本發(fā)明涉及銀納米線基底電致變色薄膜的制備及其對近紅外光調(diào)節(jié)的應(yīng)用，屬于功能材料制備及應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)的迅速發(fā)展,能源短缺和環(huán)境污染已成為人類社會急需解決的關(guān)鍵問題。發(fā)達(dá)國家將大量能源應(yīng)用于建筑物的溫度調(diào)節(jié),其中空調(diào)能耗占首位。因此,采取各種措施降低能耗逐漸成為人們的共識,例如以節(jié)能和舒適要求來調(diào)節(jié)太陽光譜的智能窗,在未來建筑物中有廣闊的應(yīng)用前景,受到了人們的廣泛關(guān)注。許多物質(zhì)在受熱、光照、外加電場等外界作用時,其顏色會發(fā)生變化,即產(chǎn)生致色現(xiàn)象。致變色材料是指在外界條件作用下,能連續(xù)可逆的調(diào)節(jié)太陽電磁輻射的材料,致變色可分為光致變色、熱致變色、電致變色、氣致變色以及光電致變色等,其中電致變色材料是近年來研究的熱點之一。

電致變色是指材料在電場作用下顏色產(chǎn)生穩(wěn)定可逆變化的現(xiàn)象。當(dāng)材料在電化學(xué)作用下發(fā)生電子與離子的注入與抽出時，其價態(tài)和化學(xué)組分將發(fā)生變化，從而使材料的反射與透射性能改變，在外觀性能上表現(xiàn)為顏色及透明度的可逆變化。其主要特點如下:(1)電致變色材料中電荷的注入與抽出可以通過外界電壓或電流的改變而方便地實現(xiàn)，注入或抽出電荷的多少直接決定了材料的致色程度，調(diào)節(jié)外界電壓或電流可以控制電致變色材料的致色程度；(2)通過改變電壓的極性可以方便地實現(xiàn)著色或消色；(3)已著色的材料在切斷電流而 不發(fā)生氧化還原反應(yīng)的情況下，可以保持著色狀態(tài)，即具有記憶功能。電致變色薄膜的優(yōu)異性能以及在節(jié)能方面的應(yīng)用前景受到人們的普遍關(guān)注,符合未來智能材料的發(fā)展趨勢。

傳統(tǒng)的電致變色薄膜大多數(shù)以ITO玻璃為導(dǎo)電基底。然而、ITO存在一些問題：1、ITO玻璃韌性差，對電致變色材料的制備加工及應(yīng)用都有非常嚴(yán)格的限制與要求。2、面對有限的硒資源及其越來越多的消費需求，ITO薄膜成本價格變得越來越昂貴。3、由于ITO在波長為1300nm處存在等離子體共振，這使得ITO膜在近紅外波段(780-2500nm)范圍內(nèi)的光學(xué)透過率嚴(yán)重降低。眾所周知、地球表面的近紅外光占到了整個地球表面太陽光能量的50％。因此、開發(fā)合適的近紅外智能玻璃來最大限度的利用紅外光為人類服務(wù)顯得非常的必要。同時、紅外可調(diào)電致變色設(shè)備不僅在熱能調(diào)控方面有很大的吸引力，在航天器發(fā)射探測器，戰(zhàn)爭偽裝材料，光通信等領(lǐng)域都有很大的應(yīng)用潛力。

由于高的透過率、好的導(dǎo)電性和高的機(jī)械柔韌性，銀納米線成為取代ITO而被廣泛研究的新一代導(dǎo)電電極材料。近年來、以銀納米線為導(dǎo)電電極的柔性、可拉伸及可折疊的電致變色器件已經(jīng)開始被越來越多的人研究。然而，當(dāng)前主要集中于柔性器件及可見光區(qū)的調(diào)控方面的研究，對于近紅外智能調(diào)控的研究幾乎沒有。因此本發(fā)明，通過結(jié)合電致變色及銀納米線兩者的獨特優(yōu)勢，開發(fā)出對紅外光及可見光兩者同時智能調(diào)控的電致變色器件。這對電致變色及導(dǎo)電電極領(lǐng)域都具有非常大的拓展性和啟示意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明通過制備得到的銀納米線導(dǎo)電基底電致變色薄膜來進(jìn)行近紅外光波段的智能調(diào)控作用。

為實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明首先需要制備長度較長、適當(dāng)尺寸半徑的銀納米線。

本發(fā)明的基于銀納米線(Ag NW)基底電致變色材料調(diào)節(jié)近紅外光的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將長度至少為50微米、半徑80-12nm的銀納米線通過旋涂及真空熱壓法在透明襯底上制備一層均勻分散的銀納米線透明導(dǎo)電層，進(jìn)而得到透明導(dǎo)電電極；在銀納米線透明導(dǎo)電層表面沉積一層電致變色薄膜，得到銀納米線基底電致變色薄膜；

(2)通過將所得到的銀納米線基底電致變色薄膜、鉑片電極、Ag/KCl參比電極組成三電極體系，與電解液組成電致變色電化學(xué)反應(yīng)體系，通過控制施加電壓大小，進(jìn)行著色-褪色變換，進(jìn)行近紅外波段不同波長處的光學(xué)調(diào)控。

步驟(1)中優(yōu)選通過化學(xué)法制備得到長度約為70μm，半徑約為100nm的銀納米線。其次制備具有可見光和紅外光區(qū)透過率高(大于70％)、導(dǎo)電性好(低于50Ω)和穩(wěn)定性好的透明導(dǎo)電電極是達(dá)到目的第二個必備要求。因此、本發(fā)明首先配制了具有高粘結(jié)性、無色透明及化學(xué)穩(wěn)定性好的PVA溶液(如濃度0.01g/ml)、制備銀納米線乙醇溶液(如濃度3mg/L)。采用了旋涂鍍膜工藝，持續(xù)旋涂一層PVA粘結(jié)層在所選透明襯底上(優(yōu)選以2500轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速持續(xù)20min持續(xù)旋涂一層PVA粘結(jié)層在所選透明襯底上)，后在PVA層上面再旋涂銀納米(優(yōu)選以3500轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速持續(xù)30s旋涂銀納米)?？刂菩考{米線溶液的層數(shù)能夠得到相應(yīng)導(dǎo)電性和透光性的銀納米線導(dǎo)電電極。接著通過在真空環(huán)境中機(jī)械熱壓工藝來增加各層之間的結(jié)合，減小銀納米線的接觸電阻。從而能夠得到穩(wěn)定性好、均勻分散及導(dǎo)電性高的銀納米線透明導(dǎo)電電極。

通過物理或者化學(xué)法在所制備的銀納米線電極表面沉積一定厚度的電致變色薄膜。根據(jù)電致變色薄膜對紅外調(diào)控性能大小的需求，可以制備不同厚度的電致變色層。然后在電場的驅(qū)動下對電致變色薄膜進(jìn)行變色操控，通過薄膜變色前后不同狀態(tài)對近紅外光進(jìn)行選擇性透過。通過控制施加電壓大小，能夠得到薄膜著色、褪色不同狀態(tài)下對近紅外光透過率的大小不同。因此、通過對銀納米線基電致變色薄膜進(jìn)行電壓操控能夠來起到對近紅外光智能調(diào)控的作用

附圖說明

圖1為本發(fā)明所制備的銀納米線掃描電鏡圖。

圖2銀納米線方塊電阻與透過率的關(guān)系圖

圖3制備的銀納米線基底的WO₃電致變色薄膜掃描電鏡圖

圖4銀納米線基底和ITO基底的WO₃電致變色薄膜著色褪色狀態(tài)下的透過率。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式，進(jìn)一步闡明本發(fā)明的實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點，本發(fā)明決非僅局限于所陳述的實施例。

1).制備長徑比較大的銀納米線，通過旋涂及真空熱壓法制備所需導(dǎo)電性的透明導(dǎo)電電極。

2).用電化學(xué)沉積法或磁控濺射法，將電致變色材料沉積到銀納米線上，得到電致變色薄膜。

3).通過電化學(xué)工作站，將所得到的銀納米線基底電致變色薄膜與鉑片電極，Ag/KCl參比電極組成三電極體系，選擇電解液進(jìn)行著色-褪色變換。

4).對不同著色、褪色狀態(tài)下的近紅外光波段的透過率進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，得到近紅外波段不同波長處的光學(xué)調(diào)控能力大小。

4).對銀納米線導(dǎo)電電極基底的電致變色薄膜的變色循環(huán)穩(wěn)定性進(jìn)行測試評估。

實施例1

銀納米線(Ag NW)基底WO₃電致變色材料調(diào)節(jié)近紅外光

1)通過水熱法制備長徑比為700的銀納米線(半徑約為100nm)，后配制了具有高粘結(jié)性、無色透明及化學(xué)穩(wěn)定性好的0.01g/ml的PVA溶液。同時、制備3mg/L的銀納米線乙醇溶液。采用旋涂鍍膜工藝，以2500轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速持續(xù)20min旋涂一層PVA粘結(jié)層在玻璃襯底上，后在PVA層上面再以3500轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速持續(xù)30s旋涂銀納米。后在150℃，-0.1MPa真空環(huán)境中通過對電極施加100N的壓力來制備透明導(dǎo)電電極。

2).制通過電化學(xué)沉積法在銀納米線導(dǎo)電玻璃襯底上制備出WO₃電致變色薄膜，然后以LiClO₄為電解液、Ag/AgCl參比電極、鉑片電極作對電極組合成電致變色電化學(xué)反應(yīng)體系。

2).用電化學(xué)工作站對薄膜進(jìn)行著色/褪色變化操作。。

3).通過紫外-可見-近紅外分光光度計對薄膜不同著色-褪色狀態(tài)下的透過率進(jìn)行測試分析，得出紅外波段的調(diào)控能力大小并與相同制備條件下的ITO基WO₃薄膜的紅外調(diào)控性能進(jìn)行對比。

4).記錄多循環(huán)狀態(tài)下的銀納米線基WO₃電致變色材料的紅外光調(diào)節(jié)的循環(huán)穩(wěn)定性。

銀納米線方塊電阻與透過率的關(guān)系圖，見圖2；制備的銀納米線基底的WO₃電致變色薄膜掃描電鏡圖見圖3；銀納米線基底和ITO基底的WO₃電致變色薄膜著色褪色狀態(tài)下的透過率見圖4。

通過對比分析得出以銀納米線基電致變色薄膜對近紅外光可調(diào)節(jié)的優(yōu)越性及潛在的應(yīng)用價值。