分级孔结构氧化钨的可控制备及其电致变色性能研究

氧化钨电致变色薄膜在航天器智能热控、显示屏、智能窗等领域具有广阔的应用前景。但是电致变色响应时间过长的问题严重制约其发展，对此本项目提出基于微球模板法与电化学锂化相结合的新方法，在氧化钨薄膜中构建大孔-纳米孔分级结构来降低其电致变色响应时间。研究微球模板法以及电化学工艺参数对分级孔结构的调控作用，分析电化学锂化原位致孔过程的形成机制，实现氧化钨大孔-纳米孔分级结构的可控制备；系统研究不同结构参数分级孔结构氧化钨的离子扩散性能，以揭示分级孔结构对其电致变色性能的影响规律。本项目旨在发展简便实用的分级孔结构的合成新技术以及结构调控新方法，为氧化钨电致变色材料的实用化提供可实现途径；深入研究电化学锂化法原位致孔形成机制并建立分级孔结构与其电致变色性能的关系，为新型分级孔结构以及电致变色材料的开发奠定基础。

氧化钨电致变色薄膜在航天器智能热控、显示屏、智能窗等领域具有广阔的应用前景，但其变色响应时间长成为制约其发展的瓶颈问题。本项目基于分级孔结构在离子扩散/输运方面的独特优势，利用模板辅助法和电化学锂化法分别获得大孔以及纳米孔结构，并对制备过程、孔结构对氧化钨薄膜的离子扩散、电致变色性能的影响机制进行了研究。在制备大孔结构时，我们首次发现大孔结构中“window”的形成是在溶剂溶解模板过程中，由于薄壁处力学性能差，在表面张力的作用下，随模板脱落导致。其次，大孔结构中大孔分布均匀、具有三维连通孔道，有利于电解液离子的快速渗透，有效降低了变色响应时间；且在近红外波段提高了光学密度和着色效率；但在可见光波段，薄膜材料的Mie和Bragg散射加强，而削弱了其光学调控能力。同时，我们也研究了孔径大小、薄膜厚度对其光学调控能力的影响。在电化学锂化法研究过程中，我们发现通过充放电过程中离子嵌入/脱出以及氧化/还原过程产生的预应力效应导致了纳米孔结构的产生；通过循环伏安特性分析发现，电化学锂化法导致的纳米孔结构使得在氧化钨着色-褪色过程中，离子嵌入到薄膜表面的活性点大大增加，从而提高了氧化钨薄膜的扩散系数以及着色效率。另外，应用模板辅助法和电化学法研究了大孔结构对另外一种有机电致变色材料——聚苯胺的性能影响，我们发现，大孔结构同样导致聚苯胺的离子扩散系数提高了2倍，响应时间缩短了一半，近红外波段电致变色性能提高，但可见光波段电致变色性能由于散射加强而被削弱。