WO3薄膜及器件的电致变色性能研究

论文题目: WO3薄膜及器件的电致变色性能研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料物理与化学

作者: 李竹影

导师: 刘祖黎

关键词: 磁控溅射,氧化钨薄膜,电解液,智能窗,氧化钨钛薄膜

文献来源: 华中科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 射频磁控溅射生成的三氧化钨薄膜及由其组成的智能窗的性能得到了研究。我们在温度可控的射频磁控溅射仪上探索制作三氧化钨薄膜的最佳工艺条件,由于射频磁控溅射仪的最大进氧量仅为50 ml/min,通入的氩气流量在氩气阀端的压力为1KG。所以在纯氩气的情况下,对氧化钨靶材进行溅射,得到黑色的钨沉积薄膜,是因为从氧化钨靶材中溅射出的氧原子和钨原子被氩气所分散,从而大大减小了相互结合的机会。在保持氧气最大流量的情况下,如果调高溅射室内的氩气与氧气的混合压强,也就意味着溅射室内氩气量的相对增加,氧气量的相对减小。在溅射过程中,同样由于氧气量的不足,造成钨原子与氧原子结合机会减小,沉积得到化学配比复杂的非晶态与晶态混合的氧化钨薄膜,实验发现在60W 的溅射功率条件下,溅射室内氧气与氩气的混合压强维持在4Pa 时,所沉积的氧化钨薄膜中三氧化钨的成份居多。本文在第二部分里研究了溅射沉积的氧化钨薄膜的电致变色性能及由氧化薄膜所组成的智能窗在一定电压下的着色性能。在第三部分中我们主要研究了60W溅射功率和4Pa混合压强下生成的氧化钨薄膜在LB 系列电解液中的循环伏安特性及由它们所组成的智能窗的光学特性。测试氧化钨薄膜处于LB 系列电解液中的伏安特性曲线时,发现它们与氧化钨薄膜处在别的电解液中的伏安特性曲线存在较大的差别,这些伏安特性曲线均指示薄膜在充电时的锂离子数与其放电时的锂离子数完全相同,而氧化钨薄膜在锂离子完全退出后(并没有施加反向电压的情况下),仍然有变色现象存在,所以使用WO3薄膜变色的双注入模型,及电荷转移理论已经不能很好地解释氧化钨薄膜的变色现象。考虑到注入的锂离子只是对薄膜的变色起到一个推动作用,在本文的第四部分中,在采用说明过渡金属络合物电子结构及研究过渡金属络合物的物理和化学性能与配体场(配位原子所建立的静电场)对中心离子的电子结构(d 轨道)影响的相互关系的配体场理论[43-45]的基础上,我们认为锂离子的注入干扰了薄膜中位于注入层内氧原子配体具有的对称电场,使得由此而引起的钨离子d 轨道五重简并分裂后的eg和t2g能级差缩小,在透过率曲线上表现为氧化钨薄膜在500nm 左右的吸收谷,变色后向红光和近红外光区域移动,考虑锂离子注入的随机性,所以氧化钨薄膜对红外和近红外光有一个强烈连续吸收。由于交流阻抗方法采用小振幅的正弦小扰动信号, 保证了带有氧化钨薄膜的ITO

论文目录:

摘要

Abstract

1 绪论

2 三氧化钨薄膜及其智能窗

2．1 三氧化钨薄膜的制作

2．1．1 三氧化钨靶材的制备

2．1．2 制造薄膜工艺的探索

2．2 氧化钨薄膜的结构分析

2．2．1 X 射线光电子能谱(XPS)

2．2．2 氧化钨薄膜的形貌

2．2．3 X 射线衍射

2．3 氧化薄膜的电特性

2．3．1 循环伏安特性

2．3．2 响应特性,存储特性及变色寿命

2．4 氧化钨薄膜构成的智能窗

2．4．1 智能窗的构成

2．4．2 智能窗的光学特性

2．5 结论

3 使用LB 系列电解液的智能窗

3．1 实验方法

3．2 电解液的特性

3．2．1 电解液的导电性

3．2．2 红外光谱和核磁共振图谱

3．3 薄膜在电解液中的电特性

3．3．1 响应特性

3．3．2 循环伏安特性

3．4 使用 LB 系列电解液的智能窗光学特性

3．5 结论

4 氧化钨薄膜的电致变色机理

4．1 晶体场—配体场理论

4．1．1 d 轨道在静电场(晶体场)中的分裂和修正的晶体场理论

4．1．1．1 正八面体场

4．1．1．2 拉长或压缩的八面体场

4．1．1．3 高自旋和低自旋的八面体络合物

4．1．1．4 修正的晶体场理论

4．1．1．5 过渡金属络合物的电子光谱(d-d 跃迁)

4．2 氧化钨薄膜的吸收原理

4．2．1 氧化钨薄膜的结构

4．2．2 氧化钨薄膜变色的吸收模式

5 带有氧化钨薄膜层的ITO 平面电极的阻抗特性

5．1 实验

5．2 ITO 平面电极在1M LiClO_4 丙烯碳酸酯电解液中的阻抗谱

5．2．1 具有WO_3 薄膜覆盖层的ITO 平面电极在1M LiClO_4 丙烯碳酸酯电解液中浸泡中、晚期的阻抗谱

5．3 带有WO_3 涂层的ITO 电极在LB 系列电解液中的阻抗谱

5．4 结论

6 氧化钨钛薄膜与智能窗

6．1 掺有二氧化钛的三氧化钨薄膜的制作

6．1．1 掺入二氧化钛的三氧化钨靶材制备

6．1．2 氧化钨钛薄膜的制备

6．2 氧化钛-氧化钨混合薄膜的结构分析

6．2．1 氧化钛-氧化钨混合薄膜的形貌

6．2．2 X 射线衍射(XRD)

6．3 薄膜的循环伏安特性

6．4 0．98WO_3-0．02TiO_2 氧化钨薄膜所级成的智能窗的光学特性

6．5 薄膜的阻抗特性

6．6 结论

7 结论

致谢

参考文献

博士期间发表的论文

发布时间: 2006-04-05

参考文献

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