NiOx薄膜的制備和電致變色性能研究.pdf

1、電致變色現(xiàn)象是指在電流或外加電場的作用下材料的光學性能發(fā)生的變化，即材料的顏色發(fā)生穩(wěn)定的、可逆變化的現(xiàn)象，根據(jù)變色過程中電化學反應的方式可分為陽極著色和陰極著色兩類。電致變色材料是一種新型功能材料，它在大型顯示器開關、無眩反光鏡、電致變色儲存器件與建筑窗玻璃、靈巧窗等方面都有十分誘人的應用前景。氧化鎳薄膜不僅能夠用作電致變色薄膜，還可以作為電致變色器件的離子存儲電極。 本文采用射頻濺射法和電化學沉積法成功地制備了性能優(yōu)良的氧化鎳

2、基電致變色薄膜。系統(tǒng)的研究了薄膜的結(jié)構，表面形貌，光電性能和電致變色性能，分析和探討了電致變色原理，主要內(nèi)容包括以下幾個方面： (1)在不同的氧分壓下，用射頻濺射法制備了氧化鎳薄膜。研究了濺射過程中氧分壓對薄膜生長速度的影響，當O2、Ar分壓比約等于1:10時，我們得到最快的沉積速度：SEM分析發(fā)現(xiàn)，隨著氧分壓的升高，濺射制備的氧化鎳薄膜呈現(xiàn)出更加均勻的形貌；XPS分析發(fā)現(xiàn)，隨著氧分壓的降低，Ni2p3/2主峰的位置朝著低的結(jié)合

3、能方向移動，薄膜中Ni3+的含量逐漸降低；測試薄膜的電阻發(fā)現(xiàn)，當氧含量很低時，方塊電阻呈上升趨勢，當氧含量達到一定量時，膜電阻又開始下降；對薄膜進行光學性能測試，發(fā)現(xiàn)氧分壓為1:13的氧化鎳薄膜的著色對比度最大，具有更差的變色性能。 (2)對射頻濺射法制備的氧化鎳薄膜，進行不同溫度下的熱處理。對薄膜的XRD分析，發(fā)現(xiàn)射頻濺射制備的NiOx膜為NiO和Ni2O3的混合相，并且隨著熱處理溫度的升高，NiO(200)面的衍射峰強度增加

4、，并且向小角度移動；SEM分析發(fā)現(xiàn)，隨著熱處理溫度的升高，結(jié)構變致密，晶粒尺寸增大；測試薄膜的電阻發(fā)現(xiàn)，隨著熱處理溫度的升高，薄膜的方塊電阻是呈上升趨勢；對薄膜進行光學性能和電化學測試發(fā)現(xiàn)，隨著熱處理溫度的升高， NiOx膜的電致變色性能會變差。 (3)電化學沉積制備氧化鎳薄膜。通過研究電化學沉積氧化鎳薄膜的過程，我們發(fā)現(xiàn)在NiSO4與NH4OH的摩爾濃度比等于1:6時，有最快的沉積速率；XRD分析表明，電化學沉積的NiOxHy

5、、，薄膜是非晶的，熱處理后薄膜中出現(xiàn)了有NiO和Y-NiOOH兩個相；通過對電化學制備薄膜的STM分析發(fā)現(xiàn)，膜表面是由許多細小的顆粒組成，平均粒度為幾十個納米到一百個納米，著色態(tài)構成表面的顆粒要粗大一些；對電化學制備薄膜進行光學性能和電化學測試，發(fā)現(xiàn)薄膜進行電致變色反應的方程式為：Ni(OH)2(漂白態(tài)) ←→NiOOH(著色態(tài))+H++e-，電化學沉積的NiOxHy，薄膜在可見光區(qū)域有很高的變色效率，特別對入：460nm的光，變色效率

6、11達到111。 (4)為了研究氧化鎳薄膜電致變色變色的機理，我們分別對濺射制備氧化鎳薄膜(原態(tài)、漂白態(tài)和著色態(tài))進行了XPS分析，來研究不同狀態(tài)下的氧化鎳薄膜種的Ni的狀態(tài)。在原態(tài)中，Ni2p3/2主峰由兩個支峰組成，相應的OlS1/2主峰也分為兩個峰，這表明原態(tài)的NiOx膜中既有Ni2+，又有Ni3+；在漂白態(tài)中，Ni2p3/2主峰尖銳，當H+占據(jù)NiOx薄膜中的Ni空位時引起的Ni3+朝Ni2+的轉(zhuǎn)變；在著色態(tài)中，Ni2p