CN113277744B - 一种用溶剂调控氧化镍电致变色薄膜形貌的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用溶剂调控氧化镍电致变色薄膜形貌的方法，涉及一种调控氧化镍电致变色薄膜形貌的方法。本发明是要解决现有的调控氧化镍电致变色薄膜形貌的方法工艺较复杂的技术问题。本发明首次提出通过改变反应溶剂的种类来影响NiO基薄膜的形貌，进而影响电致变色性能。考察电致变色的性能包含光学调节范围和响应时间，本发明中不同形貌的NiO薄膜可以实现透过率调节范围20％～80％，响应时间着色2.5s～11s。与现有技术相比，本发明同过简单改变溶剂的种类可以生成不同形貌的NiO薄膜，形貌不同影响晶型结构不同，而晶型结构和形貌结合可调控NiO电致变色性能。

Description

一种用溶剂调控氧化镍电致变色薄膜形貌的方法
技术领域
本发明涉及一种调控氧化镍电致变色薄膜形貌的方法。
背景技术
在耗能体系中建筑能耗占总耗能的41％，而其中发光、制冷和制热能耗占建筑耗能的60％。电致变色智能窗可以有效控制室内光热来减少能耗。电致变色是指电极材料在离子嵌入脱出的过程发生颜色变化。电致变色的性能取决于薄膜电极材料性能，氧化镍(NiO)是被广泛研究的电致变色阳极材料，其电致变色性能与离子传输和电子传输息息相关。离子传输和电子转移主要由其形貌、结晶性和导电决定，因此调控NiO的形貌可以调控其电致变色性能，如Boo课题组合成蜂窝状结构的NiO薄膜来改善其透过率范围和响应时间等电致变色性能。Tu课题组报道通过化学浴和溶胶凝胶两种不同的合成方法来合成两种不同形貌的NiO薄膜，进而影响NiO电极的形貌，进而影响其电致变色性能。
发明内容
本发明是要解决现有的调控氧化镍电致变色薄膜形貌的方法工艺较复杂的技术问题，而提供一种用溶剂调控氧化镍电致变色薄膜形貌的方法。
本发明的用溶剂调控氧化镍电致变色薄膜形貌的方法是按以下步骤进行的：
一、将含镍化合物溶解于第一醇类有机溶剂中；将碱源溶解于第二醇类有机溶剂中；将上述两种溶液混合超声；所述的第一醇类有机溶剂和第二醇类有机溶剂是相同的溶剂；
二、将导电玻璃清洗并烘干，然后用等离子体处理导电玻璃，然后将导电玻璃的导电面朝下且倾斜地放置在反应釜的内腔底面上防止导电面贴壁，向反应釜的内腔中加入步骤一的混合溶液；
三、将步骤二的反应釜置于鼓风干燥箱中加热并保温，得到在导电玻璃上生长NiO的前驱体；
四、从反应釜中取出导电玻璃，依次用水和无水乙醇进行清洗，在常温下干燥；
五、将生长NiO前驱体的导电玻璃在空气氛下煅烧，得到不同形貌的NiO薄膜，分别为纳米线、纳米片或多孔结构。
本发明公开了一种用溶剂调控氧化镍电致变色薄膜形貌的方法，采用溶剂热合成技术，通过改变反应溶剂的种类，在导电基底上合成不同形貌的NiO薄膜，不同形貌导致材料光学透过率调节范围和响应时间的差异。本发明的制备方法简单，可以为其它无机过渡金属电致变色电极材料调控形貌制备提供实验参考。
本发明首次提出通过改变反应溶剂的种类来影响NiO基薄膜的形貌，进而影响电致变色性能。考察电致变色的性能包含光学调节范围和响应时间，本发明中不同形貌的NiO薄膜可以实现透过率调节范围20％～80％，响应时间着色2.5s～11s。
与现有技术相比，本发明同过简单改变溶剂的种类可以生成不同形貌的NiO薄膜(纳米线、纳米片和多孔结构)，形貌不同影响晶型结构不同，而晶型结构和形貌结合可调控NiO电致变色性能。
附图说明
图1为试验一制备的NiO薄膜的SEM图；
图2为试验一制备的NiO薄膜的透过率-波长曲线图；
图3为试验一制备的NiO薄膜的透过率-时间曲线图；
图4为试验二制备的NiO薄膜的SEM图；
图5为试验二制备的NiO薄膜的透过率-波长曲线图；
图6为试验二制备的NiO薄膜的透过率-时间曲线图；
图7为试验三制备的NiO薄膜的SEM图；
图8为试验三制备的NiO薄膜的透过率-波长曲线图；
图9为试验三制备的NiO薄膜的透过率-时间曲线图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式为一种用溶剂调控氧化镍电致变色薄膜形貌的方法，具体是按以下步骤进行的：
一、将含镍化合物溶解于第一醇类有机溶剂中；将碱源溶解于第二醇类有机溶剂中；将上述两种溶液混合超声；所述的第一醇类有机溶剂和第二醇类有机溶剂是相同的溶剂；
二、将导电玻璃清洗并烘干，然后用等离子体处理导电玻璃，然后将导电玻璃的导电面朝下且倾斜地放置在反应釜的内腔底面上，向反应釜的内腔中加入步骤一的混合溶液；
三、将步骤二的反应釜置于鼓风干燥箱中加热并保温，得到在导电玻璃上生长NiO的前驱体；
四、从反应釜中取出导电玻璃，依次用水和无水乙醇进行清洗，在常温下干燥；
五、将生长NiO前驱体的导电玻璃在空气氛下煅烧，得到不同形貌的NiO薄膜，分别为纳米线、纳米片或多孔结构。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的含镍化合物为硫酸镍、氯化镍或硝酸镍。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不同的是：步骤一中所述的第一醇类有机溶剂为乙醇、丙醇、乙二醇或正丁醇。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之一不同的是：步骤二中所述的导电玻璃为ITO导电玻璃或FTO导电玻璃。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤二中所述的等离子体处理的条件为：空气气氛中，功率为40％～100％，处理时间为5min～10min。其他与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：步骤二中的导电玻璃与反应釜的内腔底面的夹角为50°～70°。其他与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五不同的是：步骤三中加热温度为100℃～120℃。其他与具体实施方式五相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五不同的是：步骤三中保热时间为2h～5h。其他与具体实施方式五相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五不同的是：步骤五中煅烧温度为300℃～400℃。其他与具体实施方式五相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式五不同的是：步骤五中煅烧时间为2h～5h。其他与具体实施方式五相同。
用以下试验对本发明进行验证：
试验一：本试验为一种用溶剂调控氧化镍电致变色薄膜形貌的方法，具体是按以下步骤进行的：
一、将2mmol的硫酸镍溶解于15mL的无水乙醇中；将6mmol的尿素溶解于15mL的无水乙醇中；将上述两种溶液混合超声；
二、将FTO导电玻璃清洗并烘干，然后用等离子体处理导电玻璃，然后将FTO导电玻璃的导电面朝下且倾斜地放置在反应釜的内腔底面上，向反应釜的内腔中加入步骤一的混合溶液；所述的等离子体处理的条件为：空气气氛中，功率为100％，处理时间为5min；FTO导电玻璃与反应釜的内腔底面的夹角为50°；
三、将步骤二的反应釜置于鼓风干燥箱中，加热温度为100℃，加热时间为4h，得到在导电玻璃上生长NiO的前驱体；
四、从反应釜中取出导电玻璃，依次用水和无水乙醇进行清洗，在常温下干燥；
五、将生长NiO前驱体的导电玻璃在空气氛下煅烧，400℃，煅烧2h，得到NiO薄膜。
图1为试验一制备的NiO薄膜的SEM图，可以看出其为纳米线交联而成的NiO薄膜。
图2为试验一制备的NiO薄膜的透过率-波长曲线图，曲线a为褪色态透过率，曲线b为着色态透过率，可以看出NiO薄膜的透过率调节范围为30％～50％。
图3为试验一制备的NiO薄膜的透过率-时间曲线图，可以看出NiO薄膜的着色时间为9s～10s，褪色时间为5s～7s。
试验二：本试验与试验一不同的是：步骤一中的醇类有机溶剂为丙醇。其它与试验一相同。
图4为试验二制备的NiO薄膜的SEM图，可以看出其为三维多孔的NiO薄膜。
图5为试验二制备的NiO薄膜的透过率-波长曲线图，曲线a为褪色态透过率，曲线b为着色态透过率，可以看出NiO薄膜的透过率调节范围为25％～50％。
图6为试验二制备的NiO薄膜的透过率-时间曲线图，可以看出NiO薄膜的着色时间为3s～5s，褪色时间为2s～4s。
试验三：本试验与试验一不同的是：步骤一中的醇类有机溶剂为异丙醇。其它与试验一相同。
图7为试验三制备的NiO薄膜的SEM图，可以看出其为六边形片交联的NiO薄膜。
图8为试验三制备的NiO薄膜的透过率-波长曲线图，曲线a为褪色态透过率，曲线b为着色态透过率，可以看出NiO薄膜的透过率调节范围为60％～80％。
图9为试验三制备的NiO薄膜的透过率-时间曲线图，可以看出NiO薄膜的着色时间为3s～4s，褪色时间为4s～6s。
本发明采用溶剂热合成技术，通过改变反应溶剂的种类，在导电基底上合成不同形貌的NiO薄膜，不同形貌导致材料光学透过率调节范围和响应时间的差异。
本发明同过简单改变溶剂的种类可以生成不同形貌的NiO薄膜(纳米线、纳米片和多孔结构)，形貌不同影响晶型结构不同，而晶型结构和形貌结合可调控NiO电致变色性能。

Claims (1)

1.一种用溶剂调控氧化镍电致变色薄膜形貌的方法，其特征在于用溶剂调控氧化镍电致变色薄膜形貌的方法是按以下步骤进行的：
一、将2mmol的硫酸镍溶解于15mL的第一醇类有机溶剂中；将6mmol的尿素溶解于15mL的第二醇类有机溶剂中；将两种溶液混合超声；所述的第一醇类有机溶剂和第二醇类有机溶剂是相同的溶剂；所述的第一醇类有机溶剂为无水乙醇、丙醇或异丙醇；
二、将FTO导电玻璃清洗并烘干，然后用等离子体处理导电玻璃，然后将FTO导电玻璃的导电面朝下且倾斜地放置在反应釜的内腔底面上，向反应釜的内腔中加入步骤一的混合溶液；所述的等离子体处理的条件为：空气气氛中，功率为100%，处理时间为5min；FTO导电玻璃与反应釜的内腔底面的夹角为50°；
三、将步骤二的反应釜置于鼓风干燥箱中，加热温度为100℃，加热时间为4h，得到在导电玻璃上生长NiO的前驱体；
四、从反应釜中取出导电玻璃，依次用水和无水乙醇进行清洗，在常温下干燥；
五、将生长NiO前驱体的导电玻璃在空气气氛下煅烧，400℃煅烧2h，得到不同形貌的NiO薄膜，分别为纳米线、多孔结构或纳米片；
步骤一中第一醇类有机溶剂为无水乙醇时，最终获得纳米线结构的NiO薄膜，NiO薄膜的透过率调节范围为30%~50%，NiO薄膜的着色时间为9s~10s，褪色时间为5s~7s；
步骤一中第一醇类有机溶剂为丙醇时，最终获得三维多孔结构的NiO薄膜，NiO薄膜的透过率调节范围为25%~50%，NiO薄膜的着色时间为3s~5s，褪色时间为2s~4s；
步骤一中第一醇类有机溶剂为异丙醇时，最终获得六边形片交联结构的NiO薄膜，NiO薄膜的透过率调节范围为60%~80%，NiO薄膜的着色时间为3s~4s，褪色时间为4s~6s。
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