CN108409158B - 一种WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜的制备方法 - Google Patents

一种WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜的制备方法。首先配制含聚苯乙烯微球模板剂的TiO2溶胶,然后采用浸渍提拉工艺镀膜,热处理制备TiO2多孔膜;随后再配制WO3溶胶,采用浸渍提拉工艺在TiO2多孔膜上涂覆WO3溶胶,热处理,制备WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜。本发明所获得的WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜具有良好的电致变色性能。本发明提供的制备方法简单易操作,具有实际的可行性,且制备的WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜成本低,无污染。

Description

一种WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜的制备方法
技术领域
本发明属于材料制备技术领域,具体涉及一种WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜的制备方法。
背景技术
目前世界已经进入了以低碳、节能环保、新能源等为主导的第四次产业革命时代。可持续发展和环境友好型材料的研究成为日益活跃的研究领域。我国现有的400亿平方米的城乡建筑中,建筑物的能耗约占社会总能耗的20%多。目前,市场上的窗户都旨在提供舒适,观赏性强等功能,忽略了其在节能环保方面的潜力,这使得窗户作为建筑物重要的组成部分,成为了建筑物能量损失最主要的方式—通过窗户流失的能量大约占30%-50%。20世纪80年代,我国开始注重制定建筑节能政策,大力倡导节能材料的研发,新型节能玻璃已成为国内外学者研究的重要方向。
科学家着力开发一种智能化玻璃,可以依据室温情况自由调节太阳光的透过率。当室内温度较低时,让光全部射入室内,提高室内温度;当室内温度较高时,调节玻璃的透光率,阻挡阳光的进入,使室内温度逐渐降低。像这样循环工作,从而达到对室内温度的智能化控制的目的。自1969年Deb发现非晶态薄膜具有电致变色性能以来,电致变色薄膜引起了科学家们广泛的关注和研究。电致变色玻璃可以通过电流自由调节玻璃的透过率,从而控制太阳能对建筑内光照辐射并减少热量积聚,达到控制室温的目的,是重要的节能环保材料。电致变色器件在无数实用领域蕴含着巨大潜力,吸引了世界上许多国家投入大量的科研人员和资金对其基础理论方面进行研究,并进一步将其应用到实际工作器件,不遗余力的寻找适合的电致变色材料并对其进行研究已成为当今材料科学界迅速兴起的热点。Lampert电致变色灵巧窗模型理论的提出,成为了电致变色研究的一个里程碑。
电致变色材料必须具有离子和导电特性,一般为薄膜材料。一般可以可分为无机电致变色材料和有机电致变色材料两种类型。常用的无机变色材料根据不同的着色机理主要分为阴极着色材料和阳极着色材料。工作时电致变色薄膜与电源负极相连的为阴极材料,主要有WO3、MoO3、TiO2、V2O5等。其中三氧化钨(WO3)一方面具有十分优越的电致变色性能,另一方面与其他无机材料相比,其成本较为低廉,是最有希望实现大规模工业化的电致变色材料。但WO3在变色效率、光调节范围、循环寿命等方面仍然存在着许多缺陷,制约着其在工业领域的发展,如何改善其上述性能,是提高WO3膜电致变色性能的关键所在。
发明内容
为了进一步改善WO3膜的电致变色性能,本发明提出了一种WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜的制备方法。
本发明的技术方案为:
一种WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜的制备方法,包括如下步骤:
步骤一:制备TiO2多孔膜
(1)配制含聚苯乙烯微球模板剂的TiO2溶胶;
(2)浸渍提拉镀膜,热处理制备TiO2多孔膜。
步骤二:制备WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜
(1)配制WO3溶胶;
(2)采用浸渍提拉工艺在TiO2多孔膜上涂覆WO3溶胶,热处理,制备 WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜。
进一步的,所述步骤一中的(1)的工艺参数为:以钛酸丁酯为前驱体,无水乙醇为溶剂,二乙醇胺为络合剂,在38-42℃下搅拌1.0-1.5h,配制0.10-0.20 mol·L-1的溶液100mL,其中二乙醇胺与钛酸丁酯的摩尔比为1:1;再加入与钛酸丁酯体积比为0.05:1的去离子水,同时加入直径为100-200nm的聚苯乙烯微球20-30mg,再在38-42℃下搅拌2.0-3.0h,制得含聚苯乙烯微球模板剂的TiO2溶胶。
进一步的,所述步骤一中的(2)的工艺参数为:将清洁的导电玻璃以10-12 cm/min的速率浸渍到步骤一(1)中的含聚苯乙烯微球模板剂的TiO2溶胶中,放置10-20s,然后再以10-12cm/min的速率将导电玻璃从含聚苯乙烯微球模板剂的TiO2溶胶提拉出,在90-95℃下干燥1.0-2.0h。重复上述操作4-6次,最后将涂覆溶胶的导电玻璃以1-2℃/min升温至380-400℃,保温3.0-4.0h,然后再以3-4℃/min升温至500-520℃,保温1.0-2.0h,自然冷却至室温,制得TiO2多孔膜。
进一步的,所述步骤二中的(1)的工艺参数为:将20-30mL的双氧水缓慢滴加到放有5-8g钨粉的烧瓶中,在0-6℃下搅拌5.0-7.0h,直至钨粉全部反应,再将获得的溶液以2800-3200r/min的速率离心6-10min,将得到的WO3粉体在75-80℃下干燥12.0-16.0h,最后将干燥后的WO3粉体加入到30-40mL的无水乙醇中,得WO3溶胶。
进一步的,所述步骤二中的(2)的工艺参数为:将步骤一(2)中制得的 TiO2多孔膜浸渍到步骤二(1)中的WO3溶胶中,浸渍20-30s,在70-75℃下干燥0.5-1.0h,重复上述操作3-5次,最后将涂覆WO3溶胶的TiO2多孔膜在 100-120℃下热处理2.0-3.0h,制得WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)本发明所获得的WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜,经各种测试后,发现其呈现较好的电致变色性能。
(2)本发明提供的制备方法简单易操作,具有实际的可行性,且制备的 WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜成本低,无污染。
附图说明
图1是本发明的WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜的电镜扫描图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明,但不以任何方式限制本发明。
实施例1
步骤一:制备TiO2多孔膜
以钛酸丁酯为前驱体,无水乙醇为溶剂,二乙醇胺为络合剂,在38℃下搅拌1.5h,配制0.10mol·L-1的溶液100mL,其中二乙醇胺与钛酸丁酯的摩尔比为1:1;再加入与钛酸丁酯体积比为0.05:1的去离子水,同时加入直径为100nm 的聚苯乙烯微球30mg,再在38℃下搅拌3.0h,制得含聚苯乙烯微球模板剂的 TiO2溶胶。
将清洁的导电玻璃以10cm/min的速率浸渍到步骤一(1)中的含聚苯乙烯微球模板剂的TiO2溶胶中,放置10s,然后再以10cm/min的速率将导电玻璃从含聚苯乙烯微球模板剂的TiO2溶胶提拉出,在90℃下干燥2.0h。重复上述操作4次,最后将涂覆溶胶的导电玻璃以1℃/min升温至400℃,保温3.0h,然后再以3℃/min升温至500℃,保温2.0h,自然冷却至室温,制得TiO2多孔膜。
步骤二:制备WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜
将20mL的双氧水缓慢滴加到放有5g钨粉的烧瓶中,在0℃下搅拌7.0h,直至钨粉全部反应,再将获得的溶液以2800r/min的速率离心10min,将得到的WO3粉体在75℃下干燥16.0h,最后将干燥后的WO3粉体加入到30mL的无水乙醇中,得WO3溶胶。
将步骤一(2)中制得的TiO2多孔膜浸渍到步骤二(1)中的WO3溶胶中,浸渍20s,在70℃下干燥1.0h,重复上述操作3次,最后将涂覆WO3溶胶的 TiO2多孔膜在100℃下热处理3.0h,制得WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜。
本实施例制备的WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜光的透过率由80%降到25%,呈现较好的电致变色性能。实施例2
步骤一:制备TiO2多孔膜
以钛酸丁酯为前驱体,无水乙醇为溶剂,二乙醇胺为络合剂,在42℃下搅拌1.0h,配制0.20mol·L-1的溶液100mL,其中二乙醇胺与钛酸丁酯的摩尔比为1:1;再加入与钛酸丁酯体积比为0.05:1的去离子水,同时加入直径为200nm 的聚苯乙烯微球20mg,再在42℃下搅拌2.0h,制得含聚苯乙烯微球模板剂的 TiO2溶胶。
将清洁的导电玻璃以12cm/min的速率浸渍到步骤一(1)中的含聚苯乙烯微球模板剂的TiO2溶胶中,放置20s,然后再以12cm/min的速率将导电玻璃从含聚苯乙烯微球模板剂的TiO2溶胶提拉出,在95℃下干燥1.0h。重复上述操作6次,最后将涂覆溶胶的导电玻璃以2℃/min升温至400℃,保温3.0h,然后再以4℃/min升温至520℃,保温1.0h,自然冷却至室温,制得TiO2多孔膜。
步骤二:制备WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜
进一步的,所述步骤二中的(1)的工艺参数为:将30mL的双氧水缓慢滴加到放有8g钨粉的烧瓶中,在6℃下搅拌5.0h,直至钨粉全部反应,再将获得的溶液以3200r/min的速率离心6min,将得到的WO3粉体在80℃下干燥12.0 h,最后将干燥后的WO3粉体加入到40mL的无水乙醇中,得WO3溶胶。
将步骤一(2)中制得的TiO2多孔膜浸渍到步骤二(1)中的WO3溶胶中,浸渍30s,在75℃下干燥0.5h,重复上述操作5次,最后将涂覆WO3溶胶的 TiO2多孔膜在120℃下热处理2.0h,制得WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜。
本实施例制备的WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜光的透过率由80%降到 25%,呈现较好的电致变色性能。本发明的作用机理是:TiO2多孔膜具有较高的比表面积,将WO3薄膜浸涂在TiO2多孔膜后,可以大大增加WO3薄膜的比表面积,一方面提高了薄膜工作时离子扩散速率,另一方面也使薄膜的离子储存能力升高。此外,TiO2与WO3复合,经热处理后,TiO2会影响WO3中W=O 键的作用,使WO3的性能会得到优化,从而提高WO3电致变色膜的循环寿命。
以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (1)

1.一种WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜的制备方法,包括如下步骤:
步骤一:制备TiO2多孔膜
(1)配制含聚苯乙烯微球模板剂的TiO2溶胶;
(2)浸渍提拉镀膜,热处理制备TiO2多孔膜;
步骤二:制备WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜
(1)配制WO3溶胶;
(2)采用浸渍提拉工艺在TiO2多孔膜上涂覆WO3溶胶,热处理,制备WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜;
所述步骤一中的(1)的工艺参数为:以钛酸丁酯为前驱体,无水乙醇为溶剂,二乙醇胺为络合剂,在38-42℃下搅拌1.0-1.5h,配制0.10-0.20mol·L-1的溶液100mL,其中二乙醇胺与钛酸丁酯的摩尔比为1:1;再加入与钛酸丁酯体积比为0.05:1的去离子水,同时加入直径为100-200nm的聚苯乙烯微球20-30mg,再在38-42℃下搅拌2.0-3.0h,制得含聚苯乙烯微球模板剂的TiO2溶胶;
所述步骤一中的(2)的工艺参数为:将清洁的导电玻璃以10-12cm/min的速率浸渍到步骤一(1)中的含聚苯乙烯微球模板剂的TiO2溶胶中,放置10-20s,然后再以10-12cm/min的速率将导电玻璃从含聚苯乙烯微球模板剂的TiO2溶胶提拉出,在90-95℃下干燥1.0-2.0h;重复上述操作4-6次,最后将涂覆溶胶的导电玻璃以1-2℃/min升温至380-400℃,保温3.0-4.0h,然后再以3-4℃/min升温至500-520℃,保温1.0-2.0h,自然冷却至室温,制得TiO2多孔膜;
所述步骤二中的(1)的工艺参数为:将20-30mL的双氧水缓慢滴加到放有5-8g钨粉的烧瓶中,在0-6℃下搅拌5.0-7.0h,直至钨粉全部反应,再将获得的溶液以2800-3200r/min的速率离心6-10min,将得到的WO3粉体在75-80℃下干燥12.0-16.0h,最后将干燥后的WO3粉体加入到30-40mL的无水乙醇中,得WO3溶胶,
所述步骤二中的(2)的工艺参数为:将步骤一(2)中制得的TiO2多孔膜浸渍到步骤二(1)中的WO3溶胶中,浸渍20-30s,在70-75℃下干燥0.5-1.0h,重复上述操作3-5次,最后将涂覆WO3溶胶的TiO2多孔膜在100-120℃下热处理2.0-3.0h,制得WO3/TiO2多孔电致变色玻璃膜。
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