一種直接在導(dǎo)電玻璃上生長氧化鎢薄膜的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種直接在導(dǎo)電玻璃上生長氧化鎢薄膜的方法。本發(fā)明專利技術(shù)方法的具體步驟如下：首先將六氯化鎢、無水乙醇、四氫呋喃和聚乙二醇混合，之后轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，并向水熱反應(yīng)釜中放一塊FTO導(dǎo)電玻璃，其導(dǎo)電面朝下，恒溫水熱反應(yīng)一段時間，反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫；取出反應(yīng)釜中的FTO導(dǎo)電玻璃，用無水乙醇沖洗之后將所得薄膜放在馬弗爐里一定溫度下煅燒，即可得氧化鎢電致變色薄膜。本發(fā)明專利技術(shù)制備的氧化鎢薄膜材料形貌均勻，可應(yīng)用于電致變色及其相關(guān)領(lǐng)域。

Method for directly growing tungsten oxide film on conductive glass

The present invention discloses a method for directly growing tungsten oxide film on conductive glass. The method comprises the following steps as follows: firstly, six tungsten chloride anhydrous ethanol, tetrahydrofuran and ethylene glycol mixture, after transfer to a hydrothermal reaction kettle, and put a piece of FTO conductive glass to a hydrothermal reaction kettle, the conductive face down, constant temperature hydrothermal reaction time, the reaction after natural cooling to room temperature; remove the FTO conductive glass reaction kettle, after washing the ethanol film under a certain temperature calcination in muffle furnace, to obtain tungsten oxide electrochromic films. The tungsten oxide film material prepared by the invention has uniform appearance and can be applied to electrochromic and related fields.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種直接在導(dǎo)電玻璃上生長氧化鎢薄膜的方法
本專利技術(shù)涉及材料
，具體涉及到一種直接在導(dǎo)電玻璃上生長氧化鎢薄膜的方法。
技術(shù)介紹
氧化鎢屬于過渡金屬氧化物，是一種具有六方、立方等多種對稱型結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料，氧化鎢在信息顯示器件、高敏度光存儲材料及變色玻璃等方面顯示出巨大的應(yīng)用前景，是研究歷史最為悠久的一種陰極無機電致變色材料。特別是納米氧化鎢因具有巨大的比表面積，其體積效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)顯著，使得它的應(yīng)用領(lǐng)域繼續(xù)擴大，可作為太陽能吸收材料、隱形材料、催化劑材料以及氣敏感材料等。以三氧化鎢為電致變色材料的商品主要為數(shù)字顯示、節(jié)能窗戶、汽車防眩后視鏡、變色眼鏡等。相比于其他無機金屬氧化物，由于具有優(yōu)異的電致變色、氣致變色和光致變色等性能而受到科學(xué)研究和應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛重視。其制備、結(jié)構(gòu)及電致變色性能等成為國內(nèi)外的研究熱點之一。氧化鎢薄膜的制備工藝種類繁多，常見的大體可以分為物理法和化學(xué)法兩種，物理法有磁控濺射、電子束熱蒸發(fā)、真空電阻熱蒸鍍、脈沖激光沉積等；化學(xué)法有化學(xué)氣相沉積法、電化學(xué)沉積法、溶膠-凝膠法、水熱法等多種技術(shù)手段。不同的工藝本身操作難易、成膜質(zhì)量的高低、儀器和原材料的價格等均有不同。電子束熱蒸發(fā)是利用高電壓作用于陰極發(fā)射電子束，形成極高的能量密度，使材料局部高溫蒸發(fā)、升華，最終汽化的粒子沉積到基底上成膜。電子束對材料的加熱溫度可達到3000℃，所以能夠蒸發(fā)許多高熔點的材料，蒸發(fā)的粒子動能大，獲得的薄膜致密。它存在的缺點主要在于設(shè)備成本高、體積龐大，易污染；電子束能量大，易與汽化后運動的目標粒子相互作用，造成粒子的二次電離，使得部分分子或原子的成分損失，所得薄膜質(zhì)量降低。雖然真空蒸鍍技術(shù)研究最早，工藝最成熟，但是也有一些缺點，如不適合蒸發(fā)溫度高的材料；蒸鍍的薄膜與基底之間的牢固性較低，易于脫落；薄膜厚度均勻性較低，通過掩膜版成膜易存在陰影。溶膠-凝膠法是一種濕法化學(xué)工藝，是在常溫下將金屬醇鹽或其它鹽類溶解在醇、醚等有機溶劑中形成均勻的溶液，溶液通過水解和縮聚反應(yīng)形成溶膠，進一步的聚合反應(yīng)經(jīng)過溶膠-凝膠反應(yīng)形成凝膠，當玻璃浸漬或旋涂溶膠后，在玻璃上形成凝膠，然后再進行熱處理，控制溫度在350-600℃范圍，有機金屬鹽轉(zhuǎn)變成為金屬氧化物膜，形成涂覆薄膜。但是溶膠-凝膠法工藝過程復(fù)雜，時間長；做出的材料具有多樣性，難以獲得目標產(chǎn)品。水熱法簡便易行，廣泛應(yīng)用于制備具有各種特殊形貌的晶體材料，具有尺寸可控、低溫生長以及成本低廉的優(yōu)點。利用水熱法可以制備各種結(jié)構(gòu)的納米材料，如納米線、納米帶、納米棒、納米片、納米花等。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)的目的在于提供一種導(dǎo)電玻璃上生長氧化鎢薄膜的方法。本專利技術(shù)制備方法工藝簡單，可得到穩(wěn)定性好、結(jié)合力高且均勻的氧化鎢薄膜。本專利技術(shù)得到的氧化鎢薄膜具有陣列形式的納米結(jié)構(gòu)，可在保證與基底良好的電接觸的同時具有較大的電解質(zhì)接觸面積。本專利技術(shù)可通過調(diào)整實驗參數(shù)，實現(xiàn)納米線、納米片陣列薄膜的可控制備。本專利技術(shù)技術(shù)方案具體介紹如下。本專利技術(shù)提供一種直接在導(dǎo)電玻璃上生長氧化鎢薄膜的方法，具體步驟如下：①將六氯化鎢、無水乙醇、四氫呋喃和聚乙二醇混合得到反應(yīng)前軀體溶液；②將步驟①得到的反應(yīng)前驅(qū)體溶液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，并向水熱反應(yīng)釜中放入FTO導(dǎo)電玻璃，其導(dǎo)電面朝下，175℃~185℃的溫度下進行水熱反應(yīng)，水熱反應(yīng)的時間為6h～12h，反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，取出反應(yīng)釜中的FTO導(dǎo)電玻璃，沖洗、干燥得到水合氧化鎢薄膜；最后將水合氧化鎢薄膜在馬弗爐中380~410℃煅燒，得到氧化鎢薄膜。上述步驟①中，反應(yīng)前軀體溶液中，六氯化鎢和無水乙醇的摩爾體積比為1:1~1:2mol/L。上述步驟①中，反應(yīng)前驅(qū)體溶液中，無水乙醇、四氫呋喃和聚乙二醇的體積比為(20~30):(10~20):1。上述步驟①中，所述的去離子水為至少去除Cl-、SO42-、NO3-、NO2-、PO43-、HPO42-、Mg2+、Ca2+、Fe3+和Fe2+的水。上述步驟②中，水熱反應(yīng)的時間為6h～8h。本專利技術(shù)上述制備方法得到的氧化鎢薄膜，氧化鎢薄膜的厚度為300-400nm左右，表面微觀結(jié)構(gòu)為納米簇或者片狀，具有良好的電致變色效應(yīng)。本專利技術(shù)水熱法制備的納米氧化鎢所需的材料廉價易得，反應(yīng)溫度較低、時間短、性能較好、形貌可控，可直接生長在FTO導(dǎo)電玻璃上，操作簡便，不需要旋涂等步驟。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果如下：1、通過改變?nèi)軇┑呐浔龋刂票∧さ暮穸纫约拔⒂^形貌，隨著溶劑配比的改變，薄膜的微觀形貌由納米簇向納米片轉(zhuǎn)變。2、制備的氧化鎢薄膜穩(wěn)定性好，和導(dǎo)電玻璃結(jié)合力高，薄膜的循環(huán)性能好。3、將薄膜制備成器件，測試其電致變色性能，具有較快的響應(yīng)速度。4、制備工藝簡單，對設(shè)備的要求低，原材料價格低廉，容易得到，成本較低。5、對實驗環(huán)境要求低，不會產(chǎn)生揮發(fā)性氣體，對人體無害。附圖說明圖1是采用本專利技術(shù)實施例1制備的氧化鎢薄膜的SEM照片。圖2是采用本專利技術(shù)實施例2制備的氧化鎢薄膜的SEM照片。圖3是采用本專利技術(shù)實施例3制備的氧化鎢薄膜的SEM照片。圖4是采用本專利技術(shù)實施例1制備的氧化鎢薄膜的XRD譜圖。圖5是采用本專利技術(shù)實施例1制備的氧化鎢薄膜的循環(huán)伏安曲線。圖6是采用本專利技術(shù)實施例1制備的氧化鎢薄膜組裝器件的透過率曲線。圖7是采用本專利技術(shù)實施例1制備的氧化鎢薄膜組裝器件的響應(yīng)時間曲線。具體實施方式以下結(jié)合實施例對本專利技術(shù)進行詳細描述，但下列實施例并不用于限制本專利技術(shù)，下列實施例中的加入的聚乙二醇可選用市售類似性能的產(chǎn)品，F(xiàn)TO導(dǎo)電玻璃的尺寸可根據(jù)水熱釜芯的容積來調(diào)節(jié)，且適合于其它導(dǎo)電玻璃襯底材料，凡是沒有其他的任何未背離本專利技術(shù)的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均視為等效的置換方式，都包含在本專利技術(shù)的保護范圍內(nèi)。實施例11）將20mmol六氯化鎢溶解于20ml無水乙醇和20ml四氫呋喃混合溶液中。2）向1）所得溶液加入1ml聚乙二醇，再轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，再向反應(yīng)釜中放一塊尺寸為2.5×5cm2的FTO導(dǎo)電玻璃，其導(dǎo)電面朝下，并置于烘箱中180℃反應(yīng)6h，自然冷卻至室溫。3）將2）反應(yīng)釜中的FTO導(dǎo)電玻璃取出，用無水乙醇沖洗后，將所得薄膜放在馬弗爐400℃下煅燒1h，薄膜由藍色變?yōu)榘咨吹玫酱郎y性能的氧化鎢薄膜。本實施例制備的氧化鎢薄膜的SEM照片如圖1所示，為一些納米線形成的納米簇狀；這種結(jié)構(gòu)比較均勻，離子的注入與抽出較容易，適合電致變色層、鋰離子電池正極材料等領(lǐng)域。圖4是采用本專利技術(shù)實施例1制備的氧化鎢薄膜的XRD譜圖。本實施例得到的薄膜制備電致變色器件，并在1mol?L-1LiClO4（PC）電解質(zhì)溶液中測試性能，掃描循環(huán)伏安曲線（CV），選擇-2.3V為著色電壓，2V為褪色電壓，電化學(xué)工作站與紫外分光光度計連用，在400~800nm波長范圍進行測試，透過率在720nm波長下調(diào)至幅度達到最大，薄膜在-2.3V和2.0V之間每隔50s躍遷一次形成的光響應(yīng)曲線，所有數(shù)據(jù)在720nm處測得，結(jié)果如圖5和圖6所示。圖7為響應(yīng)時間曲線，從圖中可以看出，在-2.3V電壓下迅速轉(zhuǎn)變?yōu)樗{色，當施加2.0V正電壓時，薄膜由藍色轉(zhuǎn)變?yōu)闊o色。著色態(tài)和褪色態(tài)在720nm處透過率的變化量最大，約本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種直接在導(dǎo)電玻璃上生長氧化鎢薄膜的方法，其特征在于，具體步驟如下：①將六氯化鎢、無水乙醇、四氫呋喃和聚乙二醇混合得到反應(yīng)前軀體溶液；②?將步驟①得到的反應(yīng)前驅(qū)體溶液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，并向水熱反應(yīng)釜中放入FTO導(dǎo)電玻璃，其導(dǎo)電面朝下，175℃~185℃的溫度下進行水熱反應(yīng)，水熱反應(yīng)的時間為6?h～12?h，反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，取出反應(yīng)釜中的FTO導(dǎo)電玻璃，沖洗、干燥得到水合氧化鎢薄膜；最后將水合氧化鎢薄膜在馬弗爐中380~410℃煅燒，得到氧化鎢薄膜。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種直接在導(dǎo)電玻璃上生長氧化鎢薄膜的方法，其特征在于，具體步驟如下：①將六氯化鎢、無水乙醇、四氫呋喃和聚乙二醇混合得到反應(yīng)前軀體溶液；②將步驟①得到的反應(yīng)前驅(qū)體溶液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，并向水熱反應(yīng)釜中放入FTO導(dǎo)電玻璃，其導(dǎo)電面朝下，175℃~185℃的溫度下進行水熱反應(yīng)，水熱反應(yīng)的時間為6h～12h，反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，取出反應(yīng)釜中的FTO導(dǎo)電玻璃，沖洗、干燥得到水合氧化鎢薄膜；最后將水合氧化鎢薄膜在馬弗爐中380~410℃煅燒，得到氧化鎢薄膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟①中，反應(yīng)前軀體溶液中，六氯化鎢和無...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王金敏，朱俊宇，左月，
申請(專利權(quán))人：上海第二工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：上海,31