毕业答辩——电致变色材料的研究进展
39页1、电致变色材料的研究进展,指导教师:,哈尔滨商业大学 轻工学院 印刷工程,论文结构,1,2,3,4,研究目的及意义,电致变色机理,5,无机电致变色材料,有机电致变色材料,应用及展望,6,总结,1.1 研究目的及意义,(1)电致变色材料因其环保、低耗、绿色、无污染、智能的特点,符合国民经济的“可持续发展战略”的要求;符合未来智能材料的发展。 (2)电致变色材料做成的电致变色显示器,只要显示内容不变化,就不会耗电,可以达到节能目的。同时电致变色显示器与其它显示器相比,具有无视盲角,对比度高等优点。电致变色材料在智能窗、电子纸、电色存储器件等领域也具有重要的研究意义和巨大的应用价值。,1.2 国内研究现状,目前的研究方向大多在电致变色材料的变色机理和材料复合及电致变色材料的性质分析上面。虽然没有国外起步早,但我国在这方面仍然有这很大研究进展。 如制备高质量WO3薄膜的热蒸发镀膜工艺参数进行摸索,制备出了基于WO3薄膜电致变色数字显示器件,具有工作电压低、变色响应时间快、和双面透光等特性,在双面显示器件方面具有潜在的开发应用价值。,1.3 国外研究现状,国外起步比较早,开始主要集中于探讨电致变色
2、的机理。直到20世纪70年代紫精类有机电致变色材料的合成,将电致变色研究首次延伸到了有机领域,这是电致变色研究史上的又一次飞越。在几十年的时间里,国外诸多学者利用现代分析仪器,完成了很多电致变色材料性质分析实验。 如Dalavi通过溶液凝胶结合的方法制备氧化镍膜,使镍的氧化物薄膜沉积在掺杂的锡中得到氧化镍薄膜。根据氧化镍薄膜扫描的电子显微图像可知表面有利于电解质渗透到膜结构,增强其电致变色性能。,2 电致变色机理,电致变色(EC)是指材料在外加正负交替电场或电压的作用下,其透光率、折射率和反射率等光学性能可发生稳定的可逆性变化,在外观上表现为材料的颜色或透明度发生可逆变化的现象。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料,用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。,2. 电致变色机理,2.1 色心模型,该模型适用于过渡金属氧化物。缺陷是没有明确阐述形成色心的氧空位的来源。,2. 电致变色机理,2.2 双重注入/抽出模型,钨青铜,适用于TiO2、MoO3、NiO等材料,但没有明确电子和阳离子的注入方式和途径。,2. 电致变色机理,小极化子处于定域态,电子被定域在某个晶格位置上,即当一个电子注
3、入晶格后,电子被束缚在单个W6+结点上,由于不同晶格位置的W具有不同的能量,借助于声子的参与,电子可以通过隧道穿透,从一个定域态跃迁到另一个相邻的定域态。 缺陷 极化子模型没有对阳离子的行为和作用进行论述,因而相对电致变色过程,模型的解释不够完整。 价间跃迁模型和小极化子模型都是建立在离子和电子的双注入/抽出基础上的, 它们的物理本质是相同的 薄膜的着色和褪色过程不仅伴随着电子的转移,而且还伴随着离子的转移,往返运动造成晶格结构的破坏 氧原子与钨原子的亲和力远小于氧原子与氢离子或锂离子的亲和力,因此对电致变色薄膜施加反向电位时,钨离子应该首先抽出 对注入的电子和阳离子在晶格中扩散的渠道和动力,以及如何改变材料的光学常数等问题,还没有准确描述,2.3 极化子模型,2. 电致变色机理,I+ e-I MeOn+xIIxMeOn I+为小直径的单电荷正离子,Me为金属原子 适用于无机材料,但是如果某种催化机制本身就存在于薄膜中,如存在晶体(粒)界面中,作为正离子得失电子的介质,能够降低Li+的还原电位,因此电化学反应模型将进一步完善,2.4 电化学反应模型,2. 电致变色机理,能级模型认为电致
4、变色是由自由载流子在同一能带内跃迁引起的。 注入的电子将首先占据能量较低的t2g轨道,并集中在能带中能量较低的位置;注入的电子不再束缚于某一结点周围,而是具有自由电子特征,在能带中形成自由载流子;随着注入的电子增多,费米能级向上移动,注入的电子可以吸收光子从一个电子能态跃迁到另一个电子能态,而吸收的光子的频率在近红外波段,使得WO3薄膜着色后呈现蓝色 缺陷 由于能带结构的描述和计算还不是很准确,电致变色的能级模型解释还只是停留在定性阶段。,2.5 能极模型,2. 电致变色机理,(1)由于Li+与O的不规则结合,可对“W5+”产生不对称电场,使得5d轨道产生能级分裂,电子在5个5d轨道上进行d-d跃迁;(2)Li+、e、WO3是一种松散结合,e容易在“W5+”与“OLi”之间进行跃;(3)LixWO3中“W6+”和“W5+”共存,电子可在“W6+”和“W5+”之间进行跃迁。在电致变色中,不仅可能存在不同价态金属离子的电子跃迁,还可能存在金属离子的d-d跃迁和金属离子与配位离子间的电子跃迁。 缺陷 该模型没有进一步说明电子和离子双抽出的机制,还只是一种初步的设想。,2.6 配位场模型,3.
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