一種納米氧化鎢電致變色薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體氧化物材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種可應(yīng)用于電致變色、光致變色和智能顯示的納米氧化鎢薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]三氧化鎢是一種η型寬禁帶半導(dǎo)體氧化物(禁帶寬度約2.8 eV)，在低溫、室溫時(shí)W03以單斜相和三斜相形式存在，而在高溫時(shí)會(huì)出現(xiàn)正交相和四方相。其理想晶體結(jié)構(gòu)可看作由中心W原子和圍繞在W原子周圍的6個(gè)0原子所組成的鎢氧八面體[W06]經(jīng)過(guò)共頂點(diǎn)連接而成，八面體之間有許多空隙，形成了各種通道，這些通道可用于離子的流通渠道和嵌入位置，是H+、Li+等離子的良好注入體。因此W03憑借其響應(yīng)速度快、著色效率高、著色/消色對(duì)比度高等優(yōu)異性能，作為變色材料廣泛用于電致變色器件、光致變色器件和智能顯示等領(lǐng)域。
[0003]氧化鎢薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和性能依賴于制備方法及工藝參數(shù)，不同制備方法獲得的氧化鎢薄膜在晶型、微結(jié)構(gòu)等方面有較大差異?，F(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)制備氧化鎢薄膜的制備方法蒸發(fā)法、濺射法、溶膠凝膠法、脈沖激光沉積法、電沉積法和水熱法等。中國(guó)專利(201210162777.9)公布了一種鎢基三氧化鎢納米薄膜材料及其制備方法和應(yīng)用，該方法將鎢片進(jìn)行氧化處理以形成細(xì)小的W03晶種，然后進(jìn)一步采用水熱反應(yīng)，通過(guò)聚乙二醇晶體生長(zhǎng)導(dǎo)向劑及晶體生長(zhǎng)材料鎢酸鈉的作用在金屬鎢基表面定向生長(zhǎng)W03納米片，從而形成高度有序三氧化鎢納米薄膜材料。中國(guó)專利(200910059118.0)公布了一種W03電致變色薄膜制備方法，該方法采用溶膠-凝膠法制備胃03電致變色薄膜，但薄膜質(zhì)量不高，電致變色器件性能低。中國(guó)專利(200910096737.7)公布了一種磁控濺射法制備W03薄膜的全固態(tài)電致變色器件，但磁控濺射方法制備出的評(píng)03薄膜結(jié)晶性高，不利于電致變色過(guò)程中H +、Li+的注入與抽出，從而無(wú)法達(dá)到較快的響應(yīng)速度。故此，目前仍需尋求一種高電致變色性能的氧化鎢薄膜制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種納米W03電致變色薄膜的制備方法。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種納米W03電致變色薄膜的制備方法，將液相激光燒蝕方法與電泳沉積方法相結(jié)合，首先通過(guò)液相激光燒蝕鎢源靶材，獲得含氧化鎢納米顆粒的膠體溶液；然后在獲得的膠體溶液中通過(guò)電泳沉積在透明導(dǎo)電玻璃基片上制備納米氧化鎢薄膜，具體包括以下步驟:
步驟1、在反應(yīng)容器中加入配制好的溶液，將鎢源靶材置于溶液中，并使溶液浸過(guò)靶材表面，采用磁力攪拌器均勻攪拌溶液；
步驟2、調(diào)節(jié)激光器的脈沖激光光束的光路，使激光光束聚焦在溶劑液面以下的靶材，選取適當(dāng)?shù)募す獠ㄩL(zhǎng)、頻率及能量，開(kāi)啟脈沖激光，在液體環(huán)境中對(duì)鎢源靶材進(jìn)行燒蝕反應(yīng)； 步驟3、脈沖激光燒蝕反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉脈沖激光，獲得含氧化鎢納米顆粒的膠體溶液，并在室溫陳化，使激光燒蝕產(chǎn)物與溶液進(jìn)一步反應(yīng)；
步驟4、調(diào)整陳化后激光產(chǎn)物溶液的pH值，并在溶液中放入透明導(dǎo)電玻璃作為電極，對(duì)陳化后的激光產(chǎn)物在酸性條件下進(jìn)行電泳沉積，從而制備出納米氧化鎢薄膜。
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為:1)本發(fā)明采用液相激光燒蝕技術(shù)能在液相環(huán)境中通過(guò)調(diào)節(jié)激光及溶液參數(shù)，可以獲得高活性、高雜化程度的W03產(chǎn)物；2)本發(fā)明操作簡(jiǎn)便，制備過(guò)程快捷，反應(yīng)條件溫和，容易控制；3)本發(fā)明所得到的納米W03電致變色薄膜著色/消色對(duì)比度高、響應(yīng)速度快。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1為實(shí)例1制備的產(chǎn)物納米W03薄膜的SEM圖。
[0008]圖2為實(shí)例1制備的產(chǎn)物納米W03薄膜在著色/消色過(guò)程中的電流響應(yīng)曲線。
[0009]圖3為實(shí)例1制備的產(chǎn)物納米W03薄膜電致變色前后的圖片，其中圖(a)為初始沉積態(tài)，圖(b)為著色態(tài)，圖(c)為消色態(tài)。
[0010]圖4為實(shí)例2制備的產(chǎn)物納米W03薄膜的SEM圖。
[0011 ] 圖5為實(shí)例2制備的產(chǎn)物納米W03薄膜在著色/消色過(guò)程中的電流響應(yīng)曲線。
[0012]圖6為實(shí)例3制備的產(chǎn)物納米W03薄膜的SEM圖。
[0013]圖7為實(shí)例3制備的產(chǎn)物納米W03薄膜在著色/消色過(guò)程中的電流響應(yīng)曲線。
[0014]圖8為實(shí)例4制備的產(chǎn)物納米W03薄膜在著色/消色過(guò)程中的電流響應(yīng)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0015]
液相激光燒蝕(Laser Ablat1n in Liquid，LAL)是一種利用激光與液態(tài)介質(zhì)相互作用，產(chǎn)生局域高溫高壓非平衡過(guò)程而獲得納米尺寸材料的方法，由于高激光能量，液相介質(zhì)與激光相互作用時(shí)間非常短，制備產(chǎn)物尺寸小，并可實(shí)現(xiàn)非晶態(tài)/晶態(tài)共存，有利于電致變色過(guò)程中H+、Li+的注入與抽出，提高電致變色響應(yīng)速度。電泳沉積是一種簡(jiǎn)易高效制備薄膜的方法，在直流電場(chǎng)作用，使膠體或懸浮液中的帶電粒子定向移動(dòng)，并沉積在具有相反電荷的一定形狀電極上。本發(fā)明將液相激光燒蝕方法與電泳沉積方法相結(jié)合，首先通過(guò)液相激光燒蝕鎢源靶材，獲得含氧化鎢納米顆粒的膠體溶液；然后在獲得的膠體溶液中通過(guò)電泳沉積在透明導(dǎo)電玻璃基片上制備納米氧化鎢薄膜，具體包括以下步驟:
步驟1、在反應(yīng)容器中加入配制好的溶液，將鎢源靶材置于溶液中，并使溶液浸過(guò)靶材表面，采用磁力攪拌器均勻攪拌溶液；所述配制好的溶液為:去離子水和H202溶液中的一種或兩者混合物；鎢源靶材為純度大于99.9%高純金屬鎢靶或氧化鎢陶瓷靶材。
[0016]步驟2、調(diào)節(jié)激光器的脈沖激光光束的光路，使激光光束聚焦在溶劑液面以下的靶材，選取適當(dāng)?shù)募す獠ㄩL(zhǎng)、頻率及能量，開(kāi)啟脈沖激光，在液體環(huán)境中對(duì)鎢源靶材進(jìn)行燒蝕反應(yīng)；采用的激光波長(zhǎng)為532nm或1064nm，激光頻率為5~10Hz，激光能量為100~250mJ，激光燒蝕時(shí)間為1~2小時(shí)。
[0017]步驟3、脈沖激光燒蝕反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉脈沖激光，獲得含氧化鎢納米顆粒的膠體溶液，并在室溫陳化，使激光燒蝕產(chǎn)物與溶液進(jìn)一步反應(yīng)；激光產(chǎn)物室溫陳化時(shí)間為1~4小時(shí)。
[0018]步驟4、調(diào)整陳化后激光產(chǎn)物溶液的pH值，并在溶液中放入透明導(dǎo)電玻璃作為電極，對(duì)陳化后的激光產(chǎn)物在酸性條件下進(jìn)行電泳沉積，從而制備出納米氧化鎢薄膜。調(diào)整陳化后激光產(chǎn)物溶液的pH值為1.0-4.0，電泳沉積電壓為-0.4—0.6V，沉積時(shí)間為5~60min，電泳沉積時(shí)采用的襯底為透明導(dǎo)電玻璃。
[0019]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述:
實(shí)施例1
將液相激光燒蝕技術(shù)與電泳沉積方法相結(jié)合制備納米氧化鎢薄膜，首先通過(guò)液相激光燒蝕鎢源靶材，獲得含氧化鎢納米顆粒的膠體溶液；然后在獲得的膠體溶液中通過(guò)電泳沉積在透明導(dǎo)電玻璃基片上制備納米氧化鎢薄膜，具體包括以下步驟:
步驟1、在反應(yīng)容器中加入配制好濃度為0.33%的H202溶液，將純度為99.99%的鎢靶置于H202溶液中，并使溶液浸過(guò)靶材表面，采用磁力攪拌器均勻攪拌溶液。
[0020]步驟2、調(diào)節(jié)激光器的脈沖激光光束的光路，使激光光束聚焦在溶劑液面以下的靶材，選用波長(zhǎng)為1064nm的激光對(duì)鎢靶進(jìn)行燒蝕，激光工作頻率為10Hz，激光燒蝕能量為250mJ，在液體環(huán)境中對(duì)鎢源靶材進(jìn)行燒蝕反應(yīng)2小時(shí)。
[0021]步驟3、脈沖激光燒蝕反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉脈沖激光，獲得含氧化鎢納米顆粒的膠體溶液，并室溫陳化2小時(shí)，使激光燒蝕產(chǎn)物與溶液進(jìn)一步反應(yīng)。
[0022]步驟4、調(diào)整陳化后激光產(chǎn)物溶液的pH值為4.0，并在溶液中放入FT0透明導(dǎo)電玻璃作為電極，對(duì)陳化后的激光產(chǎn)物在酸性條件下進(jìn)行電泳沉積，電泳沉積電壓為-0.5V，沉積時(shí)間為800s，在FT0透明導(dǎo)電玻璃襯底上制備納米氧化鎢薄膜并對(duì)氧