射频磁控溅射法制备Ag-WO3复合薄膜及电致变色性能的研究

论文摘要

W03薄膜是发现最早,研究最为深入的无机电致变色（Electrochromism）材料,在智能窗、显示器件、太阳能电池等领域具有非常好的应用前景。为了能够应用于实际,需要进一步提高其电致变色性能。因此,提高W03薄膜的调光性,延长循环寿命,缩短响应时间,制备电致变色性能优异的W03薄膜,已成为光化学、材料科学等领域的前沿研究课题。本论文采用射频磁控共溅射法分别在Si片、ITO玻璃基底上制备一系列不同Ag组分含量（3.0-12.0Vo1.%）的Ag-WO3颗粒复合薄膜,同时沉积纯W03薄膜作为对比。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）, X射线光电子能谱仪（XPS）、紫外可见分光光度计（UV-Vis）、椭圆偏振光谱仪（SE）、电化学工作站等测试仪器分别对所制备薄膜的微结构、表面形貌、组分、光学性能及电致变色等性能进行表征,研究Ag组分含量与溅射时间对薄膜的微结构、表面形貌、组分、光学性能与电致变色性能的影响。结果表明：室温下沉积的薄膜均无定形态,当金属Ag镶嵌于W03基中,结构由四方相结构转变为单斜相,并且随着Ag组分含量的增加,复合薄膜的生长择优取向发生改变,薄膜中的Ag组分主要以Ag单质的形式存在。随着Ag含量的增加,薄膜变色所需的电压下降,响应时间减少,薄膜电极的反应速度提高,该结果归因于复合薄膜的载流子浓度随Ag含量的增大而增多。然而,薄膜的循环性能随着Ag含量的增加而下降,这主要是由于在氧化还原过程中复合薄膜中的Ag组分与注入薄膜中的Li+离子发生相互作用,阻碍了Li+离子从着色后的薄膜中抽出,使得薄膜的褪色性能下降。为了提高Ag-WO3复合薄膜的循环性能,在不同的溅射时间下制备6.0Vol.%Ag-WO3薄膜,研究溅射时间对该复合薄膜电致变色性能的影响。分析结果表明,在不同的溅射时间下制备的复合薄膜均为单斜相结构,并沿着晶面指数（110）方向择优生长,在溅射时间为30min的条件下,复合薄膜的循环性能明显提高,并且薄膜的调光度达到46.3%,响应时间为3.5s,这是由于该条件下制备的薄膜表面疏松多孔,有利于Li+离子的注入/抽出,从而实现良好的变色可逆性。本文的创新点：①首次采用射频磁控共溅射法将金属Ag镶嵌在w03基中,研究Ag-WO3颗粒复合薄膜的电致变色性能。②通过研究溅射时间对复合薄膜微结构、表面形貌及电致变色性能的影响,获得了最佳的溅射时间,提高了复合薄膜的循环性能。③通过对纯w03薄膜与Ag-WO3复合薄膜的电致变色性能的研究,可以推断复合薄膜中Ag颗粒与注入的Li+离子发生相互作用,为探讨薄膜的电致变色机理提供了实验依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1.1 引言
• 3概述'>§1.2 WO₃概述
• 3晶体结构'>§1.2.1 WO₃晶体结构
• 3薄膜的变色机理'>§1.2.2 WO₃薄膜的变色机理
• 3薄膜的现实应用及存在的问题'>§1.2.3 WO₃薄膜的现实应用及存在的问题
• 3薄膜的研究现状'>§1.2.4 WO₃薄膜的研究现状
• 3基掺杂的研究现状'>§1.2.5 WO₃基掺杂的研究现状
• §1.3 课题主要研究内容
• §1.4 小结
• 第二章 样品的制备及表征
• §2.1 磁控溅射镀膜及其原理
• §2.2 薄膜制备
• §2.2.1 基片清洗
• §2.2.2 复合靶材制备
• §2.2.3 溅射镀膜
• §2.2.4 电解质的配置
• §2.3 薄膜性能表征
• §2.3.1 薄膜微结构的表征
• §2.3.2 薄膜形貌的表征
• §2.3.3 薄膜组分及价态的表征
• §2.3.4 薄膜光学性能的表征
• §2.4 小结
• 3复合薄膜的微结构、组分 #20及电致变色性能的研究'>第三章 Ag-WO₃复合薄膜的微结构、组分 #20及电致变色性能的研究
• §3.1 Ag含量对薄膜性质的影响
• §3.1.1 Ag含量对薄膜结构的影响
• §3.1.2 Ag含量对薄膜表面形貌的影响
• §3.1.3 Ag含量对薄膜光学性能的影响
• §3.1.4 复合薄膜的组分及化学价态分析
• §3.1.5 Ag含量对薄膜电致变色性能的影响
• §3.1.6 小结
• §3.2 溅射时间对薄膜性质的影响
• §3.2.1 溅射时间对薄膜结构的影响
• §3.2.2 溅射时间对薄膜表面形貌的影响
• §3.2.3 溅射时间对薄膜光学性能的影响
• §3.2.4 溅射时间对薄膜电致变色性能的影响
• §3.2.5 小结
• 第四章 结论与展望
• §4.1 结论
• §4.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文