Li4Ti5O12的制备及电致变色性能研究开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

当前,能源和环境问题突出,成为制约社会可持续发展的重要因素。电致变色是材料在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象,在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。这种变化使电致变色材料与器件在智能窗、电子纸、低能耗显示等诸多领域有巨大应用前景,可以有效的实现节能减排、保护环境。

电致变色材料大致可分为两类:一类是有机电致变色材料,光吸收变化来自氧化还原反应;另一类是无机电致变色材料,其光吸收变化是因离子和电子的双注入/抽取引起。商业化电致变色器件对电致变色材料循环性能具有较高的要求,至少超过10万次。电致变色在重复的着/褪色过程中,离子嵌入后因为遭到晶格内电荷的制约或在整个变色过程中会产生不可逆的副反应而降低电致变色性能,进而致使材料的循环稳定性越来越差。zhou[4]等用硫酸铵辅助水热法制备mo掺杂的wo3纳米线薄膜,虽然相比于未掺杂的wo3薄膜,其表现出更大的光学动态调节范围,更快的着色速度和着色效率,但其循环稳定性却降低了,可能是因为适量的掺杂会降低纳米线的结晶性。未掺杂的wo3纳米线薄膜经过3500次循环后,依旧能保持最初的光学调制的85.5%,而掺杂量为2.0%的mo的wo3纳米线薄膜经过3500次循环后只能够保持最初光学调制范围的57.3%。而且即便是未掺杂的wo3薄膜的循环稳定性也不高,离商业化的目标还相差甚远。moo3薄膜相比于wo3薄膜,其记忆效应更加持久,但它的光谱动态调制范围相对较小,循环性能不佳,且具有较慢的褪变色速度。[5] 大部分材料在离子脱嵌过程中会发生较为严重的晶格畸变,从而影响其循环稳定性。而li4ti5o12材料在嵌锂和脱嵌锂的过程中晶格尺寸变化非常小,零应力且无结构畸变,[6]使其在着/褪色过程中非常稳定,可以提供更高的循环稳定性和循环次数,在电致变色领域展现出巨大的应用潜力。

目前li4ti5o12的合成方法主要有固相合成法[7]、溶胶-凝胶法[8-9]、水热合成法[10]、喷雾干燥法[11]等。目前,最常用的是固相合成法。其工艺相对简单,具有工业化生产的优势,但难以控制产物颗粒尺寸及均匀度、晶粒形态和性质,且固相法所制备的li4ti5o12多为微米级。而溶胶-凝胶法的优势则在于能制备尺度分布均匀的亚微米级和纳米级材料,而且反应温度较低、能耗小。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备:采用溶胶凝胶法制备li4ti5o12并在透明导电玻璃上成膜。

材料表征:对制备出的li4ti5o12薄膜,采用xrd、fesem、cv、uv-vis等表征、测试技术对材料物相、形貌、电化学性能、电致变色性能进行测试分析

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告;

第4-6周:按照设计方案,采用溶胶凝胶法制备li4ti5o12,并在透明导电玻璃上成膜;

第7-12周:采用xrd、fesem、cv、uv-vis等表征,测试技术对材料物相、形貌、电化学性能、电致变色性能进行测试分析;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] deb s.k.electrochromic characters of wo3[j]. applied optics supplements.1969, 3: 193.

[2] 殷顺湖, 徐键, 洪樟连, 等. 灵巧窗电致变色复合薄膜材料、器件及应用[j].材料导报,1995, 9(6): 70.

[3] 张升水,张茂龙. 有机电致显色材料. 化学通报, 1993, 9: 27.

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