B3+、Sm3+单掺杂TiO2薄膜制备及电致变色性能研究

摘要

TiO2属于阴极电致变色质材料，因它具有高着色效率，作为无机电致变色质材料而被广泛研究。在三种晶型当中，锐钛矿的TiO2的电致变色效果最佳，但仍不能满足人们对高性能电致变色器件的要求，同时，其循环寿命和稳定性也是TiO2薄膜考虑的重点。合适的制备方法和优化制备工艺来提高薄膜的性能外，掺杂也是改善TiO2薄膜性能的主要途径。
　　本文用溶胶-凝胶法提拉镀膜工艺，将钛酸四丁酯放入溶剂无水乙醇中，经磁力搅拌后，再加入抑制剂冰醋酸，然后加硝酸和去离子水于无水乙醇中来使其成酸性，最后成功制出TiO2及其掺杂的前驱体溶胶。经过提拉镀膜，成功制备TiO2电致变色薄膜以及一系列Sm3+、B3+掺杂TiO2薄膜。分析热反应机理用热分析仪测定，表面形貌分析用扫描电镜观察，对其晶型的构造及无定形程度用X-射线衍射研究，对其光学性能用紫外-可见光光度计检测，用三电极法测其电化学性能。其研究结果如下:
　　(1)TiO2薄膜热处理效果最佳的温度为400℃，经蒸发、有机物的分解和燃烧等阶段，TiO2及其掺杂了的干凝胶的质量逐渐降低，直至质量不再变化以后，TiO2由锐钛矿转到金红石的晶型晶体。
　　(2)TiO2薄膜以锐钛矿相的形式存在，具有较好的电致变色机能，稳定性和着色效率高，在可见光谱区域内，最大光透过率能够达到了75％左右。
　　(3)溶胶-凝胶法制备的TiO2薄膜，微观下呈现纳米疏松多孔、表面粗糙、不平整的特性。疏松多孔结构为离子运输提供便利，提高离子的存储能力，从而提高材料的电致变色性能。
　　(4)通过将Sm(NO3)3溶液和H3BO3溶液依次加入到TiO2前驱体溶液中，制备含掺杂了B3+、Sm3+的TiO2电致变色膜，掺杂了Sm3+的浓度为10％时，薄膜的电致变色性能最好。引入B3+的掺杂浓度为9％时，薄膜具有最佳的电致变色性能。

目录

声明

摘要

1．1 电致变色概述

1．2．1 电致变色材料的定义和特点

1．2．2 国内外的研究现状

1．2．3 电致变色材料的分类

1．2．4 电致变色器件的结构及应用

1．3 常用的电致变色薄膜的制备方法

1．4 TiO2的研究背景

1．4．2 TiO2电致变色材料的变色机理

1．6 本文研究的内容

1．7 本文的研究目的及意义

2．1 溶胶-凝胶法简介

2．2 实验材料及设备

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 检测仪器

2．3 实验材料的处理

2．4 薄膜的制备

2．5 实验流程

2．6 样品的表征及分析手段

2．6．1 热分析

2．6．2 X射线衍射仪

2．6．3 扫描电子显微镜

2．6．4 分光光度计

2．6．5 电化学性能分析

3 结果与分析

3．1．2 Sm3+掺杂TiO2干凝胶粉末的TG-DSC分析

3．1．3 B3+掺杂TiO2干凝胶粉末的TG-DSC分析

3．2 微观结构分析

3．2．1 样品表面形貌分析

3．2．2 样品的晶体结构分析

3．3 薄膜的电致变色性能分析

3．3．1 TiO2薄膜的电致变色性能分析

3．3．2 Sma+掺杂TiO2薄膜的电致变色性能分析

3．3．3 B掺杂TiO2薄膜的电致变色性能分析

3．4 薄膜的光学性能分析

3．4．1 TiO2薄膜的光学性能分析

3．4．2 Sm3+掺杂TiO2薄膜的光学性能分析

3．4．3 B3+掺杂TiO2薄膜的光学性能分析

4 结论与展望

4．1 结论

4．2 展望

参考文献

致谢

读研期间主要研究成果