[發明專利]一種三氧化鎢/聚噻吩/三氧化鎢電致變色電容雙功能材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010776780.4
• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN111908509B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 張勇;史英迪;吳玉程;張雪茹;董森宇;王巖;崔接武;秦永強;舒霞
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G02F1/1524
• 分類號: G02F1/1524;C01G41/02;C08G61/12;H01G11/30;H01G11/84;H01G11/86
• 代理公司: 合肥云道爾知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 34230
• 代理人: 閆興貴

本發明提供了一種三氧化鎢/聚噻吩/三氧化鎢電致變色電容雙功能材料及制備方法。本發明電致變色電容雙功能材料有序空心球陣列具有多孔分級結構和網絡狀結構，制備時以FTO導電玻璃為基底，基底表面依次制備空心三氧化鎢納米球陣列并包覆聚噻吩層和三氧化鎢層。本發明實現了三氧化鎢空心納米球于基底上分布均勻、聚噻吩為多孔結構均勻包覆在空心納米球表面，最外層的三氧化鎢提升了材料整體的穩定性，本發明在納米尺度上實現了三氧化鎢無機材料和聚噻吩有機材料的結合，大大提高了電致變色和電容性能，實現了優勢互補，同時增加了雙功能材料的比表面積，顯著增強了反應的動力學過程。

技術領域

本發明涉及功能薄膜技術領域，尤其涉及一種三氧化鎢/聚噻吩/三氧化鎢電致變色電容雙功能材料及其制備方法。

背景技術

電致變色材料因其在低電壓驅動下的光學性能(透射率、吸光度或反射)具有可調色性和可逆調制性而備受關注，是一種很有前途的節能應用材料。贗電容被認為是除電池之外的另一種很有希望的儲能應用，可以利用可逆氧化還原反應的電荷插入/抽出來存儲能量。此外，當贗電容器中發生快速電荷轉移的可逆氧化還原反應時，由于工作原理相似，某些特定的電極材料會同時進行電致變色過程，其中就包括三氧化鎢材料和聚噻吩材料。三氧化鎢材料受因為它是由三維網絡的WO₆八面體組成，能提供豐富的渠道運輸小離子有利于可切換的顏色變化和充放電過程，也因為良好的環境穩定性從而適合戶外應用。然而，到目前為止，光學對比度、響應時間、循環穩定性和一些其他的性能指標仍不滿意，特別對于塊體WO₃的密實結構來說，離子傳輸能力十分有限。而有機材料具有反應速率快的優點，但化學穩定性相對不好。因此制備有機無機雜化結構材料是提高電致變色和電容性能的一種行之有效的方法。

發明內容

鑒于此，本發明的目的在于：提供一種三氧化鎢/聚噻吩/三氧化鎢電致變色電容雙功能材料及其制備方法。本發明同時利用了無機材料三氧化鎢和有機材料聚噻吩，具有有序空心球陣列，多孔分級結構和網絡狀結構，可有效提高電子傳輸速度和離子擴散速率，加快反應動力學過程，大幅提高電致變色電容雙功能材料的反應速度和循環穩定性。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

一種三氧化鎢/聚噻吩/三氧化鎢電致變色電容雙功能材料，其特征在于：所述雙功能材料具有多孔分級結構和網絡狀結構，所述雙功能材料以三氧化鎢空心納米球為核，聚噻吩為第一殼層，三氧化鎢為第二殼層，氧化鎢空心納米球直徑為400-600nm，聚噻吩為多孔結構，厚度為40-50nm，平均孔徑為2-3nm，均勻包覆在三氧化鎢空心納米球上，第二殼層的厚度為20-30nm，均勻包覆在第一殼層表面。

優選地，所述雙功能材料具有空心陣列結構，擁有較大的比表面積。

優選地，所述的雙功能材料宏觀下能夠實現透明和深藍色之間的快速可逆變化，擁有優秀的電致變色性能，可見光調制幅度為85～97％，近紅外光調制幅度為85％～95％，完全著色時間為2～5s，褪色時間為3～7s，所述功能材料的容量達到40～60mf/cm²，倍率性能達到70％～80％；所述雙功能材料在著色褪色過程的同時實現對電量的存儲與釋放。

一種三氧化鎢/聚噻吩/三氧化鎢/電致變色電容雙功能材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將聚苯乙烯微球分散液、乙醇和丙酮混合，得到懸濁液；

(2)將去離子水和洗凈的FTO導電玻璃放入培養皿中，將所述懸濁液和曲拉通依次滴入去離子水表面，隨后將FTO導電玻璃取出，自然干燥，得到單層PS球薄膜包裹的FTO導電玻璃；

(3)在真空度2*10^-4Pa以下，以純度為99.99％的WO₃為靶材，在步驟(2)所述單層PS球薄膜包裹的FTO導電玻璃表面進行射頻反應沉積濺射，所述射頻反應沉積濺射，在氧氣-氬氣混合氣氛中進行；