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

技术领域

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

背景技术

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。

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。

V

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了一种基于超小V

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供一种基于超小V

(1)将V

(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；

(3)向(2)中的上清液中加入乙醇，获得喷涂液；

(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V

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V

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V

本发明的第四个方面，提供上述基于超小V

本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过将市售的V

(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t

(3)通过实施例1中透射电镜图片可以看出，本发明提供的V

(4)本发明制备的电致变色器件，利用PC做溶剂，Zn

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1中a为实施例1中制备的基于超小V

图2以及其插图为实施例1中制备的基于超小V

图3为实施例1中制备的基于超小V

图4为实施例2中基于超小V

图5中a为实施例2中基于超小V

图6中a实施例2中基于超小V

图7中a为实施例4中基于超小V

图8中a为实施例5中基于超小V

图9中a为对比例1制备的黄色的V

图10为基于V

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明的第一种典型实施方式，提供一种基于超小V

(1)将V

(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；

(3)向(2)中的上清液中加入乙醇，获得喷涂液；

(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V

在一种或多种实施方式中，步骤(1)中，V

在一种或多种实施方式中，步骤(1)中，搅拌的时间为80～120h，得暗红色胶体。

在一种或多种实施方式中，步骤(2)中，胶体与蒸馏水的体积比为1:1～4。

在一种或多种实施方式中，步骤(2)中，离心的转速为4000～5000r/min，时间为5～10min。

在一种或多种实施方式中，步骤(3)中，上清液与乙醇的体积比为1:1～3。

在一种或多种实施方式中，步骤(4)中，所述导电基底为ITO玻璃。

在一种或多种实施方式中，步骤(4)中，导电基底的预处理的方法包括：依次用去离子水、丙酮、乙醇和去离子水超声洗涤10～20min，氮气吹干备用。

在一种或多种实施方式中，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；

优选为喷嘴与基底之间的距离为10～15cm，喷嘴直径为0.3～0.5mm，喷涂压力为0.1～0.2Mpa。

在一种或多种实施方式中，步骤(4)中，喷涂液的喷涂量为1～3mL/cm

在一种或多种实施方式中，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，热台温度优选为120～160℃。

在一种或多种实施方式中，步骤(4)中，喷涂结束后，撕掉胶带，继续加热固化6～24h去除水分获得基于超小V

本发明的第二种典型实施方式，提供由上述制备方法制备的基于超小V

本发明的第三种典型实施方式，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V

在一种或多种实施方式中，当高氯酸锌作为溶质时，高氯酸锌的浓度为0.2～0.5mol/L。

在一种或多种实施方式中，高氯酸锌和高氯酸锂混合物作为溶质时，高氯酸锌的浓度为0.1～0.2mol/L，高氯酸锂的浓度为0.4～0.5mol/L。

在一种或多种实施方式中，高氯酸锌和高氯酸铝混合物作为溶质时，高氯酸锌的浓度为0.1～0.2mol/L，高氯酸铝的浓度为0.4～0.5mol/L。

本发明的第四种典型实施方式，提供上述基于超小V

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

导电基底的制备：

将ITO玻璃(10×50mm

实施例1

(1)取1.44g V

(2)将搅拌好的胶体采用蒸馏水进行超声稀释，蒸馏水与胶体的提价比为；将搅拌好的胶体以5000r/min转速离心5min，去除沉淀，称量测得上清液的浓度为5mg/mL。

(3)将上清液用无水乙醇稀释，上清液与无水乙醇的体积比为1:4，获得喷涂液，称量测得喷涂液的浓度为1mg/mL；

(4)喷涂液用喷枪均匀喷涂到上述备用的导电基底上，喷嘴与基底之间的距离为10cm，喷嘴直径为0.5mm，喷涂压力为0.1Mpa。喷涂过程中，导电基底被耐高温胶带固定在120℃的热板上；喷涂液的用量为5mL；喷涂结束后，撕掉胶带，继续180℃加热固化8h进一步去除水分获得基于超小V

刮取本实施例获得的基于超小V

图2为实施例获得的基于超小V

图3为基于超小V

实施例2

将实施例1中制备的基于超小V

本实施电解质溶液为Zn

其中，Zn

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，如图4所示，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。通过UV-Vis光谱仪进行颜色切换原位监测时，不同颜色的透过率曲线如图5所示，随着施加电压的降低，透过率峰值会降低并发生蓝移。

在0.2～2.6V的电压范围下，电致变色薄膜可以实现可逆的颜色切换，从橘色变为黄色，再变为绿色，表明Zn

通过循环伏安法和原位透过率监测的方法表征了薄膜的循环稳定性。在1000次循环伏安测试后，电致变色薄膜保留了其初始容量的63.1％(图6中a)，而在1000次颜色切换后其光对比度仍为原来的93.7％(图6中b)。这都表现出电致变色薄膜具有出色的可逆性和循环稳定性。

实施例3

(1)取1.44g V

(2)将搅拌好的胶体采用蒸馏水进行超声稀释，蒸馏水与胶体的提价比为；将搅拌好的胶体以5000r/min转速离心5min，去除沉淀，称量测得上清液的浓度为2.5mg/mL。

(3)将上清液用无水乙醇稀释，上清液与无水乙醇的体积比为1:4，获得喷涂液，称量测得喷涂液的浓度为0.5mg/mL；

(4)喷涂液用喷枪均匀喷涂到上述备用的导电基底上，喷嘴与基底之间的距离为10cm，喷嘴直径为0.3mm，喷涂压力为0.1Mpa。喷涂过程中，导电基底被耐高温胶带固定在120℃的热板上；喷涂液的用量为10mL；喷涂结束后，撕掉胶带，继续180℃加热固化8h进一步去除水分获得基于超小V

实施例4

将实施例2中制备的基于超小V

本实施电解质溶液为单一Zn

其中，单一Zn

对本实施例中的电致变色器件按照实施例2中相同的方法进行电致变色性能的表征，通过电化学工作站施加2.6～0.2V之间的不同电压时，薄膜仍表现出可逆的颜色切换

实施例5

将实施例1中制备的基于超小V

本实施电解质溶液为Zn

其中，Zn

对本实施例中的电致变色器件按照实施例2中相同的方法进行电致变色性能的表征，通过电化学工作站施加2.6～0.2V之间的不同电压时，薄膜仍表现出可逆的颜色切换

对比例1

与实施例1的区别为：将步骤(1)中的去离子水量提高到80mL，不加入30％H

对比例2

与实施例2的区别为，将电解质溶剂更换为水。

本对比例制备的电致变色器件在水系电解质中具有较差的循环稳定性，如图9中b所示，经历十次循环切换后，着色态的V

实验例1

基于颜色叠加效应的KVO电致变色显示器的制备步骤如下：

(1)器件组装

清洗：取两块5×5cm

成膜：如实例1步骤所述，分别在两块ITO玻璃中央喷涂2×2cm

组装：分别将两片制备好的ITO玻璃四周贴上宽1cm的导电铜胶带并压紧，然后在导电铜胶带上贴两层宽1cm的3M透明双面胶，双面胶要向内侧突出约1mm来覆盖铜胶带，不能使胶带与电解质接触。接着剪出一片锌箔框架，将锌框架贴在双面胶上并且锌片四周能够朝内露出3～5mm距离，不能遮挡V

压实：将器件置于重物下压实4-6天；

封装：压实后，利用防水玻璃胶涂覆在器件侧面四周，静置24h，进一步密封器件。

配制凝胶电解质：如实施例2所述，并在其中加入10％质量分数的聚氧化依稀(PEO)，搅拌至澄清透明；

注入电解质：取出压实后的电致变色器件，利用注射器将凝胶电解质注入器件的空腔中；

(3)V

利用器件中上下两片V

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。