CN105549291A - 一种能够自由调节透明度的高压开关柜 - Google Patents

一种能够自由调节透明度的高压开关柜 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种能够自由调节透明度的高压开关柜，该高压开关柜柜体为基于电致变色器件，通过调节电致变色器件的电流大小，利用电致变色的原理实现柜体的透光率调节，可以方便查看柜体内部工作情况；该电致变色器件采用固态互补型结构，电致变色材料分别为氧化钨和氧化镍材料，通过结构以及材料制备工艺的优化，提高了器件的灵敏度及着色效率，变色与褪色速率快，使得该高压开关柜柜体在着色态光透过率大大减小，并且增大了光调节范围，实现柜体的连续快速可调功能，且使用简单、方便，利于工业化生产。

Description

一种能够自由调节透明度的高压开关柜
技术领域
本发明涉及开关柜领域，具体涉及一种能够自由调节透明度的高压开关柜。
背景技术
高压开关柜是指用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用，高压开关柜按作电压等级在3.6kV～550kV的电器产品，高压隔离开关与接地开关、高压负荷开关、高压自动重合与分段器，高压操作机构、高压防爆配电装置和高压开关柜等几大类。
然而，高压开关柜在工作时，一般不具备随时查看内部工作情况的功能。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的上述不足之处而提供一种能够自由调节透明度的高压开关柜。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
本发明提供一种能够自由调节透明度的高压开关柜，该高压开关柜柜体为基于电致变色器件，通过调节电致变色器件的电流大小，利用电致变色的原理实现柜体的透光率调节，可以方便查看柜体内部工作情况；该电致变色器件采用固态互补型结构，电致变色材料分别为氧化钨和氧化镍材料，通过结构以及材料制备工艺的优化，提高了器件的灵敏度及着色效率，变色与褪色速率快，使得该高压开关柜柜体在着色态光透过率大大减小，并且增大了光调节范围，实现柜体的连续快速可调功能，且使用简单、方便，利于工业化生产。
所述高压开关柜柜体框架上安装有电致变色器件，此外还设置有与电致变色器件串联的电源模块和控制模块；该电源模块提供电致变色器件的工作电源；该控制模块通过调节电路中电流大小，以达到控制电致变色器件透光率的目的；所述电致变色器件采用固态互补型电致变色器件结构，电致变色材料分别为氧化钨和氧化镍材料；所述电致变色器件沿厚度方向从上到下依次由以下薄膜构成：ITO玻璃基底(1)、WO3多孔薄膜(2)、MnO2辣根过氧化物酶薄膜(7)、WO3纳米线薄膜(3)、固态电解质(4)、Au纳米粒子薄膜(5)、NiO多孔薄膜(6)以及ITO玻璃基底(1)；所述Au纳米粒子薄膜厚度为4nm。
优选地，所述电致变色器件的制备方法如下：
步骤一，制备电致变色层WO3纳米薄膜：a)首先，取一定尺寸ITO玻璃基底(1)，经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，放入磁控溅射仪中，在本底真空低于1.5×10-3Pa、溅射电流为1.8A条件下，磁控溅射时间20min，得到900nm的W膜；b)然后，以镀有W膜的ITO玻璃为阳极，铂片为阴极，在0.2wt.％的NaF溶液中进行阳极氧化处理，电压为50V，时间为30min，阳极氧化处理后用去离子水清洗，得到具有多孔结构的W膜；c)在经过阳极氧化处理的ITO玻璃表面磁控溅射一层5nm的Ni膜作催化剂，将该ITO玻璃放入CVD管式炉中，在氩气和氢气作用下，400℃保温4h，生长WO3纳米线薄膜(3)，同时多孔W膜被氧化为WO3多孔薄膜(2)；
步骤二，制备MnO2辣根过氧化物酶薄膜(7)：将层状MnO2分散在四甲基氢氧化铵的水溶液中，于室温下搅拌后离心，得到的上清液为MnO2纳米片溶胶；将等体积的MnO2纳米片溶胶与HRP溶液5g/L的辣根过氧化物酶基溶液充分混匀后，用微量加样器将10μLMnO2纳米片溶胶与HRP混合溶液滴加于WO3多孔薄膜表面，干燥后即在WO3多孔薄膜表面得到MnO2辣根过氧化物酶薄膜(7)；
步骤三，制备离子存储层NiO多孔薄膜(6)：a)在500ml烧杯中将0.16mol硫酸镍、0.1mol高氯酸锂、0.03mol过硫酸钾溶于400ml去离子水,形成深绿色溶液，取一定尺寸ITO玻璃为基底，ITO玻璃背面用胶带封住,竖直放立在烧杯中,在300rpm的搅拌下将40ml氨水(25～28％)倒入,沉积时间为10min，取出后用去离子水冲洗干净,在80℃烘箱中干燥后,在200℃氢气保护下热处理2h，得到NiO薄膜；b)采用步骤一b中的阳极氧化法处理NiO薄膜，电压为30V，时间为25min，得到NiO多孔薄膜(6)；c)将带有多孔结构NiO薄膜的ITO玻璃放入喷金仪中，喷镀Au纳米粒子薄膜(5)；
步骤四，制备溶胶型固态电解质(4)：室温下,先将0.2mol柠檬酸溶解在100ml无水乙醇中,再加入0.1mol正硅酸乙酯,然后加入5g碳酸锂和8g尿素并充分溶解,最后加入20g乙二醇以促进聚合反应的进行，将所得无色透明溶液加热到60O℃保温一定时间获得溶胶,溶胶的粘度随保温时间的延长而增大；
步骤五，组装电致变色器件：将镀有NiO薄膜的ITO玻璃和镀有WO3薄膜的ITO玻璃相对放置，中间用绝缘体隔开，绝缘体厚度约1mm，边缘用环氧树脂密封，留一小孔用来注射电解液；然后将粘度约35cps的溶胶用注射器注入到两片ITO玻璃之间，将器件在80℃保温24h使溶胶聚合并完全固化，得到固态互补型电致变色器件。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1.结构方面：采用互补型电致变色器件结构，电致变色材料分别为氧化钨和氧化镍材料，在着色态，光透过率大大减小，增大了光调节范围；氧化镍薄膜同时作为离子存储层和变色层，简化了器件结构；
2.WO3电致变色薄膜为多孔结构与纳米线结合，极大的增加了该材料的比表面积，有利于减小着色的响应时间，此外，在WO3多孔薄膜表面制备有MnO2辣根过氧化物酶薄膜，增强了电致变色器件的灵敏度，进而可以大大降低该高压开关柜透光率调节的反应时间；
3.NiO薄膜为多孔结构结合Au纳米粒子，Au纳米粒子对NiO薄膜的着色起到催化作用，大大提高其着色效率，使得该高压开关柜达到快速调节透光率的目的。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明电致变色器件的结构示意图。其中，1-ITO玻璃基底，2-WO3多孔薄膜，3-WO3纳米线薄膜，4-固态电解质，5-Au纳米薄膜，6-NiO多孔薄膜，7-MnO2辣根过氧化物酶薄膜。
具体实施方式
电致变色现象是指材料的光学属性(吸收率、透过率、反射率等)在外加电场的作用下发生稳定、可逆变化的现象，外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。其实质是一种化学可逆的反应过程。
电致变色材料是一种新型的节能材料，为节能环保提供了一种新的途径。其在低能耗显示、电子纸、智能窗户等领域具有应用潜力，譬如在智能窗领域，根据环境温度、日照等情况，其可以调节玻璃的光学性能，起到节约室内能源消耗的作用。
许多物质在受热、光照、外加电场等作用下，其颜色会发生变化，产生致色象。无机电致变色材料以过渡金属氧化物为主，其中三氧化钨是一种重要阴极电致变色材料，具有着色效率高、响应时间短、循环次数高等优点。三氧化钨薄膜有非晶态和晶态两种类型，非晶态三氧化钨薄膜的着色效率高、颜色转化快，但其结构松散，化学稳定性差，晶态三氧化钨结构紧密，化学稳定性好，但其着色效率和响应时间表现不如非晶态三氧化钨，然而，研究发现三氧化钨的电致变色性能很大程度上取决于其表面形貌与晶体结构。
氧化镍是一种典型的阳极电致变色材料。氧化镍由于其褪色态比较透明，着色态具有柔和的中性颜色(灰色)，接近于人眼对光波的敏感波段，并且作为阳极着色材料，可与氧化钨等组成互补型电致变色器件。
电致变色器件的结构一般为三明治结构，主要包括：透明导电层、电致变色层、离子导电层、离子存储层和透明导电层。透明导电层的作用是在电化学反应中为电致变色材料提供电子的导体，一般使用掺锡氧化铟(ITO)薄膜或掺氟氧化锡(FTO)薄膜；电致变色层是器件的核心层，主要以电致变色薄膜的形式出现，包括有机和无机电致变色材料；离子导体层即为电解质层，提供电致变色器件正常工作时传导离子、电子的通道；离子存储层又称对电极层，主要作用是存储和提供电致变色所需的离子，起到平衡电荷的作用。
电致变色器件的工作原理为：在两个透明导电层之间加上一定的电压，在外加电压作用下，电子和离子共同注入电致变色层，并使其发生氧化还原的电化学反应而着色，离子存储层在电致变色材料发生氧化还原反应时起到储存相应的反离子，保持整个体系的电荷平衡的作用，当施加反向电压时，电子和离子从着色的电致变色层内抽出而使其褪色。
针对现有电致变色器件光调节范围小、着色速率低和循环寿命短等问题，本发明基于三氧化钨纳米材料，同时结合氧化镍纳米材料设计互补型电致变色器件。以氧化钨纳米线薄膜作为阳极电致变色材料，氧化镍纳米薄膜作为阴极电致变色材料，同时掺杂Au纳米粒子，制备多孔结构。
一种能够自由调节透明度的高压开关柜，该高压开关柜柜体为基于电致变色器件，通过调节电致变色器件的电流大小，利用电致变色的原理实现柜体的透光率调节，可以方便查看柜体内部工作情况；该电致变色器件采用固态互补型结构，电致变色材料分别为氧化钨和氧化镍材料，通过结构以及材料制备工艺的优化，提高了器件的灵敏度及着色效率，变色与褪色速率快，使得该高压开关柜柜体在着色态光透过率大大减小，并且增大了光调节范围，实现柜体的连续快速可调功能，且使用简单、方便，利于工业化生产。
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明电致变色器件的结构示意图。
其中，1-ITO玻璃基底，2-WO3多孔薄膜，3-WO3纳米线薄膜，4-固态电解质，5-Au纳米薄膜，6-NiO多孔薄膜，7-MnO2辣根过氧化物酶薄膜。
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1：
本发明的实施例所提供的一种能够自由调节透明度的高压开关柜，该高压开关柜柜体为基于电致变色器件，通过调节电致变色器件的电流大小，利用电致变色的原理实现柜体的透光率调节，可以方便查看柜体内部工作情况；该电致变色器件采用固态互补型结构，电致变色材料分别为氧化钨和氧化镍材料，通过结构以及材料制备工艺的优化，提高了器件的灵敏度及着色效率，变色与褪色速率快，使得该高压开关柜柜体在着色态光透过率大大减小，并且增大了光调节范围，实现柜体的连续快速可调功能，且使用简单、方便，利于工业化生产。
所述高压开关柜柜体框架上安装有电致变色器件，此外还设置有与电致变色器件串联的电源模块和控制模块；该电源模块提供电致变色器件的工作电源；该控制模块通过调节电路中电流大小，以达到控制电致变色器件透光率的目的；所述电致变色器件采用固态互补型电致变色器件结构，电致变色材料分别为氧化钨和氧化镍材料；所述电致变色器件沿厚度方向从上到下依次由以下薄膜构成：ITO玻璃基底(1)、WO3多孔薄膜(2)、MnO2辣根过氧化物酶薄膜(7)、WO3纳米线薄膜(3)、固态电解质(4)、Au纳米粒子薄膜(5)、NiO多孔薄膜(6)以及ITO玻璃基底(1)；所述Au纳米粒子薄膜厚度为4nm。
优选地，所述电致变色器件的制备方法如下：
步骤一，制备电致变色层WO3纳米薄膜：a)首先，取一定尺寸ITO玻璃基底(1)，经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，放入磁控溅射仪中，在本底真空低于1.5×10-3Pa、溅射电流为1.8A条件下，磁控溅射时间20min，得到900nm的W膜；b)然后，以镀有W膜的ITO玻璃为阳极，铂片为阴极，在0.7wt.％的NaF溶液中进行阳极氧化处理，电压为50V，时间为30min，阳极氧化处理后用去离子水清洗，得到具有多孔结构的W膜；c)在经过阳极氧化处理的ITO玻璃表面磁控溅射一层5nm的Ni膜作催化剂，将该ITO玻璃放入CVD管式炉中，在氩气和氢气作用下，400℃保温5h，生长WO3纳米线薄膜(3)，同时多孔W膜被氧化为WO3多孔薄膜(2)；
步骤二，制备MnO2辣根过氧化物酶薄膜(7)：将层状MnO2分散在四甲基氢氧化铵的水溶液中，于室温下搅拌后离心，得到的上清液为MnO2纳米片溶胶；将等体积的MnO2纳米片溶胶与HRP溶液5g/L的辣根过氧化物酶基溶液充分混匀后，用微量加样器将10μLMnO2纳米片溶胶与HRP混合溶液滴加于WO3多孔薄膜表面，干燥后即在WO3多孔薄膜表面得到MnO2辣根过氧化物酶薄膜(7)；
步骤三，制备离子存储层NiO多孔薄膜(6)：a)在500ml烧杯中将0.16mol硫酸镍、0.1mol高氯酸锂、0.03mol过硫酸钾溶于400ml去离子水,形成深绿色溶液，取一定尺寸ITO玻璃为基底，ITO玻璃背面用胶带封住,竖直放立在烧杯中,在300rpm的搅拌下将40ml氨水(25～28％)倒入,沉积时间为10min，取出后用去离子水冲洗干净,在80℃烘箱中干燥后,在200℃氢气保护下热处理2h，得到NiO薄膜；b)采用步骤一b中的阳极氧化法处理NiO薄膜，电压为30V，时间为25min，得到NiO多孔薄膜(6)；c)将带有多孔结构NiO薄膜的ITO玻璃放入喷金仪中，喷镀Au纳米粒子薄膜(5)；
步骤四，制备溶胶型固态电解质(4)：室温下,先将0.2mol柠檬酸溶解在100ml无水乙醇中,再加入0.1mol正硅酸乙酯,然后加入5g碳酸锂和8g尿素并充分溶解,最后加入20g乙二醇以促进聚合反应的进行，将所得无色透明溶液加热到60O℃保温一定时间获得溶胶,溶胶的粘度随保温时间的延长而增大；
步骤五，组装电致变色器件：将镀有NiO薄膜的ITO玻璃和镀有WO3薄膜的ITO玻璃相对放置，中间用绝缘体隔开，绝缘体厚度约1mm，边缘用环氧树脂密封，留一小孔用来注射电解液；然后将粘度约35cps的溶胶用注射器注入到两片ITO玻璃之间，将器件在80℃保温24h使溶胶聚合并完全固化，得到固态互补型电致变色器件。
器件的电致变色性能测试：
将两片ITO玻璃外接导线，分别使镀有WO3薄膜、NiO薄膜的ITO玻璃外接测试电路正极、负极，采用循环伏安测试，扫描速率为30mV/s。当在器件所加电压从+3V到-3V时，器件的颜色从透明变为不透明，并且颜色随负压增大而变深；在褪色态，该器件在550nm处的透过率约80％，在着色态该器件的透过率约19％，表现良好的透过率可控性，其变色效率为93cm2C-1；器件的着色响应时间约15s，褪色响应时间约14s；通过将器件进行长时间的计时电流测试并通过对比其峰值电流，测试其循环寿命，得到该器件循环3000次后，衰减率为12％，稳定性好。
通过测试，该高压开关柜柜体上电致变色器件的灵敏度及着色效率较高，变色与褪色速率快，在着色态光透过率大大减小，并且增大了光调节范围，方便使用者调节该高压开关柜的透光率，进而可以根据需要，随时查看高压开关柜柜体内部的情况，起到随时监控、节约能源、方便使用的目的。
实施例2：
本发明的实施例所提供的一种能够自由调节透明度的高压开关柜，该高压开关柜柜体为基于电致变色器件，通过调节电致变色器件的电流大小，利用电致变色的原理实现柜体的透光率调节，可以方便查看柜体内部工作情况；该电致变色器件采用固态互补型结构，电致变色材料分别为氧化钨和氧化镍材料，通过结构以及材料制备工艺的优化，提高了器件的灵敏度及着色效率，变色与褪色速率快，使得该高压开关柜柜体在着色态光透过率大大减小，并且增大了光调节范围，实现柜体的连续快速可调功能，且使用简单、方便，利于工业化生产。
所述高压开关柜柜体框架上安装有电致变色器件，此外还设置有与电致变色器件串联的电源模块和控制模块；该电源模块提供电致变色器件的工作电源；该控制模块通过调节电路中电流大小，以达到控制电致变色器件透光率的目的；所述电致变色器件采用固态互补型电致变色器件结构，电致变色材料分别为氧化钨和氧化镍材料；所述电致变色器件沿厚度方向从上到下依次由以下薄膜构成：ITO玻璃基底(1)、WO3多孔薄膜(2)、MnO2辣根过氧化物酶薄膜(7)、WO3纳米线薄膜(3)、固态电解质(4)、Au纳米粒子薄膜(5)、NiO多孔薄膜(6)以及ITO玻璃基底(1)；所述Au纳米粒子薄膜厚度为5nm。
优选地，所述电致变色器件的制备方法如下：
步骤一，制备电致变色层WO3纳米薄膜：a)首先，取一定尺寸ITO玻璃基底(1)，经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，放入磁控溅射仪中，在本底真空低于1.5×10-3Pa、溅射电流为1.8A条件下，磁控溅射时间20min，得到930nm的W膜；b)然后，以镀有W膜的ITO玻璃为阳极，铂片为阴极，在0.3wt.％的NaF溶液中进行阳极氧化处理，电压为50V，时间为30min，阳极氧化处理后用去离子水清洗，得到具有多孔结构的W膜；c)在经过阳极氧化处理的ITO玻璃表面磁控溅射一层7nm的Ni膜作催化剂，将该ITO玻璃放入CVD管式炉中，在氩气和氢气作用下，490℃保温4.5h，生长WO3纳米线薄膜(3)，同时多孔W膜被氧化为WO3多孔薄膜(2)；
步骤二，制备MnO2辣根过氧化物酶薄膜(7)：将层状MnO2分散在四甲基氢氧化铵的水溶液中，于室温下搅拌后离心，得到的上清液为MnO2纳米片溶胶；将等体积的MnO2纳米片溶胶与HRP溶液5g/L的辣根过氧化物酶基溶液充分混匀后，用微量加样器将10μLMnO2纳米片溶胶与HRP混合溶液滴加于WO3多孔薄膜表面，干燥后即在WO3多孔薄膜表面得到MnO2辣根过氧化物酶薄膜(7)；
步骤三，制备离子存储层NiO多孔薄膜(6)：a)在500ml烧杯中将0.16mol硫酸镍、0.1mol高氯酸锂、0.45mol过硫酸钾溶于450ml去离子水,形成深绿色溶液，取一定尺寸ITO玻璃为基底，ITO玻璃背面用胶带封住,竖直放立在烧杯中,在300rpm的搅拌下将40ml氨水(25～28％)倒入,沉积时间为10min，取出后用去离子水冲洗干净,在80℃烘箱中干燥后,在200℃氢气保护下热处理2h，得到NiO薄膜；b)采用步骤一b中的阳极氧化法处理NiO薄膜，电压为30V，时间为25min，得到NiO多孔薄膜(6)；c)将带有多孔结构NiO薄膜的ITO玻璃放入喷金仪中，喷镀Au纳米粒子薄膜(5)；
步骤四，制备溶胶型固态电解质(4)：室温下,先将0.2mol柠檬酸溶解在100ml无水乙醇中,再加入0.1mol正硅酸乙酯,然后加入2.5g碳酸锂和8g尿素并充分溶解,最后加入20g乙二醇以促进聚合反应的进行，将所得无色透明溶液加热到60O℃保温一定时间获得溶胶,溶胶的粘度随保温时间的延长而增大；
步骤五，组装电致变色器件：将镀有NiO薄膜的ITO玻璃和镀有WO3薄膜的ITO玻璃相对放置，中间用绝缘体隔开，绝缘体厚度约1mm，边缘用环氧树脂密封，留一小孔用来注射电解液；然后将粘度约35cps的溶胶用注射器注入到两片ITO玻璃之间，将器件在80℃保温24h使溶胶聚合并完全固化，得到固态互补型电致变色器件。
器件的电致变色性能测试：
将两片ITO玻璃外接导线，分别使镀有WO3薄膜、NiO薄膜的ITO玻璃外接测试电路正极、负极，采用循环伏安测试，扫描速率为30mV/s。当在器件所加电压从+3V到-3V时，器件的颜色从透明变为不透明，并且颜色随负压增大而变深；在褪色态，该器件在550nm处的透过率约80％，在着色态该器件的透过率约21％，表现良好的透过率可控性，其变色效率为73cm2C-1；器件的着色响应时间约9s，褪色响应时间约11s；通过将器件进行长时间的计时电流测试并通过对比其峰值电流，测试其循环寿命，得到该器件循环3000次后，衰减率为19％，稳定性好。
通过测试，该高压开关柜柜体上电致变色器件的灵敏度及着色效率较高，变色与褪色速率快，在着色态光透过率大大减小，并且增大了光调节范围，方便使用者调节该高压开关柜的透光率，进而可以根据需要，随时查看高压开关柜柜体内部的情况，起到随时监控、节约能源、方便使用的目的。
实施例3：
本发明的实施例所提供的一种能够自由调节透明度的高压开关柜，该高压开关柜柜体为基于电致变色器件，通过调节电致变色器件的电流大小，利用电致变色的原理实现柜体的透光率调节，可以方便查看柜体内部工作情况；该电致变色器件采用固态互补型结构，电致变色材料分别为氧化钨和氧化镍材料，通过结构以及材料制备工艺的优化，提高了器件的灵敏度及着色效率，变色与褪色速率快，使得该高压开关柜柜体在着色态光透过率大大减小，并且增大了光调节范围，实现柜体的连续快速可调功能，且使用简单、方便，利于工业化生产。
所述高压开关柜柜体框架上安装有电致变色器件，此外还设置有与电致变色器件串联的电源模块和控制模块；该电源模块提供电致变色器件的工作电源；该控制模块通过调节电路中电流大小，以达到控制电致变色器件透光率的目的；所述电致变色器件采用固态互补型电致变色器件结构，电致变色材料分别为氧化钨和氧化镍材料；所述电致变色器件沿厚度方向从上到下依次由以下薄膜构成：ITO玻璃基底(1)、WO3多孔薄膜(2)、MnO2辣根过氧化物酶薄膜(7)、WO3纳米线薄膜(3)、固态电解质(4)、Au纳米粒子薄膜(5)、NiO多孔薄膜(6)以及ITO玻璃基底(1)；所述Au纳米粒子薄膜厚度为7nm。
优选地，所述电致变色器件的制备方法如下：
步骤一，制备电致变色层WO3纳米薄膜：a)首先，取一定尺寸ITO玻璃基底(1)，经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，放入磁控溅射仪中，在本底真空低于1.5×10-3Pa、溅射电流为1.8A条件下，磁控溅射时间20min，得到400nm的W膜；b)然后，以镀有W膜的ITO玻璃为阳极，铂片为阴极，在0.2wt.％的NaF溶液中进行阳极氧化处理，电压为50V，时间为30min，阳极氧化处理后用去离子水清洗，得到具有多孔结构的W膜；c)在经过阳极氧化处理的ITO玻璃表面磁控溅射一层5nm的Ni膜作催化剂，将该ITO玻璃放入CVD管式炉中，在氩气和氢气作用下，420℃保温4h，生长WO3纳米线薄膜(3)，同时多孔W膜被氧化为WO3多孔薄膜(2)；
步骤二，制备MnO2辣根过氧化物酶薄膜(7)：将层状MnO2分散在四甲基氢氧化铵的水溶液中，于室温下搅拌后离心，得到的上清液为MnO2纳米片溶胶；将等体积的MnO2纳米片溶胶与HRP溶液5g/L的辣根过氧化物酶基溶液充分混匀后，用微量加样器将10μLMnO2纳米片溶胶与HRP混合溶液滴加于WO3多孔薄膜表面，干燥后即在WO3多孔薄膜表面得到MnO2辣根过氧化物酶薄膜(7)；
步骤三，制备离子存储层NiO多孔薄膜(6)：a)在500ml烧杯中将0.16mol硫酸镍、0.1mol高氯酸锂、0.07mol过硫酸钾溶于400ml去离子水,形成深绿色溶液，取一定尺寸ITO玻璃为基底，ITO玻璃背面用胶带封住,竖直放立在烧杯中,在300rpm的搅拌下将40ml氨水(25～28％)倒入,沉积时间为10min，取出后用去离子水冲洗干净,在80℃烘箱中干燥后,在200℃氢气保护下热处理2h，得到NiO薄膜；b)采用步骤一b中的阳极氧化法处理NiO薄膜，电压为39V，时间为20min，得到NiO多孔薄膜(6)；c)将带有多孔结构NiO薄膜的ITO玻璃放入喷金仪中，喷镀Au纳米粒子薄膜(5)；
步骤四，制备溶胶型固态电解质(4)：室温下,先将0.2mol柠檬酸溶解在100ml无水乙醇中,再加入0.1mol正硅酸乙酯,然后加入5g碳酸锂和8g尿素并充分溶解,最后加入20g乙二醇以促进聚合反应的进行，将所得无色透明溶液加热到60O℃保温一定时间获得溶胶,溶胶的粘度随保温时间的延长而增大；
步骤五，组装电致变色器件：将镀有NiO薄膜的ITO玻璃和镀有WO3薄膜的ITO玻璃相对放置，中间用绝缘体隔开，绝缘体厚度约1mm，边缘用环氧树脂密封，留一小孔用来注射电解液；然后将粘度约35cps的溶胶用注射器注入到两片ITO玻璃之间，将器件在80℃保温24h使溶胶聚合并完全固化，得到固态互补型电致变色器件。
器件的电致变色性能测试：
将两片ITO玻璃外接导线，分别使镀有WO3薄膜、NiO薄膜的ITO玻璃外接测试电路正极、负极，采用循环伏安测试，扫描速率为30mV/s。当在器件所加电压从+3V到-3V时，器件的颜色从透明变为不透明，并且颜色随负压增大而变深；在褪色态，该器件在550nm处的透过率约80％，在着色态该器件的透过率约15％，表现良好的透过率可控性，其变色效率为82cm2C-1；器件的着色响应时间约9s，褪色响应时间约21s；通过将器件进行长时间的计时电流测试并通过对比其峰值电流，测试其循环寿命，得到该器件循环3000次后，衰减率为12％，稳定性好。
通过测试，该高压开关柜柜体上电致变色器件的灵敏度及着色效率较高，变色与褪色速率快，在着色态光透过率大大减小，并且增大了光调节范围，方便使用者调节该高压开关柜的透光率，进而可以根据需要，随时查看高压开关柜柜体内部的情况，起到随时监控、节约能源、方便使用的目的。
实施例4：
本发明的实施例所提供的一种能够自由调节透明度的高压开关柜，该高压开关柜柜体为基于电致变色器件，通过调节电致变色器件的电流大小，利用电致变色的原理实现柜体的透光率调节，可以方便查看柜体内部工作情况；该电致变色器件采用固态互补型结构，电致变色材料分别为氧化钨和氧化镍材料，通过结构以及材料制备工艺的优化，提高了器件的灵敏度及着色效率，变色与褪色速率快，使得该高压开关柜柜体在着色态光透过率大大减小，并且增大了光调节范围，实现柜体的连续快速可调功能，且使用简单、方便，利于工业化生产。
所述高压开关柜柜体框架上安装有电致变色器件，此外还设置有与电致变色器件串联的电源模块和控制模块；该电源模块提供电致变色器件的工作电源；该控制模块通过调节电路中电流大小，以达到控制电致变色器件透光率的目的；所述电致变色器件采用固态互补型电致变色器件结构，电致变色材料分别为氧化钨和氧化镍材料；所述电致变色器件沿厚度方向从上到下依次由以下薄膜构成：ITO玻璃基底(1)、WO3多孔薄膜(2)、MnO2辣根过氧化物酶薄膜(7)、WO3纳米线薄膜(3)、固态电解质(4)、Au纳米粒子薄膜(5)、NiO多孔薄膜(6)以及ITO玻璃基底(1)；所述Au纳米粒子薄膜厚度为8nm。
优选地，所述电致变色器件的制备方法如下：
步骤一，制备电致变色层WO3纳米薄膜：a)首先，取一定尺寸ITO玻璃基底(1)，经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，放入磁控溅射仪中，在本底真空低于1.5×10-3Pa、溅射电流为1.8A条件下，磁控溅射时间20min，得到570nm的W膜；b)然后，以镀有W膜的ITO玻璃为阳极，铂片为阴极，在0.2wt.％的NaF溶液中进行阳极氧化处理，电压为50V，时间为30min，阳极氧化处理后用去离子水清洗，得到具有多孔结构的W膜；c)在经过阳极氧化处理的ITO玻璃表面磁控溅射一层8nm的Ni膜作催化剂，将该ITO玻璃放入CVD管式炉中，在氩气和氢气作用下，400℃保温4h，生长WO3纳米线薄膜(3)，同时多孔W膜被氧化为WO3多孔薄膜(2)；
步骤二，制备MnO2辣根过氧化物酶薄膜(7)：将层状MnO2分散在四甲基氢氧化铵的水溶液中，于室温下搅拌后离心，得到的上清液为MnO2纳米片溶胶；将等体积的MnO2纳米片溶胶与HRP溶液5.7g/L的辣根过氧化物酶基溶液充分混匀后，用微量加样器将10μLMnO2纳米片溶胶与HRP混合溶液滴加于WO3多孔薄膜表面，干燥后即在WO3多孔薄膜表面得到MnO2辣根过氧化物酶薄膜(7)；
步骤三，制备离子存储层NiO多孔薄膜(6)：a)在500ml烧杯中将0.16mol硫酸镍、0.1mol高氯酸锂、0.03mol过硫酸钾溶于400ml去离子水,形成深绿色溶液，取一定尺寸ITO玻璃为基底，ITO玻璃背面用胶带封住,竖直放立在烧杯中,在300rpm的搅拌下将40ml氨水(25～28％)倒入,沉积时间为19min，取出后用去离子水冲洗干净,在80℃烘箱中干燥后,在200℃氢气保护下热处理2h，得到NiO薄膜；b)采用步骤一b中的阳极氧化法处理NiO薄膜，电压为50V，时间为25min，得到NiO多孔薄膜(6)；c)将带有多孔结构NiO薄膜的ITO玻璃放入喷金仪中，喷镀Au纳米粒子薄膜(5)；
步骤四，制备溶胶型固态电解质(4)：室温下,先将0.2mol柠檬酸溶解在100ml无水乙醇中,再加入0.1mol正硅酸乙酯,然后加入5g碳酸锂和8g尿素并充分溶解,最后加入20g乙二醇以促进聚合反应的进行，将所得无色透明溶液加热到60O℃保温一定时间获得溶胶,溶胶的粘度随保温时间的延长而增大；
步骤五，组装电致变色器件：将镀有NiO薄膜的ITO玻璃和镀有WO3薄膜的ITO玻璃相对放置，中间用绝缘体隔开，绝缘体厚度约1.8mm，边缘用环氧树脂密封，留一小孔用来注射电解液；然后将粘度约35cps的溶胶用注射器注入到两片ITO玻璃之间，将器件在80℃保温24h使溶胶聚合并完全固化，得到固态互补型电致变色器件。
器件的电致变色性能测试：
将两片ITO玻璃外接导线，分别使镀有WO3薄膜、NiO薄膜的ITO玻璃外接测试电路正极、负极，采用循环伏安测试，扫描速率为30mV/s。当在器件所加电压从+3V到-3V时，器件的颜色从透明变为不透明，并且颜色随负压增大而变深；在褪色态，该器件在550nm处的透过率约80％，在着色态该器件的透过率约29％，表现良好的透过率可控性，其变色效率为93cm2C-1；器件的着色响应时间约14s，褪色响应时间约11s；通过将器件进行长时间的计时电流测试并通过对比其峰值电流，测试其循环寿命，得到该器件循环3000次后，衰减率为20％，稳定性好。
通过测试，该高压开关柜柜体上电致变色器件的灵敏度及着色效率较高，变色与褪色速率快，在着色态光透过率大大减小，并且增大了光调节范围，方便使用者调节该高压开关柜的透光率，进而可以根据需要，随时查看高压开关柜柜体内部的情况，起到随时监控、节约能源、方便使用的目的。
实施例5：
本发明的实施例所提供的一种能够自由调节透明度的高压开关柜，该高压开关柜柜体为基于电致变色器件，通过调节电致变色器件的电流大小，利用电致变色的原理实现柜体的透光率调节，可以方便查看柜体内部工作情况；该电致变色器件采用固态互补型结构，电致变色材料分别为氧化钨和氧化镍材料，通过结构以及材料制备工艺的优化，提高了器件的灵敏度及着色效率，变色与褪色速率快，使得该高压开关柜柜体在着色态光透过率大大减小，并且增大了光调节范围，实现柜体的连续快速可调功能，且使用简单、方便，利于工业化生产。
所述高压开关柜柜体框架上安装有电致变色器件，此外还设置有与电致变色器件串联的电源模块和控制模块；该电源模块提供电致变色器件的工作电源；该控制模块通过调节电路中电流大小，以达到控制电致变色器件透光率的目的；所述电致变色器件采用固态互补型电致变色器件结构，电致变色材料分别为氧化钨和氧化镍材料；所述电致变色器件沿厚度方向从上到下依次由以下薄膜构成：ITO玻璃基底(1)、WO3多孔薄膜(2)、MnO2辣根过氧化物酶薄膜(7)、WO3纳米线薄膜(3)、固态电解质(4)、Au纳米粒子薄膜(5)、NiO多孔薄膜(6)以及ITO玻璃基底(1)；所述Au纳米粒子薄膜厚度为9nm。
优选地，所述电致变色器件的制备方法如下：
步骤一，制备电致变色层WO3纳米薄膜：a)首先，取一定尺寸ITO玻璃基底(1)，经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，放入磁控溅射仪中，在本底真空低于1.5×10-3Pa、溅射电流为1.8A条件下，磁控溅射时间20min，得到520nm的W膜；b)然后，以镀有W膜的ITO玻璃为阳极，铂片为阴极，在0.2wt.％的NaF溶液中进行阳极氧化处理，电压为50V，时间为30min，阳极氧化处理后用去离子水清洗，得到具有多孔结构的W膜；c)在经过阳极氧化处理的ITO玻璃表面磁控溅射一层5nm的Ni膜作催化剂，将该ITO玻璃放入CVD管式炉中，在氩气和氢气作用下，400℃保温4h，生长WO3纳米线薄膜(3)，同时多孔W膜被氧化为WO3多孔薄膜(2)；
步骤二，制备MnO2辣根过氧化物酶薄膜(7)：将层状MnO2分散在四甲基氢氧化铵的水溶液中，于室温下搅拌后离心，得到的上清液为MnO2纳米片溶胶；将等体积的MnO2纳米片溶胶与HRP溶液5g/L的辣根过氧化物酶基溶液充分混匀后，用微量加样器将10μLMnO2纳米片溶胶与HRP混合溶液滴加于WO3多孔薄膜表面，干燥后即在WO3多孔薄膜表面得到MnO2辣根过氧化物酶薄膜(7)；
步骤三，制备离子存储层NiO多孔薄膜(6)：a)在500ml烧杯中将0.16mol硫酸镍、0.1mol高氯酸锂、0.03mol过硫酸钾溶于400ml去离子水,形成深绿色溶液，取一定尺寸ITO玻璃为基底，ITO玻璃背面用胶带封住,竖直放立在烧杯中,在300rpm的搅拌下将40ml氨水(25～28％)倒入,沉积时间为10min，取出后用去离子水冲洗干净,在80℃烘箱中干燥后,在200℃氢气保护下热处理2h，得到NiO薄膜；b)采用步骤一b中的阳极氧化法处理NiO薄膜，电压为38V，时间为25min，得到NiO多孔薄膜(6)；c)将带有多孔结构NiO薄膜的ITO玻璃放入喷金仪中，喷镀Au纳米粒子薄膜(5)；
步骤四，制备溶胶型固态电解质(4)：室温下,先将0.2mol柠檬酸溶解在100ml无水乙醇中,再加入0.1mol正硅酸乙酯,然后加入5g碳酸锂和8g尿素并充分溶解,最后加入20g乙二醇以促进聚合反应的进行，将所得无色透明溶液加热到60O℃保温一定时间获得溶胶,溶胶的粘度随保温时间的延长而增大；
步骤五，组装电致变色器件：将镀有NiO薄膜的ITO玻璃和镀有WO3薄膜的ITO玻璃相对放置，中间用绝缘体隔开，绝缘体厚度约4mm，边缘用环氧树脂密封，留一小孔用来注射电解液；然后将粘度约30cps的溶胶用注射器注入到两片ITO玻璃之间，将器件在80℃保温24h使溶胶聚合并完全固化，得到固态互补型电致变色器件。
器件的电致变色性能测试：
将两片ITO玻璃外接导线，分别使镀有WO3薄膜、NiO薄膜的ITO玻璃外接测试电路正极、负极，采用循环伏安测试，扫描速率为30mV/s。当在器件所加电压从+3V到-3V时，器件的颜色从透明变为不透明，并且颜色随负压增大而变深；在褪色态，该器件在550nm处的透过率约80％，在着色态该器件的透过率约12％，表现良好的透过率可控性，其变色效率为93cm2C-1；器件的着色响应时间约26s，褪色响应时间约23s；通过将器件进行长时间的计时电流测试并通过对比其峰值电流，测试其循环寿命，得到该器件循环3000次后，衰减率为16％，稳定性好。
通过测试，该高压开关柜柜体上电致变色器件的灵敏度及着色效率较高，变色与褪色速率快，在着色态光透过率大大减小，并且增大了光调节范围，方便使用者调节该高压开关柜的透光率，进而可以根据需要，随时查看高压开关柜柜体内部的情况，起到随时监控、节约能源、方便使用的目的。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (2)

1.一种能够自由调节透明度的高压开关柜，其特征在于：所述高压开关柜的柜体框架上安装电致变色器件，此外还设置有与电致变色器件串联的电源模块和控制模块；该电源模块提供电致变色器件的工作电源；该控制模块通过调节电路中电流大小，以达到控制电致变色器件透光率的目的；所述电致变色器件采用固态互补型电致变色器件结构，电致变色材料分别为氧化钨和氧化镍材料；所述电致变色器件沿厚度方向从上到下依次由以下薄膜构成：ITO玻璃基底(1)、WO3多孔薄膜(2)、MnO2辣根过氧化物酶薄膜(7)、WO3纳米线薄膜(3)、固态电解质(4)、Au纳米粒子薄膜(5)、NiO多孔薄膜(6)以及ITO玻璃基底(1)；所述Au纳米粒子薄膜厚度为4nm。
2.根据权利要求1所述的高压开关柜，其特征在于，所述电致变色器件的制备方法如下：
步骤一，制备电致变色层WO3纳米薄膜：a)首先，取一定尺寸ITO玻璃基底(1)，经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，放入磁控溅射仪中，在本底真空低于1.5×10-3Pa、溅射电流为1.8A条件下，磁控溅射时间20min，得到900nm的W膜；b)然后，以镀有W膜的ITO玻璃为阳极，铂片为阴极，在0.2wt.％的NaF溶液中进行阳极氧化处理，电压为50V，时间为30min，阳极氧化处理后用去离子水清洗，得到具有多孔结构的W膜；c)在经过阳极氧化处理的ITO玻璃表面磁控溅射一层5nm的Ni膜作催化剂，将该ITO玻璃放入CVD管式炉中，在氩气和氢气作用下，400℃保温4h，生长WO3纳米线薄膜(3)，同时多孔W膜被氧化为WO3多孔薄膜(2)；
步骤二，制备MnO2辣根过氧化物酶薄膜(7)：将层状MnO2分散在四甲基氢氧化铵的水溶液中，于室温下搅拌后离心，得到的上清液为MnO2纳米片溶胶；将等体积的MnO2纳米片溶胶与HRP溶液5g/L的辣根过氧化物酶基溶液充分混匀后，用微量加样器将10μLMnO2纳米片溶胶与HRP混合溶液滴加于WO3多孔薄膜表面，干燥后即在WO3多孔薄膜表面得到MnO2辣根过氧化物酶薄膜(7)；
步骤三，制备离子存储层NiO多孔薄膜(6)：a)在500ml烧杯中将0.16mol硫酸镍、0.1mol高氯酸锂、0.03mol过硫酸钾溶于400ml去离子水,形成深绿色溶液，取一定尺寸ITO玻璃为基底，ITO玻璃背面用胶带封住,竖直放立在烧杯中,在300rpm的搅拌下将40ml氨水(25～28％)倒入,沉积时间为10min，取出后用去离子水冲洗干净,在80℃烘箱中干燥后,在200℃氢气保护下热处理2h，得到NiO薄膜；b)采用步骤一b中的阳极氧化法处理NiO薄膜，电压为30V，时间为25min，得到NiO多孔薄膜(6)；c)将带有多孔结构NiO薄膜的ITO玻璃放入喷金仪中，喷镀Au纳米粒子薄膜(5)；
步骤四，制备溶胶型固态电解质(4)：室温下,先将0.2mol柠檬酸溶解在100ml无水乙醇中,再加入0.1mol正硅酸乙酯,然后加入5g碳酸锂和8g尿素并充分溶解,最后加入20g乙二醇以促进聚合反应的进行，将所得无色透明溶液加热到60O℃保温一定时间获得溶胶,溶胶的粘度随保温时间的延长而增大；
步骤五，组装电致变色器件：将镀有NiO薄膜的ITO玻璃和镀有WO3薄膜的ITO玻璃相对放置，中间用绝缘体隔开，绝缘体厚度约1mm，边缘用环氧树脂密封，留一小孔用来注射电解液；然后将粘度约35cps的溶胶用注射器注入到两片ITO玻璃之间，将器件在80℃保温24h使溶胶聚合并完全固化，得到固态互补型电致变色器件。
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