一種ZnO-NiO復合基電致變色器件及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電致變色器件，具體涉及一種ZnO-N1復合基電致變色器件及其制備方法。
【背景技術】
[0002]與光致變色、熱致變色相對應，電致變色是指材料在電場作用下光學性能產(chǎn)生穩(wěn)定可逆變化的現(xiàn)象。通常，這種可逆變化是在無色透明態(tài)與有色態(tài)、或者兩種不同的顏色之間進行。對于電致變色的研究源于上世紀80年代中期，吸引了諸多科研工作者的目光。電致變色器件具有對比度高、制造成本低、工作溫度范圍寬、驅動電壓低、色彩豐富等優(yōu)點，可應用于電致變色智能窗、汽車自動防眩目后視鏡、電致變色眼鏡、電子紙、儀表顯示、戶外廣告等領域。
[0003]目前階段，實驗室制備無機-有機電致變色器件還不夠廣泛，技術也比較落后。由于種種原因，所制備電致變色器件對比度不夠高，穩(wěn)定性不好，循環(huán)次數(shù)達不到要求從而也達不到商業(yè)化的目的。此外，由于實驗室用電解質通常為液態(tài)狀，在器件封裝過程中容易漏液。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術的不足而提供一種ZnO-N1復合基電致變色器件。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:一種ZnO-N1復合基電致變色器件，它包括工作電極、與所述工作電極相對應設置的對電極、設置于所述工作電極和所述對電極之間用于對其進行密封的密封圈、填充于所述工作電極和所述對電極之間且位于所述密封圈內的電解質以及分別與所述工作電極和所述對電極相連接的電源，所述工作電極包括電極基板、形成于所述電極基板一表面上的ZnO種子層、形成于所述ZnO種子層另一表面上的ZnO納米棒陣列以及形成于所述ZnO納米棒陣列端部的N1薄膜層。
[0006]優(yōu)化地，所述電源與所述工作電極的所述ZnO種子層或所述電極基板相連接。
[0007]進一步地，所述N1薄膜層的厚度為100~500nm。
[0008]進一步地，所述ZnO納米棒陣列的高度為1~3 μπι。
[0009]進一步地，所述對電極一表面具有第一導電層，所述電極基板一表面具有第二導電層，所述第一導電層和所述第二導電層相向設置，所述ZnO種子層形成于所述第二導電層上。
[0010]本發(fā)明的又一目的在于提供一種上述ZnO-N1復合基電致變色器件的制備方法，它包括以下步驟:
(a)工作電極的制備:將含鋅溶液旋涂在電極基板表面，第一退火后形成ZnO種子層；隨后置于含鋅溶液，在所述ZnO種子層上反應形成ZnO納米棒陣列；再置于含鎳溶液中，在所述ZnO納米棒陣列端部形成N1薄膜層，洗凈后經(jīng)第二次退火形成工作電極； (b)組裝:將所述工作電極和對電極相對設置，在其之放置密封圈，用膠水封裝，預留小孔，經(jīng)所述小孔注入電解液，連接外接電源即可。
[0011]優(yōu)化地，所述步驟(a)包括以下步驟:
(al)將乙醇、二水合乙酸鋅和乙醇胺配置成第一混合溶液，隨后旋涂于ΙΤ0玻璃上，第一次退火后形成ZnO種子層；
(a2)將形成ZnO種子層的ΙΤ0玻璃放入盛有醋酸鋅和六亞甲基亞胺混合溶液的容器中，在密封條件下，加熱反應形成ZnO納米棒陣列；
(a3)將ΙΤ0玻璃置于盛有NiSOjP K #204混合溶液的容器中，使ZnO納米棒陣列自由端垂直浸入NiSOjP K 2S204混合溶液中，再加入氨水，反應形成N1薄膜層，洗凈后經(jīng)第二次退火即可。
[0012]進一步地，步驟(al)中，所述乙醇、二水合乙酸鋅和乙醇胺的摩爾比為1~3:
0.01-0.06:0.01-0.06 ;第一次退火溫度為300~500°C，退火時間為1~3小時。
[0013]進一步地，步驟(a2)中，所述醋酸鋅和六亞甲基亞的摩爾比為1:0.8-1.2，反應溫度為80~100°C，反應時間為1~2小時。
[0014]進一步地，所述NiS0#K2S204的摩爾比為5~7:1 ;第二次退火溫度為300~400°C，退火時間為1~3小時。
[0015]由于上述技術方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點:本發(fā)明ZnO-N1復合基電致變色器件，通過設置ZnO納米棒陣列和N1薄膜層，其中多孔結構N1薄膜層為電致變色層，ZnO納米棒陣列結構作為離子儲存層，這樣的多孔N1薄膜層結構更有利于電子的迀移和傳輸，提高電致變色性能；另一方面，ZnO納米陣列棒結構作為離子儲存層，也可以在電極基板表面收集電子，從而流向回路，從而使得電致變色器件具有更好的穩(wěn)定性以及更明顯的顏色變化，在制造智能變色窗，顯示器，電子紙等方面有著很大的優(yōu)勢。
[0016]本發(fā)明ZnO-N1復合基電致變色器件的制備方法，采用“先封裝，后留孔，再注液”的工藝，有效的改善了往常電致變色器件電解質漏液的弊端，也通過留孔技術便于電致變色器件在工作一段時間后電解液的添加。
【附圖說明】
[0017]附圖1為本發(fā)明ZnO-N1復合基電致變色器件結構示意圖；
附圖2為實施例2中工作電極的ZnO-N1復合材料的SEM俯視圖；
附圖3為實施例2中工作電極的ZnO-N1復合材料的SEM側視圖；
附圖4為實施例2中ZnO-N1復合材料的XRD圖譜；
附圖5為實施例2中ZnO-N1復合基電致變色器件Wavelength-Transmittance圖譜； 附圖6為實施例2中ZnO-N1復合基電致變色器件的循環(huán)測試曲線；
其中，1、工作電極；11、電極基板；111、第二導電層；12、ZnO種子層；13、ZnO納米棒陣列；14、N1薄膜層；2、對電極；21、第一導電層；3、密封圈；4、電解質；5、電源。
【具體實施方式】
[0018]下面將結合附圖實施例對本發(fā)明進行進一步說明。
[0019]實施例1 本實施例提供一種ZnO-N1復合基電致變色器件，如圖1所示，它主要包括工作電極1、對電極2、電解質4和電源5。而工作電極1主要包括電極基板11、ΖηΟ種子層12、ZnO納米棒陣列13和N1薄膜層14。
[0020]其中，電極基板11具有上表面和下表面，ZnO種子層12形成在電極基板11的上表面上，ZnO納米棒陣列形成于ZnO種子層12的另一表面(上表面)上，N1薄膜層14形成于ZnO納米棒陣列13的上端部。N1薄膜層14為多孔結構且是電致變色層，這樣的多孔N1薄膜層結構更有利于電子的迀移和傳輸，提高電致變色性能；另一方面，ZnO納米陣列棒結構作為離子儲存層，也可以在電極基板表面收集電子，從而流向回路，從而使得電致變色器件具有更好的穩(wěn)定性以及更明顯的顏色變化，在制造智能變色窗，顯示器，電子紙等方面有著很大的優(yōu)勢。
[0021]對電極2與工作電極1相對應設置的，在使用時將它們分別與電源5相連接；密封圈3設置于工作電極1和對電極2之間，用于對它們進行密封，并防止電解質的泄露。電解質4填充于工作電極1和對電極2之間，且位于密封圈3內。電源5與工作電極1的ZnO種子層12或電極基板11相連接。
[0022]在本實施例中，對電極2和電極基板11均為ΙΤ0玻璃，電極基板11的上表面具有第二導電層111，對電極2的下表面具有第一導電層21，ZnO種子層12形成在第二導電層111上。電源5與工作電極1的ZnO種子層12相連接。N1薄膜層14的厚度為100~500nm。ZnO納米棒陣列13的高度為1~3 μπι。
[0023]實施例2
本實施例提供一種Zn0-Ni 0復合基電致變色器件的制備方法及由此方法制得的ZnO-N1復合基電致變色器件。
[0024]制備方法具體為:
將IT0玻璃(2.8 X 2 cm2)依次放入異丙醇、丙酮、無水乙醇、去離子水中超聲，每個過程15分鐘，洗凈后用吹風機吹干，待用；
ZnO種子層的制備:取無水乙醇、二水合乙酸鋅和乙醇胺按摩爾比為1.7:0.05:0.05配成第一混合溶液，將第一混合溶液磁力攪拌均勻后，在洗凈的ΙΤ0玻璃上進行兩次旋涂，旋涂好的襯底放入馬弗爐中，在300°C高溫退火2小時；
ZnO納米棒陣列的制備:取80mL去離子水加入試劑瓶中，加入摩爾比為1:1的醋酸鋅和六亞甲基亞胺(濃度為0.03mol/L)，攪拌，調節(jié)pH至5.9-6.0，將長有ZnO種子層的襯底(ΙΤ0玻璃)放入試劑瓶中，斜靠在瓶壁上，密封，在95°C烘箱中保溫1.5h，取出樣品，用去離子水沖洗、晾干；
N1薄膜的制備:將形成有ZnO納米棒陣列的襯底置于容器中，該容器內盛有濃度為
0.4mol/L的NiSOjP濃度