可以看出聚苯乙烯微模板已经全部去除，该三维有序结构氧化镍薄膜虽部分呈现失连状态，但整体连续性较好，表明本发明的模板法制备三维有序结构氧化镍薄膜的方法可行。

Claims (7)

1.一种三维电致变色氧化镍薄膜的制备方法，其特征在于三维电致变色氧化镍薄膜的制备方法是按以下步骤进行的：
一、清洗玻璃基片：将玻璃基片依次用三氯乙烯、丙酮和乙醇各超声清洗5min～10min，然后用去离子水清洗玻璃基片，最后用氮气吹干，得到干净的玻璃基片；所述的玻璃基片为ITO玻璃基片或FTO玻璃基片；
二、制备模板：将步骤一得到的干净的玻璃基片置于质量浓度为0.2％～0.8％的聚苯乙烯微球水溶液中，放入恒温培养箱中，在温度为40℃～80℃的条件下培育3天～6天，得到聚苯乙烯微模板；
三、电化学沉积薄膜：用步骤二得到的聚苯乙烯微模板作为工作电极，Ag/AgCl作为参比电极，铂片作为对电极，在CHI660C电化学工作站的电解液中进行恒电位沉积500s～1500s，得到带有聚苯乙烯微模板的NiS薄膜；所述电解液是将氯化镍与硫代硫酸钠一起溶于去离子水中，均匀混合得到的，并且电解液中氯化镍的浓度为0.1mol/L～1mol/L，硫代硫酸钠的浓度为0.1mol/L～1mol/L；所述的恒电位沉积的电压为0.5V～1.0V；
四、退火：将步骤三得到的带有聚苯乙烯微模板的NiS薄膜放入甲苯中浸泡24h～48h，然后在温度为300℃～500℃的条件下退火1h～3h，得到三维电致变色氧化镍薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种三维电致变色氧化镍薄膜的制备方法，其特征在于步骤二中将步骤一得到的干净的玻璃基片置于质量浓度为0.4％～0.6％的聚苯乙烯微球水溶液中，放入恒温培养箱中，在温度为40℃的条件下培育5天，得到聚苯乙烯微模板。
3.根据权利要求1所述的一种三维电致变色氧化镍薄膜的制备方法，其特征在于步骤三所述的电解液中氯化镍的浓度为0.5mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种三维电致变色氧化镍薄膜的制备方法，其特征在于步骤三所述的电解液中硫代硫酸钠的浓度为0.5mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种三维电致变色氧化镍薄膜的制备方法，其特征在于步骤三所述的恒电位沉积的电压为0.75V。
6.根据权利要求1所述的一种三维电致变色氧化镍薄膜的制备方法，其特征在于步骤三中在CHI660C电化学工作站的电解液中进行恒电位沉积1000s，得到带有聚苯乙烯微模板的NiS薄膜。
7.根据权利要求1所述的一种三维电致变色氧化镍薄膜的制备方法，其特征在于步骤四中将步骤三得到的带有聚苯乙烯微模板的NiS薄膜放入甲苯中浸泡24h，然后在温度为400℃的条件下退火1h，得到三维电致变色氧化镍薄膜。
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