论文部分内容阅读
电致变色是指材料在电化学过程中发生可逆且可保持的光学性能变化。氧化镍(NiO)薄膜是一种优良的阳极变色材料,它的成本相对低廉,着色态与褪色态的光密度差值大,是一种极具研究价值与应用前景的薄膜材料。本文采用直流反应磁控溅射法,以FTO玻璃为基片,在不同工艺条件下沉积了多组NiO薄膜。系统性地探讨了沉积时间、氧氩流量比、溅射功率、沉积气压、基片温度对NiO薄膜的结构与电致变色性能(以KOH为电解质)的影响,并制作了NiO基电致变色器件。研究结果如下:(1)沉积的NiO薄膜均为立方结构NiO。随着溅射时间的增加,(200)衍射峰强度逐渐增加,薄膜结晶性越来越好。膜厚增大会使薄膜电荷储存量增加,但褪色态、初始态透过率会下降,变色响应时间加长。厚度为80 nm的试样光学调制幅度为50%,褪色态透过率为71%。较薄的NiO薄膜具有更好的电致变色性能。(2)氧氩流量比(0.02~0.2)的增加会使薄膜的沉积速率、初始态透过率下降,在低氧氩流量比时,膜层主要为(111)、(200)择优取向,当氧氩流量比上升至0.2时薄膜结晶性变差,但XRD图谱出现了微弱的(220)衍射峰。氧氩流量比为0.05的试样在膜厚为280 nm时具有最高的褪色态透过率(44%)和光学调制幅度(36%),氧氩流量比为0.02的试样着色效率最高,为30 cm~2/C。低氧氩流量比沉积的NiO薄膜电致变色性能更好。(3)溅射功率增加(100~200 W),(200)衍射峰强度逐渐加强,薄膜结晶性变好,但当功率增大到250 W时衍射峰强度降低,薄膜结晶性变差。250 W沉积的NiO薄膜具有最大的光学调制幅度,为27%,且响应时间最快,着色7.25s,褪色3.71 s。但溅射功率对其他电致变色性能指标影响不明显。(4)在低气压下沉积的薄膜主要为(200)择优取向,气压增加(0.7~1.5 Pa)会出现(111)择优取向。随着沉积气压上升,NiO薄膜电荷储存量有下降的趋势,但对其他电致变色性能指标的影响不明显。(5)随着基片温度上升(10~150℃),NiO薄膜(111)、(200)面衍射峰强度略微增大,薄膜的激活时间逐渐增加,基片温度为150℃时NiO薄膜几乎没有电致变色活性。10℃下沉积的NiO薄膜电致变色性能最好,褪色态透过率为69%,光学调制幅度为53%。50℃下沉积的薄膜响应时间较快,着色1.44 s,褪色0.91s。沉积NiO薄膜基片温度不能过高,控制在室温~50℃可得到电致变色性能较佳的薄膜。(6)优化沉积参数后的NiO薄膜经过1000次循环着色效率为71 cm~2/C,且响应时间较快(着色1.21 s,褪色0.41 s)。使用该薄膜作为电致变色层,制备了FTO/NiO/KOH/FTO电致变色器件,器件在550 nm处褪色态透过率为61%,光学调制幅度为25%。