一种基于超小V2O5纳米粒子的电致变色薄膜及其制备方法与应用

本发明属于电致变色薄膜，具体涉及一种基于超小v2o5纳米粒子的电致变色薄膜及其制备方法与应用。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、电致变色是指材料在电场的作用下价态与化学组分发生可逆变化，导致其光学性质也发生变化，从而产生变色的现象。电致变色器件的应用主要包括：显示设备，智能窗户，后视镜，光信息存储和军事伪装等等。电致变色器件由于其低能耗、提高日常生活的舒适性和安全性等一系列优点而受到广泛关注。在电致变色器件中最重要的是电致变色材料，因此，电致变色材料作为目前最有应用前景的智能材料之一而被广泛研究。电致变色材料分为有机电致变色材料和无机电致变色材料。

3、v2o5是一种应用最为广泛的无机电致变色材料，其在外加电场的作用下，能够产生电子的跃迁以及钒元素价态的变化，在外观上则表现为不同颜色的可逆变化。发明人在研究中发现，现有的v2o5电致变色薄膜不仅成膜方法复杂、颜色变化单一、光学调制范围窄、响应速度低且透过率差。

技术实现思路

1、为了克服上述问题，本发明提供了一种基于超小v2o5纳米粒子的电致变色薄膜及其制备方法与应用。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面，提供一种基于超小v2o5纳米粒子的电致变色薄膜的制备方法，所述v2o5纳米粒子的粒径不大于10nm，包括：

4、(1)将v2o5粉末分散于蒸馏水中，加入过氧化氢溶液，搅拌后得胶体；

5、(2)向(1)中胶体中加入蒸馏水，进行超声稀释，后离心，去除固体沉淀，收集上清液；

6、(3)向(2)中的上清液中加入乙醇，获得喷涂液；

7、(4)将喷涂液喷涂于预处理后的导电基底上，固化后即得基于超小v2o5纳米粒子的电致变色薄膜。

8、本发明的第二个方面，提供由上述制备方法制备的基于超小v2o5纳米粒子的电致变色薄膜。

9、本发明的第三个方面，提供一种电致变色器件，包括工作电极、对电极、参比电极和电解质溶液；所述工作电极为上述基于超小v2o5纳米粒子的电致变色薄膜，所述对电极和参比电极均为锌箔；所述电解质溶液中溶剂为碳酸丙烯酯(pc)，溶质包括：高氯酸锌、高氯酸锌和高氯酸锂混合物、高氯酸锌和高氯酸铝混合物中的一种。

10、本发明的第四个方面，提供上述基于超小v2o5纳米粒子的电致变色薄膜在制备非主动发光平板中的应用。

11、本发明的有益效果在于：

12、(1)本发明通过将市售的v2o5粉末分散于蒸馏水中获得v2o5悬浊液，后加入过氧化氢溶液，使得市售的v2o5结晶度降低，获得超小粒径的v2o5纳米粒子，提高了电致变色时的离子迁移动力学。通过简单的喷涂即可形成基于超小v2o5纳米粒子的电致变色薄膜，整个方法简单，能够实现大规模生产，满足产业化需求。

13、(2)本发明中制备的电致变色器件，在没有锌箔加入的情况下，通过电化学工作站施加0.2～2.6v之间的不同电压时，电致变色薄膜表现出不同的颜色，当施加电压为0.2v时，电致变色薄膜为绿色；当施加电压为1.5v时，电致变色薄膜为黄色；当施加电压为2.6v时，电致变色薄膜为橘色。当插入锌箔且无需外部电源的情况下，电致变色薄膜可以实现可逆的颜色切换，从橘色变为黄色(褪色)，再变为绿色(着色)，且电致变色过程中褪色的时间tb仅为10.7s，着色的时间tc仅为7.9s，响应速度快。同时本发明提供的电致变色薄膜具有高颜色对比度，透过率调制范围为58.5％，且最大透过率为73％。

14、(3)通过实施例1中透射电镜图片可以看出，本发明提供的v2o5纳米粒子的粒径小于10nm，因此其为超小纳米粒子。在电致变色过程中，v2o5纳米粒子的超小粒径能够实现活性阳离子的深度嵌入和脱出，从而使v2o5薄膜表现出更丰富的颜色。同时，超小的粒径也能够使参与反应的v2o5的量增加，颜色深度增加，实现更大的光学对比度。并且制备出的v2o5纳米粒子具有较差的结晶性，这进一步降低了晶界对离子传输动力学的影响，从而提高了电致变色响应速度。

15、(4)本发明制备的电致变色器件，利用pc做溶剂，zn2+和li+作为活性离子能够起到协同嵌入的作用，li+较小的粒径和较低的化合价态能够更容易嵌入v2o5中促进着色，同时li+在脱出时，受到的静电相互作用较小，不容易引起v2o5结构塌缩。从而表现出优良的循环性能以及光对比度，循环次数可以达到1000次以上。

技术特征：

1.一种基于超小v2o5纳米粒子的电致变色薄膜的制备方法，其特征在于，所述v2o5纳米粒子的粒径不大于10nm；

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，v2o5粉末与蒸馏水以及过氧化氢的质量比为0.2～0.5:16～19:1～3；

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，胶体与蒸馏水的体积比为1:1～4；

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，上清液与乙醇的体积比为1:1～3。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，喷涂液用喷枪均匀喷涂到导电基底上，喷嘴与基底之间的距离为5～20cm，喷嘴直径为0.2～0.5mm，喷涂压力为0.05～0.3mpa；

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，喷涂过程中，导电基底被耐高温胶带固定在60～180℃的热台上；

7.权利要求1～4任一项所述的制备方法制备的基于超小v2o5纳米粒子的电致变色薄膜。

8.一种电致变色器件，其特征在于，包括工作电极、对电极、参比电极和电解质溶液；所述工作电极为权利要求7所述的基于超小v2o5纳米粒子的电致变色薄膜，所述对电极和参比电极均为锌箔；所述电解质溶液中溶剂为碳酸丙烯酯(pc)，溶质包括：高氯酸锌、高氯酸锌和高氯酸锂混合物、高氯酸锌和高氯酸铝混合物中的一种。

9.如权利要求8所述的电致变色器件，其特征在于，当高氯酸锌作为溶质时，高氯酸锌的浓度为0.2～0.5mol/l；

10.权利要求7所述的基于超小v2o5纳米粒子的电致变色薄膜在制备非主动发光平板中的应用。

技术总结本发明属于电致变色薄膜技术领域，具体涉及一种基于超小V<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;纳米粒子的电致变色薄膜及其制备方法与应用。电致变色薄膜的制备方法，包括：将市售的V<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;粉末分散于蒸馏水中，加入过氧化氢溶液，搅拌后得胶体；向胶体中加入蒸馏水，进行超声稀释，后离心，去除固体沉淀，收集上清液；向上清液中加入乙醇，获得喷涂液；将喷涂液喷涂于预处理后的导电基底上，固化后即得电致变色薄膜。超小粒径的V<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;纳米粒子，提高了电致变色时的离子迁移动力学。当插入锌箔且无需外部电源的情况下，电致变色薄膜可以实现可逆的颜色切换，从橘色变为黄色(褪色)，再变为绿色(着色)，且褪色的时间t<subgt;b</subgt;仅为10.7s，着色的时间t<subgt;c</subgt;仅为7.9s，相应速度快。技术研发人员：李海增,王彬,王玲,杨亚东受保护的技术使用者：山东大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27