多彩色Mo掺杂V2O5电致变色薄膜的制备及其性能研究

摘要

氧化物电致变色材料由于其广泛的应用前景受到了越来越多的关注。V2O5具有层状结构，能更有效地实现离子在其中的可逆传输。V2O5具有多彩色电致变色特征，并且，既可作为阴极变色材料又可作为阳极变色材料，因此，研究者们对V2O5的研究具有浓厚的兴趣。此外，高价态Mo阳离子能够进一步改善V2O5薄膜的光学和电学性能。因此，本文围绕V2O5及Mo掺杂V2O5电致变色薄膜的制备及其性能研究开展工作。
　　本研究主要内容包括：⑴采用溶胶-凝胶法制备了均一、稳定的V2O5溶胶，在不同电压(4V、6V、8V、10V)下，利用电沉积方法制备了V2O5薄膜。XRD测试结果表明：电沉积法得到的V2O5薄膜具有层状结构。随着沉积电压的升高，晶面间距变化不大，均在1nm左右。此外，Raman结果表明V2O5层状结构具有晶格振动模式，从光学角度再次证明了电沉积法制备的V2O5薄膜具有层状结构。此外，研究了沉积电压对V2O5薄膜电致变色性能的影响。当沉积电压为10V时，V2O5薄膜具有较优的循环稳定性能，且响应时间较短(3-10s)。⑵通过水热法制备了Mo掺杂V2O5复合溶胶，随后，在不同电压(4V、6V、8V、10V)下，利用电沉积方法制备了Mo掺杂V2O5薄膜。XRD结果表明，Mo掺杂V2O5薄膜具有(001)晶面的层状结构特征，Mo的掺杂没有破坏V2O5的层状结构。此外，沉积电压为4V、6V、8V和10V的条件下，Mo掺杂V2O5薄膜的晶面间距分别为1.11nm、1.31nm、1.27nm和1.14nm。与V2O5薄膜相比，Mo掺杂V2O5薄膜的(001)晶面间距扩大了0.1-0.3nm，为Li+的嵌入/脱嵌提供了更大的输运通道，同时Mo的掺杂对V2O5薄膜变色性能的提高提供了结构支持。HRTEM结果表明，Mo掺杂V2O5薄膜具有(004)晶面和(003)晶面，其晶格条纹的间距分别为0.28nm和0.36nm，这些结果与XRD证实的层状结果一致。AMF测试结果表明，电沉积法得到的Mo掺杂V2O5薄膜表面比较平整，并且平均粗糙度小于20 nm。沉积电压为10V的条件下，Mo掺杂V2O5薄膜具有较优的循环伏安特性，并且，其稳定性比V2O5薄膜更优。在不同的外加电场下(1.0V,1.5V,-0.3V,-0.5V,-1.0V)，Mo掺杂V2O5薄膜能够实现五种颜色变化(浅黄色、深橘色、浅绿色、蓝绿色、蓝色)，并且，变色的工作电压较小(小于2V)。⑶研究了退火对Mo掺杂V2O5薄膜的结构和电致变色性能的影响。随着退火温度的改变，Mo掺杂V2O5薄膜的晶面间距由1.06 nm增加至1.38nm。晶面间距的增加有利于离子在Mo掺杂V2O5变色薄膜中的移动。Mo掺杂V2O5薄膜沉积态时的着色效率为22.2cm2C-1，250℃退火后，薄膜的着色效率增加至42.7cm2C-1。结果表明，Mo掺杂V2O5薄膜在较佳的退火工艺后，其光学调控和着色效率均被明显提高。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 电致变色材料的分类及应用

1.3 电致变色薄膜的制备工艺

1.4 V2O5基电致变色材料

1.5 本论文的研究目的、意义及内容

2 V2O5薄膜及Mo掺杂V2O5薄膜的制备方法及表征技术

2.1 实验仪器及试剂

2.2 薄膜制备装置及热处理装置

2.3 V2O5薄膜及Mo掺杂V2O5薄膜的结构、形貌表征技术

2.4 V2O5薄膜及Mo掺杂V2O5薄膜的电学性能表征技术

2.5 本章小结

3 V2O5薄膜的制备及结构、电学性能分析

3.1 V2O5薄膜的制备

3.2 V2O5薄膜的结构表征及分析

3.3 V2O5薄膜的电学性能表征及分析

3.4 本章小结

4 Mo掺杂V2O5薄膜的制备及其结构、电学、变色性能表征

4.1 Mo掺杂V2O5薄膜的制备

4.2 Mo掺杂V2O5薄膜的结构与形貌分析

4.3 Mo掺杂V2O5薄膜的电学与变色性能分析

4.4 本章小结

5 退火对Mo掺杂V2O5薄膜的结构及变色性能的影响

5.1 退火对Mo掺杂V2O5薄膜的结构影响

5.2 退火对Mo掺杂V2O5薄膜电学性能的影响

5.3 退火对Mo掺杂V2O5薄膜电致变色性能的影响

5.4 Mo掺杂V2O5薄膜电致变色的机理分析

5.5 本章小结

6 研究结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢