本技术公开了一种高分散性氧化钨墨水及其制备方法和在电致变色中的应用,属于电致变色薄膜技术领域。该制备方法包括以下步骤:(1)通过醇溶剂热法制备无添加剂高分散性氧化钨(WO<subgt;3‑x</subgt;)墨水;(2)将分散均匀的墨水通过喷涂、旋涂或提拉法涂覆在基板上,形成电致变色薄膜;(3)对所制备的薄膜进行退火处理,以提高其电致变色性能。本发明的制备方法工艺简单、操作方便,所制备的氧化钨墨水在无添加剂的条件下具有优异的分散性,适用于喷墨打印、旋涂、喷涂等多种薄膜制备工艺,具备良好的规模化生产能力,特别在电致变色显示器件和智能窗等领域展现出广阔的应用前景。
背景技术
电致变色技术因其在外加电压下能可逆改变材料光学性质的特性,被广泛应用于智能窗户和建筑节能、汽车后视镜和遮阳板、显示设备、可穿戴设备、军事伪装以及艺术装饰等领域。与有机电致变色材料相比,无机过渡金属氧化物材料因其良好的可逆性和电化学稳定性,受到广泛关注。
其中,氧化钨作为一种具有广阔发展前景的无机电致变色材料,特别是非化学计量比的氧化钨(WO3-x
)纳米晶,在近红外范围内的局部表面等离子体共振(LSPR)效应可以进一步提高材料的电致变色性能。传统的电致变色薄膜通常采用真空镀膜方法,如磁控溅射法或电子束离子束蒸镀法,这些方法存在工艺复杂、成本高等问题,限制了其大规模应用。而通过湿化学法制备的电致变色薄膜突破了传统真空镀膜工艺的局限,具有良好的规模化生产能力,特别是在电致变色显示器件和智能窗膜等领域,展现出广阔的应用前景。
现有文献(Cai X,Xiao X,Sheng G,et al.Effect of pH on the structure andmorphology of W18
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nanowires and their electrochromic properties[J].CeramicsInternational,2022,48(14):20791-20800.)报道了一种利用乙二醇溶剂热法制备的结晶-非晶核壳结构W18
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纳米线电致变色墨水。该方法中,乙二醇不仅作为溶剂提供反应环境,还作为配体修饰剂促进W18
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纳米线的分散。然而,由于乙二醇无法通过简单低温退火去除,导致制备的电致变色薄膜性能受到负面影响。具体表现为响应时间较慢(633nm处着色时间为7.9s,褪色时间为3.9s)、着色效率较低(633nm处为32.5cm2
/C),以及循环稳定性较差(1000次循环后仅保留84.5%的初始调制幅度)。为了解决乙二醇配体带来的问题,研究人员通常采用透析的方法除多余的乙二醇。另一篇文献(Yao Y,Zhao Q,Wei W,etal.WO3
quantum-dots electrochromism[J].Nano Energy,2020,68:104350.)报道了一种通过乙二醇溶剂热法制备WO3
量子点电致变色墨水的方法,随后采用喷涂技术制备了WO3
电致变色薄膜。该薄膜在Li+
或Al3+
电解液中表现出优异的电致变色性能,如较高的光学对比度(在633nm处分别达到97.8%和94.1%)、较快的响应时间(着色时间为4.5s和13.5s,褪色时间为4s和10s),以及超长的循环寿命(在633nm处经过10000次和20000次循环光学对比度损失仅为10%且无性能退化)。然而,该方法利用透析的方法去除乙二醇配体复杂且耗时,显著降低了生产效率,增加了制备成本和工艺复杂性,限制了电致变色薄膜的大规模、快速制备。因此,开发不依赖于复杂处理工艺的无添加剂电致变色墨水制备方法显得尤为重要。
实现思路