本發(fā)明涉及材料，具體涉及到一種基于電沉積的銅鉍與水合氧化鎢薄膜的電致變色器件及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著人類環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，如何提高能源利用效率是當(dāng)今社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)。據(jù)報(bào)道，僅僅是建筑物中的供暖、通風(fēng)和空調(diào)(hvac)系統(tǒng)就占到全球一次能源能耗的40％。智能窗可以通過控制光通量來減少由于照明、供暖和制冷等帶來的能源消耗，與固定低發(fā)射率玻璃相比可以節(jié)省20％的能源。另有研究表明使用智能窗能夠緩解員工疲勞并提高2％的生產(chǎn)力。電致變色技術(shù)是一項(xiàng)能夠提高能源利用效率且具有智能窗應(yīng)用前景的技術(shù)，擁有著比傳統(tǒng)百葉窗更美觀的切換效果。

2、電致變色材料或器件通過施加偏壓可逆地控制其著色態(tài)和褪色態(tài)，盡管進(jìn)行了數(shù)十年研究，但傳統(tǒng)電致變色器件因顏色、成本、速度和耐用性等問題尚未廣泛普及市場。可逆金屬電沉積(rme)器件是一種新型電致變色器件，在可見光、紅外等波段具有出色光譜調(diào)控能力，且具有結(jié)構(gòu)簡單、能耗低、多色態(tài)調(diào)控等獨(dú)特優(yōu)勢，在智能窗、熱管理、信息顯示等領(lǐng)域展現(xiàn)出極大的應(yīng)用潛力。

3、2020年caroline?sunyong?lee等通過納米顆粒干法噴涂系統(tǒng)，在氟摻雜氧化錫(fto)電極表面噴涂wo3納米顆粒制備了表面粗糙電極，以此構(gòu)建了三態(tài)可逆ag基電沉積器件(son?m,shin?d,lee?c?s.facile?fabrication?of?trimodal?switchable?mirrordevice?with?zero?transmittance?in?the?black?state.advanced?materialsinterfaces,2021,8(3):2001416.)。不同于傳統(tǒng)的變色器件，rme器件沒有電致變色層。整個(gè)rme器件在外置偏壓下運(yùn)行，在施加還原電壓的條件下，金屬離子沉積到工作電極(器件狀態(tài)由褪色態(tài)轉(zhuǎn)變成著色態(tài))；在氧化電壓的條件下，金屬溶解并隨著電壓的增大而沉積在對(duì)電極上(器件狀態(tài)由著色態(tài)轉(zhuǎn)變成褪色態(tài))。由于沒有電致變色材料，金屬電沉積型電致變色器件一般存在開路穩(wěn)定性差、循環(huán)壽命短等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種基于電沉積的銅鉍與水合氧化鎢薄膜的電致變色器件及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明提供的電致變色器件結(jié)合了電致變色材料和金屬電沉積兩者的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，并且制備方法簡單，可實(shí)現(xiàn)器件的不同變色效果和透過率的調(diào)節(jié)，可應(yīng)用于智能玻璃、顯示器等領(lǐng)域。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、一種基于電沉積的銅鉍與水合氧化鎢薄膜的電致變色器件，包括具有空腔的水合氧化鎢器件和設(shè)置在所述水合氧化鎢器件空腔中的銅鉍電解液；

4、所述具有空腔的水合氧化鎢器件由透明導(dǎo)電玻璃和帶有水合氧化鎢薄膜的透明導(dǎo)電玻璃組成，所述水合氧化鎢薄膜與銅鉍電解液接觸；

5、所述銅鉍電解液包括水溶性銅鹽、水溶性鉍鹽、穩(wěn)定劑和水；

6、所述穩(wěn)定劑包括水溶性堿金屬鹽和氯化氫。

7、優(yōu)選的，所述透明導(dǎo)電玻璃包括fto玻璃或者氧化銦錫(ito)玻璃。

8、優(yōu)選的，所述水溶性銅鹽為氯化銅；所述水溶性鉍鹽為氯化鉍和/或硝酸鉍；所述水溶性堿金屬鹽包括氯化鋰和/或氯化鉀。

9、優(yōu)選的，所述銅鉍電解液中水溶性銅鹽和水溶性鉍鹽的摩爾比為1:1～3.75:1。

10、優(yōu)選的，所述銅鉍電解液中：水溶性銅鹽的摩爾濃度為10～15mmol/l，水溶性鉍鹽的摩爾濃度為4～10mmol/l，水溶性堿金屬鹽的摩爾濃度為0.8～1.5mol/l，氯化氫的摩爾濃度為30～80mmol/l。

11、優(yōu)選的，所述透明導(dǎo)電玻璃和帶有水合氧化鎢薄膜的透明導(dǎo)電玻璃分別與銅鉍電解液接觸的表面的間距為0.8～1.1mm。

12、本發(fā)明提供了上述技術(shù)方案所述的基于電沉積的銅鉍與水合氧化鎢薄膜的電致變色器件的制備方法，包括以下步驟：

13、將透明導(dǎo)電玻璃置于電沉積液中進(jìn)行電沉積，得到帶有水合氧化鎢薄膜的透明導(dǎo)電玻璃；所述電沉積液的組分包括二水合鎢酸鈉、過氧化氫、去離子水和硝酸；

14、將所述帶有水合氧化鎢薄膜的透明導(dǎo)電玻璃和透明導(dǎo)電玻璃疊加，并將邊緣密封，得到具有空腔的水合氧化鎢器件；

15、將銅鉍電解液注入到所述水合氧化鎢器件的空腔中，得到所述基于電沉積的銅鉍與水合氧化鎢薄膜的電致變色器件。

16、優(yōu)選的，所述電沉積采用三電極體系進(jìn)行，工作電極為透明導(dǎo)電玻璃，對(duì)電極為鉑片，參比電極為ag/agcl電極；

17、所述電沉積為恒電壓電沉積；所述恒壓電沉積的電壓為-0.5～-0.8v；

18、所述恒電壓電沉積的時(shí)間為400～600s。

19、優(yōu)選的，所述二水合鎢酸鈉和過氧化氫的摩爾比為(2～10)：(7～9)，所述電沉積液中二水合鎢酸鈉的摩爾濃度為10～50mmol/l；所述電沉積液的ph值為1～2。

20、本發(fā)明提供了上述技術(shù)方案所述的基于電沉積的銅鉍與水合氧化鎢薄膜的電致變色器件或上述技術(shù)方案所述制備方法制備的基于電沉積的銅鉍與水合氧化鎢薄膜的電致變色器件在智能窗中的應(yīng)用。

21、本發(fā)明提供了一種基于電沉積的銅鉍與水合氧化鎢薄膜的電致變色器件，包括具有空腔的水合氧化鎢器件和設(shè)置在所述水合氧化鎢器件空腔中的銅鉍電解液；所述具有空腔的水合氧化鎢器件由透明導(dǎo)電玻璃和帶有水合氧化鎢薄膜的透明導(dǎo)電玻璃組成；所述水合氧化鎢薄膜與銅鉍電解液接觸；所述銅鉍電解液包括水溶性銅鹽、水溶性鉍鹽、穩(wěn)定劑和水；所述穩(wěn)定劑包括水溶性堿金屬鹽和氯化氫。本發(fā)明通過結(jié)合電致變色材料和金屬電沉積，改變了以往器件的結(jié)構(gòu)，以透明導(dǎo)電玻璃為對(duì)電極，以一表面具有水合氧化鎢薄膜的透明導(dǎo)電玻璃作為工作電極，協(xié)同銅鉍電解液，提高了器件的光調(diào)制幅度和電解質(zhì)溶液與電致變色器件的貼合度(即本發(fā)明提供的器件具有優(yōu)異的電致變色性能)。本發(fā)明所述的基于電沉積的銅鉍與水合氧化鎢薄膜的電致變色器件，循環(huán)穩(wěn)定性好且具有較快的響應(yīng)速度。實(shí)施例證明本發(fā)明所述基于電沉積的銅鉍與水合氧化鎢薄膜的電致變色器件光調(diào)制幅度可達(dá)78.3％，并且循環(huán)60000s依舊可以保持初始光調(diào)制幅度的96.6％。此外，本發(fā)明所述具有空腔的水合氧化鎢器件中間填充的是電解液，而不是制備方法相對(duì)復(fù)雜的凝膠。本發(fā)明所述技術(shù)方案所用原材料廉價(jià)易得，對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求低，對(duì)人體無害，具有良好的工業(yè)前景。

技術(shù)特征：

1.一種基于電沉積的銅鉍與水合氧化鎢薄膜的電致變色器件，其特征在于，包括具有空腔的水合氧化鎢器件和設(shè)置在所述水合氧化鎢器件空腔中的銅鉍電解液；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電沉積的銅鉍與水合氧化鎢薄膜的電致變色器件，其特征在于，所述透明導(dǎo)電玻璃包括氟摻雜氧化錫玻璃或者氧化銦錫玻璃。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電沉積的銅鉍與水合氧化鎢薄膜的電致變色器件，其特征在于，所述水溶性銅鹽為氯化銅；所述水溶性鉍鹽為氯化鉍和/或硝酸鉍；所述水溶性堿金屬鹽包括氯化鋰和/或氯化鉀。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于電沉積的銅鉍與水合氧化鎢薄膜的電致變色器件，其特征在于，所述銅鉍電解液中水溶性銅鹽和水溶性鉍鹽的摩爾比為1:1～3.75:1。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于電沉積的銅鉍與水合氧化鎢薄膜的電致變色器件，其特征在于，所述銅鉍電解液中：水溶性銅鹽的摩爾濃度為10～15mmol/l，水溶性鉍鹽的摩爾濃度為4～10mmol/l，水溶性堿金屬鹽的摩爾濃度為0.8～1.5mol/l，氯化氫的摩爾濃度為30～80mmol/l。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于電沉積的銅鉍與水合氧化鎢薄膜的電致變色器件，其特征在于，所述透明導(dǎo)電玻璃和帶有水合氧化鎢薄膜的透明導(dǎo)電玻璃分別與銅鉍電解液接觸的表面的間距為0.8～1.1mm。

7.權(quán)利要求1～6任一項(xiàng)所述的基于電沉積的銅鉍與水合氧化鎢薄膜的電致變色器件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述電沉積采用三電極體系進(jìn)行，工作電極為透明導(dǎo)電玻璃，對(duì)電極為鉑片，參比電極為ag/agcl電極；

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述二水合鎢酸鈉和過氧化氫的摩爾比為(2～10)：(7～9)，所述電沉積液中二水合鎢酸鈉的摩爾濃度為10～50mmol/l；所述電沉積液的ph值為1～2。

10.權(quán)利要求1～6任一項(xiàng)所述的基于電沉積的銅鉍與水合氧化鎢薄膜的電致變色器件或權(quán)利要求7～9任一項(xiàng)所述制備方法制備的基于電沉積的銅鉍與水合氧化鎢薄膜的電致變色器件在智能窗中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，提供了基于電沉積的銅鉍與水合氧化鎢薄膜的電致變色器件及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的電致變色器件包括具有空腔的水合氧化鎢器件和設(shè)置在所述水合氧化鎢器件空腔中的銅鉍電解液，本發(fā)明通過結(jié)合電致變色材料和金屬電沉積，改變了以往器件的結(jié)構(gòu)，提高了器件的光調(diào)制幅度和電解質(zhì)溶液與電致變色器件的貼合度，所得器件循環(huán)穩(wěn)定性好且具有較快的響應(yīng)速度。實(shí)施例結(jié)果表明，本發(fā)明提供的基于電沉積的銅鉍與水合氧化鎢薄膜的電致變色器件的光調(diào)制幅度可達(dá)78.3％，并且循環(huán)60000s依舊可以保持初始光調(diào)制幅度的96.6％。此外，本發(fā)明所用原材料廉價(jià)環(huán)保，符合綠色化學(xué)的理念，具有良好的工業(yè)前景。

技術(shù)研發(fā)人員：趙俊亮,董子,陶鑫杰,鄒玉君
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海半人馬企業(yè)發(fā)展集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23