一种具有电致变色特性的薄膜材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了属于电致变色【技术领域】的一种基于镍铝水滑石薄膜的电致变色材料及其制备方法。本发明的技术方案为：在ITO导电玻璃上原位生长镍铝水滑石，得到多孔阵列结构的水滑石纳米片薄膜，该薄膜是以ITO导电玻璃为导电层，镍铝水滑石为变色层的电致变色薄膜。应用该薄膜可制备出由无色到棕色的电致变色器件。本发明制备得到的基于镍铝水滑石的电致变色薄膜是以无机水滑石为活性材料的一类新型的电致变色材料。该薄膜具有良好的光学对比度、快速响应时间、较快的着色和漂白时间以及较高的着色效率、高循环稳定性等高的光电化学性能。
【专利说明】一种具有电致变色特性的薄膜材料及其制备方法
[0001]所属领域
[0002]本发明属于电致变色【技术领域】，特别是提供了一种基于镍铝水滑石薄膜的电致变色材料及其制备方法。
【背景技术】
[0003]电致变色材料是在外电场或电流的作用下可以发生可逆的光吸收或光散射，从而产生可逆的颜色变化，在智能窗、汽车后视镜以及显示器方面有很重要的应用价值。1969年，S.K.Deb首先发现了 WO3薄膜的电致变色性能(S.K.Deb1Appl.0pticsl969, 3，192)，后来人们发现许多过渡金属氧化物也具有电致变色的特性。无机电致变色材料基于其高的着色效率，高的光学对比度及其廉价易得等优势，而得到了广泛的研究。与此同时，无机电致变色材料的响应时间较长，响应时间是由于材料本身的氧化还原特性决定的，主要包括在电解质与电极材料界面的电荷转移和电极材料内部的离子扩散两个过程，只有提高这两个过程的反应速度才有可能使其响应时间有所提升。将这类无机材料设计成为合理的纳米结构，以提高其比表面积从而增加反应活性位点是一种提高响应时间的有效途径。
[0004]含过渡金属Ni的水滑石类层状材料，具有较高的比表面积和电化学活性，且对环境友好、容易合成，是一种很有前景的电致变色材料。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种具有电致变色特性的无机薄膜材料及其制备方法，该薄膜材料是一种具有特定电敏性能的电致变色材料。
[0006]本发明的技术方案为:在ITO导电玻璃上原位生长镍铝水滑石，得到多孔阵列结构的水滑石纳米片薄膜，该薄膜是以ITO导电玻璃为导电层，镍铝水滑石为变色层的电致变色薄膜。应用该薄膜可制备出由无色到棕色的电致变色器件。
[0007]本发明所述的具有电致变色特性的薄膜材料的制备方法为:
[0008]A:将ITO导电玻璃依次用丙酮、去离子水、乙醇分别进行超声清洗10-15分钟后，烘干备用；
[0009]B:将可溶二价镍盐、可溶三价铝盐、尿素、NH4F溶解于去离子水中配制成混合盐溶液，其中镍与招的摩尔比为(1-3): 1，镍与招的总浓度为2-4mmol/L,尿素的浓度为50-80mmol/L, NH4F的浓度为l-3mmol/L，超声并搅拌使其混合均匀后倒入高压反应釜中，将步骤A处理后的ITO导电玻璃倾斜放入反应釜，于90-130°C下反应6-9小时后取出，用去离子水冲洗，烘干，即得到具有电致变色特性的薄膜材料。
[0010]所述的可溶二价镍盐为硝酸镍或氯化镍；所述的可溶三价铝盐为硝酸铝或氯化招。
[0011]所述的具有电致变色特性的薄膜材料的电致变色性能测试方法:取面积为l-3cm2上述制备的具有电致变色特性的薄膜材料作为电极，配制0.3-0.5M的L1H溶液作为电解质溶液，在三电极体系下测试其电致变色性能，Pt电极为辅助电极，甘汞电极为参比电极。
[0012]将上述制备的具有电致变色特性的薄膜材料应用于制备电致变色器件:取一片上述制备的具有电致变色特性的薄膜材料作为正极，取相同面积的一片110玻璃作为负极，将110?电解质注入到正负极之间，用热塑胶将正负极的四周进行封装后，可得到基于镍铝水滑石的电致变色器件。
[0013]本发明制备得到的基于镍铝水滑石的电致变色薄膜是以无机水滑石为活性材料的一类新型的电致变色材料。该薄膜具有良好的光学对比度、快速响应时间、较快的着色和漂白时间以及较高的着色效率、高循环稳定性等高的光电化学性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明实施例1步骤八合成的具有电致变色特性的薄膜材料的X射线衍射图，￡1为110导电玻璃的X射线衍射图，13为具有电致变色特性的薄膜材料的X射线衍射图，其中横坐标为2 0，单位:度；纵坐标为强度。
[0015]图2为本发明实施例1合成的具有电致变色特性的薄膜材料的扫描电镜图。
[0016]图3为本发明实施例1中合成的具有电致变色特性的薄膜材料在三电极测试体系中的循环伏安曲线。其中横坐标为电位，单位:伏特；纵坐标为电流，单位:安培。扫描速率为20毫伏/秒。电解质为0.3111011, 电极为对电极，甘汞电极为参比电极。
[0017]图4为本发明实施例1合成的具有电致变色特性的薄膜材料在三电极测试体系中分别在电压为和0.58乂时的数码照片。
[0018]图5为本发明实施例1合成的具有电致变色特性的薄膜材料在不同电压下的紫外-可见光区(300-800纳米)的透过率曲线^为电压为07时的透过率曲线，6为电压为0.58乂时的透过率曲线。其中横坐标为波长，单位:纳米；纵坐标为透过率，单位:1。
【具体实施方式】
[0019]实施例1
[0020]^:将110导电玻璃依次在丙酮、去离子水、乙醇中分别超声清洗15分钟，放于601烘箱内，烘干备用；
[0021]8:将 0.436邑的附(勵3)2.6^0,0.189^ 的八 1 (勵^.9^0,0.38 尿素、0.07?琴溶解于100此去离子水中配制成混合盐溶液，超声并搅拌使其混合均匀后倒入高压反应釜中，将八步骤处理后的110导电玻璃倾斜放入此反应釜中，于1101下反应8小时后取出，用去离子水冲洗，烘干，即得到具有电致变色特性的薄膜材料。
[0022]电致变色性能测试:取面积为#2(^2的步骤8得到的具有电致变色特性的薄膜材料作为电极，配制0.31的[10?溶液作为电解质溶液。在三电极体系下测试其电致变色性能，？七电极为辅助电极，甘汞电极为参比电极。
[0023]将上述制备的具有电致变色特性的薄膜材料应用于制备电致变色器件:取一片面积为#2(^2步骤8得到的具有电致变色特性的薄膜材料作为正极，取相同面积的一片1丁0玻璃作为负极，将[10?电解质注入到正负极之间，用热塑胶将正负极的四周进行封装后，可得到基于镍铝水滑石的电致变色器件。
[0024]如图1所示，父尺0图中水滑石的(012)、(110)、(113)的衍射峰分别出现在了 35。、60.2° ,61.5°，(003) (006)峰没有出现，说明水滑石的生长具有一定的取向性，是垂直于ab平面生长。图2也可以看出水滑石片的取向生长，同时看到水滑石的多孔阵列结构。通过图3的循环伏安曲线可以看出明显的镍的氧化还原峰，说明电致变色的机理就在于氢氧化镍与羟基氧化镍的可逆的氧化还原反应。图4明确的给出了不同电压时具有电致变色特性的薄膜材料电极的颜色变化，由OV时的浅绿色到0.58V的棕色。图5从透过率曲线上科学的表征了电极片的颜色变化，可以看出在580纳米出透过率的变化差值有53%，同时计算其光学对比度TcZTx为22%，表现了该材料较高的光学对比度。
[0025]实施例2
[0026]A:将ITO导电玻璃依次在丙酮、去离子水、乙醇溶液中分别超声清洗15分钟，放于60°C烘箱内，烘干备用；
[0027]B:将 0.387g 的 Ni (NO3)2.6H20、0.253g 的 Al (NO3)3.9Η20、0.3g 尿素、0.074gNH4F溶解于10mL去离子水中配制成混合盐溶液，超声并搅拌使其混合均匀后倒入高压反应釜中，将A步骤处理后的ITO导电玻璃倾斜放入此反应釜中，于110°C下反应8小时后取出，用去离子水冲洗，烘干，即得到具有电致变色特性的薄膜材料。
[0028]电致变色性能测试:取面积为l*3cm2的步骤B得到的具有电致变色特性的薄膜材料作为电极，配制0.5M的L1H溶液作为电解质溶液。在三电极体系下测试其电致变色性能，Pt电极为辅助电极，甘汞电极为参比电极。
[0029]将上述制备的具有电致变色特性的薄膜材料应用于制备电致变色器件:取一片面积为l*2cm2步骤B得到的具有电致变色特性的薄膜材料作为正极，取相同面积的一片ITO玻璃作为负极，将L1H电解质注入到正负极之间，用热塑胶将正负极的四周进行封装后，可得到基于镍铝水滑石的电致变色器件。
[0030]经表征:上述得到基于镍铝水滑石的电致变色电极结构中的水滑石具有多孔阵列结构，水滑石纳米片的生长具有一定取向性；经测试:电致变色器件在-0.1V和0.58V分别呈现了浅绿色和棕色两种不同颜色状态，同时测量得到的光学对比度为24%。
【权利要求】
1.一种具有电致变色特性的薄膜材料的制备方法，其特征在于，其具体操作步骤为: A:将ITO导电玻璃依次用丙酮、去离子水、乙醇分别进行超声清洗10-15分钟后，烘干备用; B:将可溶二价镍盐、可溶三价铝盐、尿素、NH4F溶解于去离子水中配制成混合盐溶液，其中镍与铝的摩尔比为(1-3):1，镍与铝的总浓度为2-4mmol/L，尿素的浓度为50-80mmol/L，NH4F的浓度为l-3mmol/L，超声并搅拌使其混合均匀后倒入高压反应釜中，将步骤A处理后的ITO导电玻璃倾斜放入反应釜，于90-130°C下反应6-9小时后取出，用去离子水冲洗，烘干，即得到具有电致变色特性的薄膜材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的可溶二价镍盐为硝酸镍或氯化镍；所述的可溶三价铝盐为硝酸铝或氯化铝。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备得到的具有电致变色特性的薄膜材料的电致变色性能测试方法为:取面积为l_3cm2的具有电致变色特性的薄膜材料作为电极，配制0.3-0.5M的L1H溶液作为电解质溶液，在三电极体系下测试其电致变色性能，Pt电极为辅助电极，甘汞电极为参比电极。
4.根据权利要求1所述的方法制备的具有电致变色特性的薄膜材料在制备电致变色器件中的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述的制备电致变色器件的方法为:取一片具有电致变色特性的薄膜材料作为正极，取相同面积的一片ITO玻璃作为负极，将L1H电解质注入到正负极之间，用热塑胶将正负极的四周进行封装后，可得到基于镍铝水滑石的电致变色器件。
【文档编号】C03C17/22GK104402240SQ201410577527
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】韩景宾, 刘晓西, 周阿武, 豆义波, 卫敏 申请人:北京化工大学