氧化鎳納米電致變色薄膜及其製備方法
2023-09-21 12:35:35 1
專利名稱：氧化鎳納米電致變色薄膜及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種附著在器件上的變色薄膜及其製備方法，確切地說是一種氧化鎳電致變色薄膜及其製備方法。
背景技術：
製備鎳的電致變色薄膜的方法很多，包括陽極氧化、電化學沉積、電子束蒸發、濺射、高溫直接氧化等。但這幾種方法需要大型設備，製備工藝複雜，制膜面積受設備限制，不適於大面積製備。
目前，用溶膠-凝膠法製備氧化鎳納米電致變色薄膜大多數都是採用鎳的醇鹽水解的辦法。但是，傳統製備氧化鎳溶膠的配方都是比較複雜的，使得氧化鎳電致變色薄膜的製備工藝也很複雜，反應需要控制的步驟比較多。比如CN1067661C公開的一種製備氧化鎳電致變色薄膜的方法，首先將鎳鹽、硫酸鈰或硫酸釹在蒸餾水、無水乙醇和乙醯丙酮的混合液中攪拌溶解製備主溶液；再用氨水、蒸餾水和無水乙醇製備調膠液；然後在攪拌下將一定量的調膠液加到主溶液中得到半透明的溶膠液，該溶膠液作為塗膜液備用。成膜的方法更加複雜，用噴霧和浸塗交替進行並反覆2～6次，即在ITO透明導電玻璃上先噴霧制膜、300～600℃燒結5～30分鐘，冷卻後再浸塗制膜、30～100℃乾燥5～30分鐘再300～600℃燒結5～30分鐘，冷卻後再噴霧制膜，如此交替反覆。
《固態離子》公開了一種溶液-凝膠法製備NiOx薄膜的方法，將NiCl2在正丁醇和乙二醇的混合溶劑中攪拌半小時製得前軀液，然後加入一定量的乙酸、聚氧化乙烯(PEO)和二乙醇胺(DEA)70℃下回流3小時，再加入水繼續回流1小時，冷卻得到溶膠，用浸滯提拉成膜方法得到電致變色薄膜(《Solid State Ionics》1998、113～115卷、p457～463)。
發明內容
本發明亦使用溶液-凝膠法加工氧化鎳電致變色薄膜，旨在簡化配方和成膜工藝，以實現產業化。
本發明的配方有以下組成和重量百分比鎳鹽2～4％水 2～4％
有機溶劑 餘量。
所述的鎳鹽可以是氯化鎳(NiCl2)或硝酸鎳(Ni(NO3)2)或硫酸鎳(NiSO4)中的一種。
所述的有機溶劑是以無水乙醇為主的混合溶劑，即無水乙醇同3～7個碳原子的一元脂肪醇，如丙醇、異丙醇、丁醇、異丁醇、戊醇、己醇、庚醇中的一種或兩種以上相混合，按2∶0.5～1.5的比例混合。
在上述配方組成中還可以加入0.5～0.8％的有機酸，所述的有機酸是指4～7個碳原子的二元或三元脂肪酸如檸檬酸、蘋果酸、戊二酸等中的一種或兩種以上有機酸。
薄膜的製備方法包括溶膠的製備和浸滯提膜以及乾燥、焙燒、退火、冷卻各單元過程。
溶膠的製備先將鎳鹽加入有機溶劑中升溫並攪拌溶解，在78～82℃條件下回流半小時，再加入水或者同時加入有機酸繼續回流1～2小時，即得鎳溶膠。
浸滯提膜先將ITO玻璃片洗淨、乾燥，浸滯於溶膠中，然後用提膜儀以10mm/分的速度反覆提拉、乾燥2～3次，最後在馬弗爐內300～450℃焙燒0.5～2小時，出爐後退火、冷卻即得氧化鎳納米電致變色薄膜玻璃片。
本薄膜性能表徵如下1、微觀形貌如圖1SEM照片所示，本方法製備的氧化鎳薄膜非常均勻，緻密程度也非常好。晶態顆粒的平均直徑在30～50nm之間，達到了納米級別。所以，氧化鎳薄膜在著色態時在可見光範圍內的透光率非常小，可以滿足實用的要求。
2、透射光譜用分光光度計在400～800nm的範圍內測量其透光率的變化。如圖2所示，薄膜在400～490範圍內的透光率最小，在10％左右，隨著入射光波長的增加，薄膜的透光率逐漸增加。當波長大於600nm時，薄膜的透光率就大幅度的增加，在800nm處，透光率達到了70％，薄膜對入射光的吸收非常小。
3、電化學特性對氧化鎳薄膜進行電化學分析。如圖3所示，在0.59V附近陽極電流開始上升，表示陽極著色反應開始，並在0.66V附近出現峰值，著色態形成在0.59V附近電流開始反向增大，表示陰極褪色反應開始，並於0.5V附近出現陰極電流峰，褪色態形成。當循環次數達到2000次時薄膜的氧化還原電位依然沒有顯著的變化，說明薄膜具有良好的穩定性。
本發明採用簡單的配方和簡單的工藝製備了氧化鎳納米電致變色薄膜，其透光率可以在7.9～85％的範圍內變化，響應時間為30～90s，晶粒尺寸在30～50nm之間，均勻性非常好，緻密性也非常好，孔隙在5～10nm之間，穩定性能良好，可以循環使用幾千次，具有廣闊的實用前景。比如顯示器、智能窗、汽車無眩光後視鏡等。本發明製備方法簡單，適於工業化。並能加工大面積電致變色薄膜。
四
圖1是薄膜的SEM照片圖2是著色態薄膜的透光率變化曲線3是循環伏安特性曲線圖。
五具體實施例方式
(一)、鎳溶膠的製備1、取48ml無水乙醇和12ml丁醇混合得到有機溶劑，攪拌下加入1.2g NiCl2並升溫至76℃時回流半小時，加1.2g蒸餾水，繼續回流1小時，即得鎳溶膠。
2、取40ml無水乙醇和20ml戊醇混合得到有機溶劑，攪拌下加入1.8g Ni(NO3)2升溫至80℃時回流半小時，加0.36g檸檬酸和1.8g蒸餾水，繼續回流1.5小時，即得鎳溶膠。
3、取35ml無水乙醇和25ml己醇混合得到有機溶劑，攪拌下加入2.4g NiSO4升溫至82℃時回流半小時，加0.48g戊二酸和2.4g蒸餾水，繼續回流2小時，即得鎳溶膠。
(二)、氧化鎳電致薄膜的製備取ITO玻片一塊，用乙醇/水溶液在超聲下洗滌乾淨並乾燥。將乾燥的玻璃片浸滯於鎳溶膠中，用提膜儀以10mm/s的速度提拉、乾燥(脫去溶劑和水)，反覆提拉、乾燥2～3次，最後於馬弗爐中在300～450℃溫度下焙燒0.5～2小時，出爐後退火、冷卻得到氧化鎳納米電致薄膜玻片。
權利要求
1.一種氧化鎳納米電致變色薄膜，有以下組成和重量百分比鎳鹽 2～4％水 2～4％有機溶劑 餘量，所述的鎳鹽可以是氯化鎳或硝酸鎳或硫酸鎳中的一種鎳鹽，所述的有機溶劑是無水乙醇同3～7個碳原子的一元脂肪醇中的一種或兩種以上以2∶0.5～1.5的比例混合得到的有機溶劑。
2.根據權利要求1所述的薄膜，其特徵在於所述的配方組成中還含有0.5～0.8％的4～7個碳原子的二元或三元脂肪酸中的一種或兩種以上有機酸。
3.一種氧化鎳納米電致變色薄膜的製備方法，包括溶膠的製備、成膜、乾燥、焙燒、退火、冷卻各單元過程，其特徵在於(1)溶膠的製備，將2～4％的鎳鹽加入有機溶劑中，升溫攪拌溶解，於78～82℃條件下回流半小時，再加入2～4％的蒸餾水或同時加入0.5～0.8％的有機酸繼續回流1～2小時，即得到鎳溶膠；(2)所述的成膜，將洗淨、乾燥的ITO玻璃片浸滯於溶膠中，用提膜儀以10mm/分的速度反覆提拉、乾燥2～3次，最後將乾燥的玻璃片於300～450℃條件下焙燒0.5～2小時。
全文摘要
一種氧化鎳納米電致變色薄膜及其製備方法，先用溶液－凝膠法製備鎳溶膠，然後將ITO玻璃片浸滯於該溶液中，用提膜儀提拉成膜，經乾燥、焙燒、退火、冷卻得到氧化鎳納米電致變色薄膜。溶膠的製備是先用無機鎳鹽溶解在以無水乙醇為主的混合有機溶劑中，78～82℃回流半小時，再加入水或者同時加入有機酸繼續回流即得鎳溶膠。本發明配方簡單，薄膜均勻、緻密，晶粒平均粒徑30～50mm之間，透光率可以在7.9～85％範圍內變化，可反覆數千次，性能穩定，適於工業化，並能加工大面積電致變色薄膜。
文檔編號C09K11/60GK1528855SQ0313509
公開日2004年9月15日 申請日期2003年9月28日 優先權日2003年9月28日
發明者劉錦淮, 孟凡利, 王連超, 孫宇峰, 黃行九, 皮宗新 申請人:中國科學院合肥智能機械研究所