CN106773435A - 一种NiO/rGO复合电致变色薄膜的制备方法 - Google Patents

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    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect

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Abstract

一种NiO/rGO复合电致变色薄膜的制备方法，属于功能材料技术领域。采用热注入法制备出的NiO纳米晶溶于适量的正己烷中形成溶液，再加入适量所制备的还原氧化石墨烯(rGO)分散液，超声分散后充分搅拌得到稳定的溶液。然后采用提拉法制备NiO/rGO复合电致变色薄膜。本发明配制的溶液比较稳定，可以用于制备NiO/rGO电致变色薄膜，工艺简单，可重复性高，而且其所制备的薄膜具有良好的电致变色性能和光学性能，为发展绿色环保、低成本、高变色性能的NiO电致变色薄膜技术提供新思路，可促进电致变色材料及智能窗产业化快速发展。

Description

一种NiO/rGO复合电致变色薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种NiO/rGO复合电致变色薄膜的制备方法，属于功能材料技术领域。
背景技术
电致变色是指在外加电压或电场的作用下材料的颜色或透明度发生稳定可逆的变化，从而可选择性地吸收或反射外界热辐射和阻止内部的热扩散。由于电致变色材料具有在电场作用下改变颜色的特性该类材料在信息显示、太阳光控制、可控反射镜方面有着广阔的应用前景可以制备成大面积屏幕、变色玻璃窗、防炫镜、灵巧窗等薄膜器件。
电致变色材料是决定电致变色器件性能的关键因素之一，因此研制开发具有优异性能的电致变色材料成为了该领域的核心课题。传统上制备NiO薄膜的主要方法有溶胶凝胶法、磁控溅射法，化学气相沉积法等，但上述方法，大多设备昂贵，工艺复杂，形貌难以控制或薄膜的变色效果不理想。使用热注入法制备NiO薄膜的优点在于成本低，纳米颗粒尺寸小、薄膜均匀度高，并且对于材料的利用率非常高。此外还原氧化石墨烯(rGO)具有高的比表面积、优异的导热性能和力学性能及其较好的电子传递性能等一系列优异的性质。将石墨烯与NiO复合可以大大提高薄膜导电率。采用热注入法制备NiO/rGO薄膜是一种低成本制备高性能薄膜且具有研究价值的方法。由于所制备的是NiO/rGO复合薄膜,纳米颗粒尺寸小，颗粒之间存在孔隙，而且这种结构缩短了离子的迁移路径增大了薄膜与电解液的接触面积同时提高了其电子传输的速度，能保证离子、电子快速嵌入与脱出使之具有比较好的电致变色性能。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种制备NiO/rGO复合薄膜的制备方法，其具有均匀的颗粒大小，工艺简单，成本低廉，高效稳定的电化学性能等优点。
本发明所提供的NiO/rGO复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)、NiO纳米晶的制备
采用热注入法制备NiO纳米晶：
(1)量取油胺倒入到反应瓶中，加热到190℃并保温；(2)称取硝酸镍溶到甲醇中，待其完全溶解后加入油酸；将上述配好的甲醇溶液快速注入到步骤(1)190℃的油胺中，将温度升到260℃保温半小时；然后将溶液冷却至室温，加入丙酮和正己烷(体积比为3：1)离心(10500转每分，15分钟)分离，然后将得到的NiO纳米晶粉体溶入正己烷中，浓度为5～10mol/L；
其中优选每50ml步骤(1)的油胺对应步骤(2)2mmol硝酸镍、10ml甲醇、2ml油酸。
2)制备rGO分散液
首先，采用hummers法制得氧化石墨，并在马弗炉中进行1100℃高温膨胀，制得膨胀石墨。取膨胀石墨于乙醇中，超声2小时，得到膨胀石墨的分散液；取乙二醇放入上述分散液中，充分搅拌后，放入水热反应釜中200℃反应24h，得到还原氧化石墨烯；
优选每5～60mg(优选60mg)膨胀石墨对应100ml乙醇、100ml乙二醇；
3)制备NiO/rGO薄膜
将1)NiO溶液与2)中所得还原氧化石墨烯的分散液按体积比3:1进行混合，并搅拌2h，待搅拌均匀后得到混合溶液。将所得的混合溶液采用提拉镀膜的方法在导电基底上制备薄膜，之后进行退火得到NiO/rGO电致变色薄膜。
上述退火优选在350℃下退火2个小时。
本发明与现有技术相比有如下优点：
1、本发明的制备采用热注入法。该种方法易于操作，原料成本低，制备的NiO纳米晶粒径均匀，反应简单，对环境无污染，所制备的NiO溶液均匀性好。
2、NiO纳米颗粒镀膜，颗粒之间的孔隙提供离子的迁移路径，增大了与电解液的接触面积，使之具有较好的电化学性能和电致变色性能，特别是获得了快速的响应时间。
3、NiO与rGO的复合，增加了薄膜的导电性，加快了电子的迁移速率，缩短了响应时间，改善了电致变色性能。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备的NiO/rGO复合薄膜的Raman图谱。
图2为本发明实施例1所制备的NiO/rGO复合薄膜的扫描电镜(SEM)照片。
图3为本发明实施例1所制备的NiO/rGO复合薄膜在双电位循环中的阶跃曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明的实质性特点和显著优点，本发明决非仅局限于以下实施例。
以下实施例中，采用雷尼绍Renishaw inVia显微拉曼光谱仪测定所制备薄膜的结构；采用Hitachi S-4800场发射电子显微镜测定所制备薄膜的微观形貌；采用普林斯顿Versa STAT 4电化学工作站测试薄膜电化学性能。
实施例1
1)量取50ml油胺倒入到三口烧瓶中，加热到190℃并保温半个小时；称取2mmol硝酸镍溶到10ml甲醇中，待其完全溶解后加入适量油酸。将上述配好的甲醇溶液快速注入到190℃的油胺中，将温度升到260℃保温半小时；然后将溶液冷却至室温，加入丙酮和正己烷离心(10500转每分，15分钟)分离，然后将得到的NiO纳米晶粉体溶入正己烷中，浓度6mol/L。
2)采用hummers法制得氧化石墨，并在马弗炉中进行1100℃高温膨胀，制得膨胀石墨。取60mg膨胀石墨于100ml乙醇中，超声2小时，得到膨胀石墨的分散液。取100ml乙二醇放入分散液中，充分搅拌后，放入水热反应釜中200℃反应24h，得到还原氧化石墨烯。
3)分别取6ml NiO溶液和2ml 2)中得到分散液于烧杯中，充分搅拌后得到混合溶液，采用提拉的方法在导电基底上制备薄膜，之后在350℃下退火2个小时得到NiO/rGO复合薄膜。

Claims (5)

1.一种NiO/rGO复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、NiO纳米晶的制备
采用热注入法制备NiO纳米晶：
(1)量取油胺倒入到反应瓶中，加热到190℃并保温；(2)称取硝酸镍溶到甲醇中，待其完全溶解后加入油酸；将上述配好的甲醇溶液快速注入到步骤(1)190℃的油胺中，将温度升到260℃保温半小时；然后将溶液冷却至室温，加入丙酮和正己烷分离，然后将得到的NiO纳米晶粉体溶入正己烷中；
2)制备rGO分散液
首先，采用hummers法制得氧化石墨，并在马弗炉中进行1100℃高温膨胀，制得膨胀石墨。取膨胀石墨于乙醇中，超声2小时，得到膨胀石墨的分散液；取乙二醇放入上述分散液中，充分搅拌后，放入水热反应釜中200℃反应24h，得到还原氧化石墨烯；
3)制备NiO/rGO薄膜
将1)NiO溶液与2)中所得还原氧化石墨烯的分散液按体积比3:1进行混合，并搅拌2h，待搅拌均匀后得到混合溶液。将所得的混合溶液采用提拉镀膜的方法在导电基底上制备薄膜，之后进行退火得到NiO/rGO电致变色薄膜。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，其中每50ml步骤(1)的油胺对应步骤(2)2mmol硝酸镍、10ml甲醇、2ml油酸。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于，步骤制备rGO分散液中，每5～60mg膨胀石墨对应100ml乙醇、100ml乙二醇。
4.按照权利要求1的方法，其特征在于，退火优选在350℃下退火2个小时。
5.按照权利要求1-4任一项方法制备得到的NiO/rGO复合薄膜。
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