【摘要】：日益劇增的能源需求,已經(jīng)成為人類社會發(fā)展的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。合理提高能源利用效率,維持經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)前的迫切需求。據(jù)統(tǒng)計,我國建筑能耗主要包括冬天取暖以及夏天制冷,其約占全社會總能耗的40%,因此建筑節(jié)能意義重大。電致變色技術(shù)為現(xiàn)代建筑物的節(jié)能提供了一種新的解決方案,它可以按照人的意志調(diào)節(jié)玻璃的可見光透過率以及太陽光輻射能。因此,大面積電致變色玻璃的產(chǎn)業(yè)化也被提上了日程。而從實驗室的小面積電致變色玻璃到可以在實際生活中應(yīng)用的大面積電致變色玻璃還有很長的路要走,許多技術(shù)、工藝問題迫切需要解決,電致變色玻璃的循環(huán)壽命和穩(wěn)定性也亟需提高。本論文采用多種方法制備了氧化鎢及氧化鎳電致變色薄膜,合成了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/碳酸丙烯酯(PC)和聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)/N,N-二甲基甲酰胺(DMF)準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì),并且用熱壓膠片法將變色層與電解質(zhì)層組裝成大面積的電致變色玻璃,測試器件的循環(huán)穩(wěn)定性。進(jìn)一步制作了氧化鎢/氧化鎳復(fù)合電極互補(bǔ)型電致變色玻璃,提高了器件的光調(diào)制范圍及響應(yīng)速度,使器件具有了良好的阻隔太陽光及防止偷窺的作用。首先,用磁控濺射、噴涂、噴霧熱解以及絲網(wǎng)印刷等方法制備了大面積摻鉬氧化鎢電致變色薄膜,并制作了PMMA/PC準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì),用熱壓膠片法把電解質(zhì)和電致變色薄膜組裝成器件,并對器件的光調(diào)制范圍、響應(yīng)時間、循環(huán)穩(wěn)定性等進(jìn)行了測試。觀察到器件隨著循環(huán)次數(shù)的增多,會逐漸產(chǎn)生氣泡,光調(diào)制范圍和響應(yīng)時間也會逐漸降低,用電子能譜儀和紅外光譜儀分別分析了薄膜和電解質(zhì)成分的改變,發(fā)現(xiàn)電解質(zhì)中的Li~+與PC分子之間具有很強(qiáng)的相互作用,生成了[LiPC]~+,它比純的PC溶劑擁有更低的最低未占分子軌道。PC-ClO_4~-復(fù)合氧化導(dǎo)致PC去質(zhì)子化并形成HClO_4,陰離子的存在降低了溶劑的氧化穩(wěn)定性,并改變了分解動力學(xué)和熱力學(xué),導(dǎo)致形成氣體,降低了器件的循環(huán)穩(wěn)定性。為了緩解產(chǎn)生的氣泡問題,制備了PVDF-HFP/DMF準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì),并用熱壓膠片法組裝成器件,對器件性能進(jìn)行測試。發(fā)現(xiàn)當(dāng)用PVDF-HFP:DMF=50%的電解質(zhì)組裝成器件后,循環(huán)100圈后無氣泡產(chǎn)生,說明改善了器件循環(huán)過程中電解質(zhì)發(fā)生分解的問題,提高了器件的循環(huán)壽命。最后,為了提高光調(diào)制范圍,加快響應(yīng)時間,使變色玻璃能夠更好地起到節(jié)約能源和防止偷窺的作用,制備了氧化鎢/氧化鎳復(fù)合電極互補(bǔ)型電致變色玻璃。討論了制備參數(shù)對氧化鎳薄膜性能的影響:當(dāng)射頻濺射NiO靶材時,濺射功率為60 W、氧氣與氬氣的比例為0:70、濺射偏壓224 V時制備的器件的變色性能最好;當(dāng)直流濺射Ni靶材時,濺射功率60 W,氧氣與氬氣的比例為30:60時制備的器件的變色性能最好�；谝陨涎芯�,有望為生產(chǎn)性能優(yōu)異、可長期使用的大面積電致變色玻璃提供良好的工程技術(shù)支撐。
【圖文】：

圖 1.1 多窗格的電致變色智能窗實際應(yīng)用的兩個例子。(a) 應(yīng)用在美國 Lawrenceerkelecy National 圖書館的電致變色智能窗[30]；(b) 應(yīng)用在瑞典的烏普薩拉市一個公司中的 ChromoGenics AB 公司生產(chǎn)的電致變色智能窗[31]目前電致變色技術(shù)仍然存在著一些問題，比如有限的可以變化的顏色、緩慢轉(zhuǎn)變速度、較低的循環(huán)穩(wěn)定性和不成熟的裝配工藝等。.3 電致變色材料電致變色材料分為無機(jī)電致變色材料和有機(jī)電致變色材料。在過去的幾十年致變色材料和器件由于可以節(jié)約能源和具有優(yōu)異的光調(diào)制性能，吸引了越來越人的關(guān)注�？紤]到電致變色器件的實際應(yīng)用，電致變色材料的光調(diào)制范圍（ΔT）長期的循環(huán)穩(wěn)定性也受到越來越多的關(guān)注[32-35]。例如，氧化鎢（WO3）由于它用的電致變色性能和較大的光調(diào)制范圍而成為一種發(fā)展的很好的電致變色材，它是一種陰極著色材料。氧化鎳（NiO）也是一種典型的電致變色材料，它一種陽極著色材料�，F(xiàn)在有很多基于 WO3和 NiO 的電致變色器件的研究。電

圖 1.2 氧化物具有陽極著色或陰極著色的過渡金屬元素分布[40-43]1.3.1.1 陰極著色材料WO3、MoO3、TiO2和 Nb2O5是陰極電致變色材料的典型代表。下面著重介紹典型的陰極著色材料三氧化鎢的著色機(jī)理。WO3的電致變色是一種非常復(fù)雜的現(xiàn)象，它可以由下面簡單的反應(yīng)式表達(dá)：（透明）WO3+xM++xe- MxWO3（深藍(lán)） (1)式中，0<x<1，M+為 H+, Li+, Na+或是 K+，，e-表示電子。著色過程是一個電子遷移過程，而其光學(xué)吸收主要在于共價電子從 W5+變?yōu)榱?W6+。1.3.1.2 陽極著色材料NiO、IrOx 、Co2O3、V2O5、Rh2O3是陽極電致變色材料的典型代表。下面著重介紹典型的陽極著色材料氧化鎳的著色機(jī)理。作為自然界豐富存在的低成本的半導(dǎo)體，氧化鎳 (NiO) 被廣泛應(yīng)用在超級電容器、傳感器以及電致變色智能窗中。NiO 在陽極著色狀態(tài)下呈現(xiàn)灰色，在褪色狀態(tài)下又比較透明，且具有較好的離子儲存能力。
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ171.724

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2697673