钒掺杂三氧化钨薄膜的制备与电致变色性能研究

作     者：杨锋 

作者单位：重庆理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：崔月华

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 0702[理学-物理学] 

主      题：电致变色 氧化钨 钒掺杂 电沉积 

摘      要：电致变色材料具有可动态调节光学性能的特点。其中,三氧化钨(WO)一直是人们研究得最多也是相对充分的一种电致变色材料。然而,WO电致变色器件的制造成本较高。本文以构造低成本、高性能的WO电致变色材料为目的,通过掺杂的方式进行改性和研究,同时探索了相应器件的制备。钒掺杂是一种常见的对WO材料改性的手段,被证明能有效提高材料电导率、增加材料表面电化学活性位点,从而有利于提升材料电化学性能。然而对于三氧化钨薄膜材料,目前所报道的钒掺杂方式一般涉及高温高压过程,操作复杂,不利于大规模制备。为解决该难题,本研究发展了一种制备钒掺杂三氧化钨薄膜的电沉积方法,通过将Na VO和NaWO共混进行电沉积,按照1%、2%、3%、5%钒钨摩尔比进行掺杂,经过高温退火后,简单高效地制备出钒掺杂的WO薄膜。该方法具有简便经济、可重复性高等优点,具有较高实用价值。与未掺杂的WO对比发现,钒掺杂促进了WO的电沉积,单位时间内沉积量更多,有利于减少工业化生产时间。通过该方法制备出钒原子掺杂量可控的一系列钒掺杂氧化钨薄膜,并发现钒钨摩尔比为2%的WO薄膜展现出最佳的电致变色性能。与未掺杂的WO相比,钒钨摩尔比为2%的WO在632.8 nm处的对比度从6.13%提升至16.46%,着色效率由22.3 cmC提升到41 cmC且循环稳定性增加,Li脱出也更容易。通过EDS面扫图得出,钒在WO物相中分布均匀。掺杂后,WO表面结构变得粗糙,晶粒尺寸减小,在30 nm左右,粗糙的结构能够提供大量的反应位点,禁带宽度从3.6 e V减小到3.55 e V。进一步的,我们采用2%最佳钒钨摩尔比,在ITO玻璃、柔性ITO-PET、柔性石墨烯-PET基底上电沉积了V掺杂的WO,并且自制了凝胶态电解质和水系电解质,制备了三种可以实现“蓝色-透明可逆变色的电致变色器件,器件变色情况良好。我们发现导电性佳的ITO玻璃与ITO-PET沉积效果比柔性石墨烯-PET基底均匀。我们还发现石墨烯基底的V掺杂WO可在Na Cl水溶液中变色且水系电解质不会产生气泡,对于未来WO器件的制备有参考意义。