CN116449623A - 一种电光双方式调控变色器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种电光双方式调控变色器件及其制造方法涉及变色器件技术领域，解决了现有光电致变色器件着色时间与褪色时间均较长的问题。该器件包括：顺次设置的第一FTO透明导电玻璃、氧化钨/铜变色膜、无色透明的溴锂离子电解液、二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极和第二FTO透明导电玻璃。制造方法包括：在第一FTO导电玻璃导电面上制备氧化钨/铜变色膜、在第二FTO导电玻璃导电面上制备二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极、配置溴锂离子电解液、组装。本发明通过Cu纳米粒子复合在WO3、通过NiO复合TiO2，再配合硫化镉，提高了器件两极的变色性能及光阳极的光电转换效率。一种电光双方式调控变色器件的制备方法简单且成本低。
Description
技术领域
本发明涉及变色器件技术领域，具体涉及一种电光双方式调控变色器件及其制造方法。
背景技术
智能变色是在外场的作用下产生稳定可逆光学透过率变化的现象。智能变色主要包括电致变色、光致变色、温致变色和气致变色。电致变色器件(ECD)可以外加电压或电流的作用下光学性质产生可逆的变化，在智能窗、能量存储设备和显示器等领域拥有广阔的应用前景。然而传统的电致变色器件的调控方式单一，仅可在外部电源的作用下实现光学性质的转变。光电致变色器件(PECD)是将染料敏化太阳能电池和电致变色器件结合起来，通过光照实现光学性质的改变，光电致变色器件需要光照情况下实现其变色且对光谱响应波段有一定要求，与电致变色器件相比省去了导线和外部电源的安装。然而，光电致变色器件的着色时间和褪色时间均较长，且一直是本领域的研究瓶颈，这大大限制了光电致变色器件的发展与应用。
发明内容
为了解决现有光电致变色器件光调控的着色、褪色时间均较长的问题，本发明提供一种电光双方式调控变色器件及其制造方法。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种电光双方式调控变色器件，包括顺次设置的第一FTO透明导电玻璃、氧化钨/铜变色膜、无色透明的电解液、二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极和第二FTO透明导电玻璃，所述电解液中含有溴离子和锂离子。
一种电光双方式调控变色器件的制备方法，包括如下步骤：
S1、取得第一FTO导电玻璃和第二FTO透明导电玻璃；
S2、在第一FTO导电玻璃导电面上制备氧化钨/铜变色膜；
S3、在第二FTO导电玻璃导电面上制备二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极；
S4、配置无色透明的含有溴离子和锂离子的电解液；
S5、组装电解液、具有氧化钨/铜变色膜的第一FTO透明导电玻璃和具有二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极的第二FTO透明导电玻璃得到电光双方式调控变色器件。
一种电光双方式调控变色器件，所述器件用于车辆玻璃或建筑物玻璃领域。
本发明的有益效果是：
1、本发明的一种电光双方式调控变色器件通过采用氧化钨/铜变色膜，也就是通过铜纳米粒子覆载提高导电性、构建氧化钨/铜变色膜形成肖特基结界面、变色膜具有较多反应位点，从而有效的提高了界面电荷转移与传输效率，优化了器件变色性能，使得器件着色、褪色时间缩短；另外，Cu纳米粒子复合在WO3材料表面后形成的肖特基结有利于电荷的转移与传输，从而增强了其对电解液中氧化还原对的催化活性，保证了光电致变色器件循环工作的稳定性。
2、器件通过采用二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极，NiO复合TiO2后形成了NiO阻挡层，二氧化钛/氧化镍配合硫化镉，提高了光阳极的光电转换效率，从而提高电光双方式调控变色器件变色性能。本发明使用氧化镍作为光阳极阻挡层，能有效提升太阳光利用率，具有更好的光电转换性能，间接使硫化镉染料层更薄，漂白态时透过率更高，同时氧化镍阻挡层本身也能进行变色，NiO复合TiO2后形成了P-N异质结，在电致变色器件工作过程中能够辅助提升器件的变色性能。
3、本发明的器件由于其使用无色透明电解液，相对于传统的碘化锂等有色电解液器件约50％的漂白态透过率、约10％的着色态透过率而言，其漂白态透过率更高，着色态透过率更适于人眼视物，实用性大大提高。
4、器件能够实现电调控变色和光调控变色，甚至在外部导线串联二极管时还可以电光同时调控，在这三种模式下，均能够调控变色，且都具有极迅速的响应时间，尤其对光调控性能进行优化，光调控具有极快的变色响应时间。
5、本发明的一种电光双方式调控变色器件的制备方法简单，制备成本低。
附图说明
图1为本发明的一种电光双方式调控变色器件的结构示意图。
图2为本发明的一种电光双方式调控变色器件的光电致变色原理图。
图3为本发明的一种电光双方式调控变色器件的实物图。
图4为本发明的一种电光双方式调控变色器件的透过率示意图。
图5为本发明的一种电光双方式调控变色器件在电调控时对不同波长光的透过率变化图。
图6为本发明的一种电光双方式调控变色器件在光调控与电光同时调控时690nm处着色和漂白的透过率变化图。
图中：1、第一FTO透明导电玻璃，2、第二FTO透明导电玻璃，3、氧化钨/铜变色膜，4、二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极，5、电解液。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
一种电光双方式调控变色器件，包括顺次设置的第一FTO透明导电玻璃1、氧化钨/铜变色膜3、含有溴锂离子的电解液5、二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极4和第二FTO透明导电玻璃2。如图1，第一FTO透明导电玻璃1的一侧面连接氧化钨/铜变色膜3，氧化钨/铜变色膜3作为阴极电致变色膜，第二FTO透明导电玻璃2的一侧面连接二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极4，含有溴离子和锂离子的电解液5介于氧化钨/铜变色膜3和二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极4之间。
氧化钨/铜变色膜3包括氧化钨纳米薄膜和沉积在氧化钨纳米薄膜上的铜纳米粒子，氧化钨纳米薄膜位于第一FTO透明导电玻璃1上。二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极4包括二氧化钛/氧化镍复合薄膜和硫化镉层，二氧化钛/氧化镍复合薄膜位于第二FTO透明导电玻璃2上，硫化镉层位于二氧化钛/氧化镍复合薄膜上。第一FTO透明导电玻璃1和第二FTO透明导电玻璃2均为无色导电玻璃。
上述一种电光双方式调控变色器件的制造方法包括如下步骤：
S1、预处理，获得第一FTO导电玻璃和第二FTO透明导电玻璃2。
用化学试剂对第一FTO导电玻璃和第二FTO透明导电玻璃2进行超声清洗，得到清洁的第一FTO导电玻璃和第二FTO透明导电玻璃2。
S2、在第一FTO导电玻璃导电面上制备氧化钨/铜变色膜3。
S2.1、配置pH值为1.4～1.6的溶质为钨酸钠和硫酸铵的溶液。
在烧杯中将3.2987g钨酸钠溶于90ml蒸馏水后，加入5.2856g硫酸铵，立即使用(3mol/L)盐酸调节pH为1.5。
S2.2、将S2.1得到的溶质为钨酸钠和硫酸铵的溶液置于水热反应釜中，将第一FTO导电玻璃导电面朝下放入水热反应釜的该溶液中，并在水热温度为170～190℃下反应1.8～2.2小时，再待到该溶液冷却至室温后取出第一FTO导电玻璃，蒸馏水反复冲洗第一FTO导电玻璃，对第一FTO导电玻璃进行干燥和退火处理，放入50～70℃的鼓风干燥箱中干燥20～40分钟，再置于280～320℃的管式炉中退火50～70分钟，得到氧化钨纳米薄膜。
将所制得的溶质为钨酸钠和硫酸铵的溶液取3.5ml置于水热反应釜中，将第一FTO导电玻璃导电面朝下放入水热反应釜的该溶液中，在水热温度为180℃下反应2小时，得到半成品的氧化钨纳米薄膜，待样品冷却至室温后取出，蒸馏水反复冲洗；再将半成品的氧化钨纳米薄膜放入60℃的鼓风干燥箱中干燥30分钟；最后，半成品的氧化钨纳米薄膜置于300℃的管式炉中退火60分钟，得到氧化钨纳米薄膜，完成位于第一FTO导电玻璃上的氧化钨纳米薄膜的制备。
S2.3、利用离子电沉积在氧化钨纳米薄膜上沉积铜纳米粒子。
以氯化铜+十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)+蒸馏水为沉积液，称为第一沉积液，氯化铜为2mM，十六烷基三甲基溴化铵为5mM，取100ml沉积液，S2.2已制备的氧化钨纳米薄膜为工作电极，铂网为对电极，银/氯化银电极为参比电极，使用CHI660E电化学工作站的恒电位法，电位选择-0.4V，电沉积时间为15～25s，在沉积液中将铜纳米粒子沉积在氧化钨纳米薄膜上得到氧化钨/铜复合薄膜，也就是得到氧化钨/铜变色膜3。
S3、在第二FTO导电玻璃导电面上制备二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极4。
S3.1、在第二FTO导电玻璃导电面上制备二氧化钛薄膜；
将清洗好的第二FTO导电玻璃导电面朝下放入水热反应原溶液中，140～160℃水热反应2.5～3.5小时，得到半成品的二氧化钛薄膜。待第二FTO导电玻璃及其上半成品的二氧化钛薄膜自然冷却后，取出用去离子水冲洗，冲洗后氮气吹干。为了除去样品内残留的有机物，将第二FTO导电玻璃退火处理20～40min，退火温度为400～500℃，最终得到二氧化钛薄膜。
S3.1水热反应的原溶液包括水、盐酸和钛酸四丁酯，通常水和盐酸的体积比比值范围为0.9～1.1、水和钛酸四丁酯的体积比比值范围为38～42。本实施方式中为水、盐酸和钛酸四丁酯的体积比为40:40:1，150℃水热反应3小时，退火处理为450℃退火处理30min。
S3.2、基于二氧化钛薄膜利用离子电沉积制备二氧化钛/氧化镍复合薄膜；
以硝酸镍+蒸馏水配置沉积液，硝酸镍浓度为0.2M，称为第二沉积液，取100ml第二沉积液待用。以上述制备好的二氧化钛薄膜作为工作电极，铂网为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，使用CHI660E电化学工作站的恒电流法，电流选择-2毫安，电沉积20～40s，得到半成品的氧化镍层，则得到半成品的二氧化钛/氧化镍复合薄膜，之后将所得半成品的二氧化钛/氧化镍复合薄膜置于280～320℃的管式炉中退火50～70分钟。得到二氧化钛/氧化镍复合薄膜。优选的电沉积时间为30s，退火温度为300℃，退火时间为60分钟。
S3.3、采用离子层沉积法在二氧化钛/氧化镍复合薄膜上制备硫化镉层和钝化层得到二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极4。
配置出适量0.5M硝酸镉乙醇溶液，配置0.5M硫化钠甲醇水溶液(甲醇:水＝1:1)，配置0.5M乙酸锌水溶液，配置0.5M硫化钠水溶液。使用连续离子层沉积法制备光阳极，将二氧化钛/氧化镍复合薄膜浸泡在硝酸镉乙醇溶液中5分钟，取出后用蒸馏水冲洗干净，用氮气吹干，再次浸泡到硫化钠甲醇水溶液中5分钟，取出后用蒸馏水冲洗干净，用氮气吹干。此为一个光阳极制备循环，将光阳极循环操作四次，得到半成品的二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极4。然后将半成品的二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极4以连续离子层沉积法制备钝化层，具体进行三个钝化层制备循环完成钝化层的制备。半成品的二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极4先浸泡在乙酸锌水溶液中10分钟，再浸泡在硫化钠水溶液中10分钟，此为一个钝化层制备循环，进行三个钝化层制备循环。制备完钝化层，则得到二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极4。
S4、配置无色透明的电解液5。
将1M四丁基溴化铵和0.1M高氯酸锂溶解在碳酸丙烯酯中得到无色透明的含有溴离子和锂离子的电解液5。
S5、将电解液5、具有氧化钨/铜变色膜3的第一FTO透明导电玻璃1、具有二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极4的第二FTO透明导电玻璃2组装在一起得到电光双方式调控变色器件。
使用沙林膜将二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极4、带有缺口的四氟垫片、氧化钨/铜变色膜3以三明治状结合后，注入电解液5，用环氧树脂封装成密闭结构，最终制备出电光双方式调控变色器件。
一种电光双方式调控变色器件的电致变色与光电致变色均如图2所示。一种电光双方式调控变色器件电调控时，第一FTO透明导电玻璃1和第二FTO透明导电玻璃2均通过导线连接电化学工作站。一种电光双方式调控变色器件光调控时，第一FTO透明导电玻璃1和第二FTO透明导电玻璃2通过串联开关的导线连接。一种电光双方式调控变色器件电与光共同调控时，第一FTO透明导电玻璃1和第二FTO透明导电玻璃2通过二极管连接，二极管的负极通过导线连接第一FTO透明导电玻璃1，正极通过导线连接第二FTO透明导电玻璃2，当通过导线直接连接且有光照时，一种电光双方式调控变色器件发生光电致变色；变色后若断开导线，则一种电光双方式调控变色器件褪色，也可通过电化学工作站外加电压褪色。电光同时调控时，外部导线串联二极管，光照且用电化学工作站加压，此时器件着色；断开导线，则一种电光双方式调控变色器件褪色，也可通过电化学工作站外加电压褪色。图2中的Ox表示氧化性物质，Red表示还原性物质，D表示硫化镉分子，D+表示失去电子后的硫化镉分子，D*表示硫化镉分子得失电子变化态，Br3 -表示多个溴离子Br-，EC表示导带，EV表示表示价带，Potential vs NHE表示所研究的电极相对于标准氢电极的电位。图中的“充电”、Li+插入氧化钨/铜变色膜3中、Li+从二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极4抽出，均对应氧化钨/铜变色膜3变色着色过程。图2中的“放电”、Li+从氧化钨/铜变色膜3中抽出、Li+插入光阳极中，均对应器件褪色漂白过程。氧化钨/铜变色膜3变色着色和褪色漂白时，NiO协同氧化钨/铜变色膜3变色和褪色。
本发明的一种电光双方式调控变色器件包括Cu纳米粒子，Cu纳米粒子通过电沉积的方法覆载在WO3纳米薄膜上形成复合薄膜，Cu纳米粒子和氧化钨纳米薄膜形成的肖特基结界面有效的提高了界面电荷转移与传输效率，提高了导电性，产生的等离子体共振效应能够改变光谱响应范围，从而优化变色性能。
本发明将NiO复合TiO2后形成了NiO阻挡层，此NiO阻挡层能够阻止TiO2导带电子与硫化镉和电解液5中的离子再复合，也能够阻止导电玻璃FTO上的电子与电解液5中离子再复合，从而提高了电光双方式调控变色器件的光电转换性能，另外NiO电沉积到TiO2纳米线表面会形成P-N异质结并且很牢固，辅助提高了电致变色器件的变色性能与循环稳定性。
本发明的一种电光双方式调控变色器件在受到太阳光照射后，硫化镉(CdS)受光照刺激后会产生大量的电子-空穴对，随后电子与空穴进行分离，由于硫化镉高能级位置低于NiO导带能级位置、高于TiO2导带能级位置，硫化镉只能将电子传递给TiO2，从而完成光阳极的光电转换。之后电荷从电光双方式调控变色器件的外部导线传导进入氧化钨/铜变色膜3中(图2中的充电)，同时电解液5的Li+插入氧化钨/铜变色膜3中，使氧化钨/铜变色膜3变色。在这个过程中，NiO复合TiO2后形成了NiO阻挡层与P-N异质结，此NiO阻挡层能够阻止TiO2导带电子与硫化镉和电解液5中氧化还原离子再复合，也能够阻止第二导电玻璃FTO上的电子与电解液5中氧化还原离子再复合，对应图2中的三个“×”号，提高了二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极4的光电转换效率，使其有更多的电荷进入氧化钨/铜变色膜3，P-N异质结能辅助提高电致变色器件的变色性能，另外三维结构TiO2与NiO复合，可得到大比表面积的三维结构TiO2/NiO复合薄膜，能增加薄膜与电解液的接触面积，有利于NiO薄膜光学对比度和着色效率的优化；总之，NiO复合TiO2后能有效提升光阳极性能，从而提高电光双方式调控变色器件性能。
阴极变色膜在变色与褪色的过程中会与电解液5中的氧化还原对接触，进行电荷的内部传导，此时由于WO3纳米薄膜与Cu纳米粒子复合产生的肖特基结会提升电荷的转移与传输效率，进而间接增强电解液5中的氧化还原对活性，保证了光电致变色器件的循环稳定性。与此同时三维结构的WO3/Cu复合变色膜具有更大的比表面积，为变色膜增加大量的反应位点，这在器件褪色过程中的作用是明显的，反应位点的增加会加快变色膜与电解液5中氧化还原对的电荷转移，使得器件褪色时间缩短，另外Cu纳米粒子复合在WO3材料表面后产生的等离子体共振效应能够增强太阳光的利用率从而改善光学调制性，这也使器件的实际应用性能更出色。
图3为一种电光双方式调控变色器件的实物图，(a)为漂白状态图，器件为黄色；(b)为着色状态图，器件为蓝色。一种电光双方式调控变色器件在连接外电路并且受到光照时颜色会变为蓝色，使其透过率下降。透过率如图4所示，器件漂白态的最大透过率在650nm附近约为67％，650nm处着色态透过率约为29％，光调制为38％。也可发现器件着色态时透过率在近红外光波段逐渐减小。器件在785nm处漂白态透过率约为65％，着色态透过率约为21％，具有最大光调制，约为44％。本发明的器件相对于传统器件(传统器件漂白态透过率约为50％，着色态透过率约为10％。)而言，其漂白态透过率更高，实际应用中人眼视物更清晰，着色态透过率更合适，避免人眼视物受阻，实用性大大提高。另外，由于近红外光中具有大量能量，长时间的近红外光照射会产生高温等不良影响，而器件在着色时，其对近红外光的透过率较低，能够有效的调节因为近红外光照射而产生的高温等不良影响。同时对人眼视物的影响较小，在汽车侧挡风玻璃、汽车后视镜等方面具有潜在的应用价值。
如图5所示为一种电光双方式调控变色器件在电调控时对不同波长光的透过率变化图。器件在-3V～+3V的电压调控下着色时间约为7.5s，漂白时间约为1s，响应时间十分迅速，尤其1s左右的漂白时间给器件的实际应用带来极大的好处，避免了因为特殊情况可能给人造成的视觉错误。同时从图5中可以看出在近红外光波段器件的光调制范围更大，证明了其对近红外光的调控性能较好，进而证明其具有一定的温度调节能力。总而言之，电调控下器件的响应时间在同类型的研究中是拔得头筹的，器件的变色性能比同类型的研究更具有实际应用性。
如图6所示为器件690nm处透过率变化图，其图(a)和图(b)对应在光调控时的透过率，其图(c)和图(d)对应在光调控时的透过率。本发明使用50mW/cm2的氙灯光源模拟太阳光，从图(a)和图(b)可知器件在其照射下着色时间约为55s，无外加电压时的自动漂白时间约为80s，另外，如图(c)和图(d)所示，在外部导线串联二极管时，器件可以电光同时调控，光照且加-3V电压时着色时间约为5.5s，+3V电压漂白时间约为1s。本发明无论是在电调控还是光调控下都具有极快的变色响应时间与极高的透过率调制性能，这在实际的智能车玻璃、建筑物玻璃等方面的应用上是极具优势的。另外，其他同类型光电致变色器件在光调控下着色时间普遍在100s以上褪色时间在300s以上，对此而言本发明的一种电光双方式调控变色器件光调控下着色时间仅在55s左右，褪色时间通常不超过80s，大幅度提升器件在光调控下的变色性能。并且本发明在电光同时作用下漂白时间再度缩短，约为5.5s，这为智能车玻璃等实际应用上的快速变色提供了可能，更有益于实际应用的需要。
本发明的一种电光双方式调控变色器件能够实现电调控变色和光调控变色，甚至在外部导线串联二极管时还可以电光同时调控，在这三种模式下，均能够调控变色，都具有极迅速的响应时间，尤其是光调制性能优异，光调制具有极快的变色响应时间。本发明的一种电光双方式调控变色器件在未来的智能窗实际应用上有很大潜力，可构建作为智能窗的电光双方式调控变色器件，在高效节能环保的变色器件领域独树一帜，通过电光双调控实现对建筑物与外界环境能量交换的控制。本发明的一种电光双方式调控变色器件的制备方法简单，制备成本低。
本发明的一种电光双方式调控变色器件通过采用氧化钨/铜变色膜3，也就是通过铜纳米粒子、基于氧化钨/铜变色膜3形成肖特基结界面、变色膜具有较多反应位点，有效的提高了界面电荷转移与传输效率，优化了器件变色性能，使得器件着、褪色时间缩短；Cu纳米粒子复合在WO3材料表面后产生的等离子体共振效应能够增强太阳光的利用率从而改善光学调制性，这也使器件的实际应用性能更出色。一种电光双方式调控变色器件通过采用二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极4，NiO复合TiO2后形成了NiO阻挡层和P-N异质结，二氧化钛/氧化镍配合硫化镉，提高了二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极4的光电转换效率，从而提高电光双方式调控变色器件变色性能。本发明使用氧化镍作为光阳极阻挡层，能有效提升太阳光利用率，具有更好的光电转换性能，间接使硫化镉染料层更薄，漂白态时透过率更高，同时氧化镍阻挡层本身也能进行变色，能够辅助提升器件的变色性能。本发明的器件由于其使用无色透明电解液5，相对于传统的碘化锂等有色电解液器件约50％的漂白态透过率、约10％的着色态透过率而言，其漂白态透过率更高，着色态透过率更适于人眼视物，实用性大大提高。本发明的一种电光双方式调控变色器件在纯光作用下、光电的作用下都具有极快的变色响应时间与极高的透过率调制性能，在车辆玻璃或建筑物玻璃等方面的应用上是极具优势和潜力的。
Claims (10)
1.一种电光双方式调控变色器件，其特征在于，包括顺次设置的第一FTO透明导电玻璃、氧化钨/铜变色膜、无色透明的电解液、二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极和第二FTO透明导电玻璃，所述电解液中含有溴离子和锂离子。
2.如权利要求1所述的一种电光双方式调控变色器件，其特征在于，所述氧化钨/铜变色膜包括氧化钨纳米薄膜和沉积在氧化钨纳米薄膜上的铜纳米粒子，氧化钨纳米薄膜位于第一FTO透明导电玻璃上；二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极包括二氧化钛层、氧化镍层和硫化镉层，二氧化钛层位于第二FTO透明导电玻璃上，氧化镍层位于二氧化钛层上，硫化镉层位于氧化镍层上。
3.如权利要求2所述的一种电光双方式调控变色器件，其特征在于，所述二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极还包括钝化层，钝化层位于硫化镉层上。
4.如权利要求1所述的一种电光双方式调控变色器件，其特征在于，所述第一FTO透明导电玻璃和第二FTO透明导电玻璃均为无色导电玻璃。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的一种电光双方式调控变色器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、取得第一FTO导电玻璃和第二FTO透明导电玻璃；
S2、在第一FTO导电玻璃导电面上制备氧化钨/铜变色膜；
S3、在第二FTO导电玻璃导电面上制备二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极；
S4、配置无色透明的含有溴离子和锂离子的电解液；
S5、组装电解液、具有氧化钨/铜变色膜的第一FTO透明导电玻璃和具有二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极的第二FTO透明导电玻璃得到电光双方式调控变色器件。
6.如权利要求5所述的一种电光双方式调控变色器件的制备方法，其特征在于，所述S2包括：
S2.1、配置溶质为钨酸钠和硫酸铵的溶液，该溶液的pH值为1.4～1.6；
S2.2、将第一FTO导电玻璃导电面朝下放入S2.1制备的溶液中，通过水热反应在第一FTO导电玻璃上制备氧化钨纳米薄膜；
S2.3、利用离子电沉积在氧化钨纳米薄膜上沉积铜纳米粒子，得到氧化钨/铜变色膜；
所述S3包括：
S3.1、在第二FTO导电玻璃导电面上制备二氧化钛薄膜；
S3.2、利用离子电沉积在二氧化钛薄膜上沉积氧化镍得到二氧化钛/氧化镍复合薄膜；
S3.3、采用离子层沉积法在二氧化钛/氧化镍复合薄膜上制备硫化镉层，采用离子层沉积法在硫化镉层上制备钝化层，得到二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极。
7.如权利要求6所述的一种电光双方式调控变色器件的制备方法，其特征在于，所述S2.2具体为：将S2.1得到溶液置于水热反应釜中，将第一FTO导电玻璃导电面朝下放入水热反应釜的该溶液中，并在水热温度为170～190℃下反应1.8～2.2小时，待到第一FTO导电玻璃冷却至室温后从溶液中取出第一FTO导电玻璃，蒸馏水冲洗第一FTO导电玻璃，将第一FTO导电玻璃放入50～70℃的鼓风干燥箱中干燥20～40分钟，干燥后退火处理50～70分钟，退火温度为280～320℃，退火处理后得到氧化钨纳米薄膜；
S2.3具体为：所述S2.3采用第一沉积液进行离子电沉积，第一沉积液包括氯化铜、十六烷基三甲基溴化铵和蒸馏水，其中氯化铜的浓度为2mM、十六烷基三甲基溴化铵的浓度为5mM，以S2.2制备得到的氧化钨纳米薄膜为工作电极，铂网为对电极，银/氯化银电极为参比电极，使用电位为-0.4V的恒电位法，电沉积时间为15～25s，得到氧化钨/铜变色膜。
8.如权利要求6所述的一种电光双方式调控变色器件的制备方法，其特征在于，所述S3.1具体为：将第二FTO导电玻璃导电面朝下放入水热反应原溶液中，140～160℃水热反应2.5～3.5小时，得到半成品的二氧化钛薄膜，待第二FTO导电玻璃自然冷却后，取出第二FTO导电玻璃并用去离子水冲洗，冲洗后氮气吹干，将第二FTO导电玻璃退火处理20～40min，退火温度为400～500℃，退火处理后得到二氧化钛薄膜；
所述S3.2具体为：以0.2M的硝酸镍溶液作为第二沉积液，以S3.1得到的二氧化钛薄膜作为工作电极，铂网为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，使用电流为-2毫安的恒电流法，电沉积20～40s，得到半成品的二氧化钛/氧化镍复合薄膜，将所得半成品的二氧化钛/氧化镍复合薄膜以280～320℃温度退火50～70分钟，退火后得到二氧化钛/氧化镍复合薄膜。
9.如权利要求6所述的一种电光双方式调控变色器件的制备方法，其特征在于，所述S3.3具体为：
配置出适量0.5M硝酸镉乙醇溶液，配置0.5M硫化钠甲醇水溶液，配置0.5M乙酸锌水溶液，配置0.5M硫化钠水溶液；
取二氧化钛/氧化镍复合薄膜进行如下四次循环，四次循环后得到硫化镉层，即得到半成品的二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极，每次循环为：将二氧化钛/氧化镍复合薄膜浸泡在硝酸镉乙醇溶液中5分钟，取出后用蒸馏水冲洗干净，用氮气吹干，再次浸泡到硫化钠甲醇水溶液中5分钟，取出后用蒸馏水冲洗干净，用氮气吹干；
取半成品的二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极进行如下三次循环，三次循环后得到钝化层，二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极制备完成，每次循环为：半成品的二氧化钛/氧化镍/硫化镉光阳极先浸泡在乙酸锌水溶液中10分钟，再浸泡硫化钠水溶液中10分钟。
10.如权利要求1至4中任意一项所述的一种电光双方式调控变色器件，其特征在于，所述器件用于车辆玻璃或建筑物玻璃领域。
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| CN116449623B (zh) | 2024-09-10 |
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