二氧化锡/五氧化二钒复合电致变色材料与器件的制备及其性能

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电致变色是指材料在不同电压下时光学性质发生可逆变化的现象,是由氧化还原反应中离子在材料中的嵌入或脱出引起的。电致变色材料由于其特殊的光学调制作用而被应用于许多领域,例如智能窗户,变色眼镜,节能信息显示和军事伪装等。将电致变色材料应用于伪装领域是一个巨大的挑战,具体来说,可见光波段的自适应伪装要求材料根据背景颜色的变化调整自身的颜色,以达到与背景一致,从视觉上实现完美的隐藏。本文选取五氧化二钒电致变色材料为主要研究对象,其多色电致变色性能与特定环境的颜色相似,可作为伪装电致变色材料。采用水热和电沉积的方法制备了具有核壳结构的复合电致变色薄膜,进一步地,利用此薄膜设计组装了全固态电致变色器件,并系统的研究了材料与器件的电化学和电致变色性能。采用水热法和电沉积的方法制备了核壳结构的二氧化锡/五氧化二钒复合电致变色薄膜(SnO2/V2O5)。复合材料中,其核心为水热生成的晶态SnO2纳米片,V2O5通过电沉积的方法填充在纳米片的间隙和包覆在纳米片上,经过热处理之后的复合电致变色薄膜在液态电解质中显示出良好的电化学和电致变色性能。包括稳定的电化学循环稳定性,大的透过率调制(450 nm处47%),高着色效率(118cm2 C-1)和优异的光学循环稳定性(2000圈循环后仍保持原有光学调制范围的85%)。重要的是复合薄膜在黄色,绿色和蓝色之间实现高度可逆的颜色变化,表明其在沙漠,绿洲和海洋条件下的自适应伪装中的潜在应用。利用上述复合电致变色薄膜和聚合物固态电解质简单高效的制备了全固态电致变色器件。紫外固化的电解质具有强的结合力可将器件两极牢牢的粘合在一起,并对器件做了一系列电致变色性能的测试。着褪色速度分别为17 s和13 s,着色速率为31.4 cm2 C-1,在循环100圈之后仍能保持71.7%的光学调制。对器件的不同颜色状态同样进行了Lab色度模式的表征,显示出与薄膜单电极相似的颜色变化,有望应用于军事伪装防护领域。全固态电致变色器件的设计与制备策略为今后多色固态器件的发展提供了新的方向和重要参考。
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