一種水滑石前驅體熱解制備摻鋁氧化鎳電致變色薄膜的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電致變色薄膜制備技術領域，具體涉及到一種水滑石前驅體熱解制備摻鋁氧化鎳電致變色薄膜的方法。
【背景技術】
[0002]電致變色材料是指在一定電壓下顏色能發生持久可逆變化的物質，正由于這類材料特殊的性質和良好的應用前景，人們對其具有極大的關注度。電致變色材料可分為無機、有機、無機/有機復合和無機/無機復合材料等四大類。本發明涉及的電致變色材料N1屬于無機這一大類，Ni O電致變色薄膜的制備方法有很多，例如，磁控濺射法、化學氣相沉積法、電沉積法、噴霧熱解法、脈沖激光沉積法、溶膠-凝膠法等。N1薄膜具有原材料來源豐富、價格低廉、制備工藝簡單、光學調制范圍大、是研宄最多的陽極電致變色材料，但是由于其電致變色速度慢和循環穩定性差，限制其商業化的應用。而摻鋁的氧化鎳薄膜屬于無機/無機復合電致變色材料，此類材料能改善單一無機電致變色材料的性能。
[0003]層狀復合金屬氫氧化物(Layered Double Hydroxides,簡寫為LDHs，又稱水滑石)是一類典型的陰離子型層狀材料，對于二元金屬元素組成的LDHs大多具有層板元素長程有序結構，其熱解產物具有元素均勻分散特性。并且很多LDHs的陽離子比例可調，范圍在2-4之間。而N1-AlLDHs體系不僅具有元素長程有序的特點而且陽離子比例可調范圍比一般的水滑石更大。通過陽離子比例的調節能揭示鋁離子含量對氧化鎳電致變色性能的影響，找到改善性能的最佳比例。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供了一種水滑石前驅體熱解制備摻鋁氧化鎳電致變色薄膜的方法，該方法提高了其光學調制及循環穩定性能。
[0005]本發明的技術方案:首先采用常規的共沉淀法合成不同陽離子比例的N1-AlLDHs,并將之分散于乙醇中形成膠體溶液，通過運用涂膜機將膠體溶液旋涂成膜后在馬弗爐中熱解成鋁摻雜的氧化鎳電致變色薄膜。
[0006]本發明所述的水滑石前驅體熱解制備摻鋁氧化鎳電致變色薄膜的方法的具體步驟如下:
[0007]1.將10-20mg鎳鋁水滑石研磨成粉末，然后分散到10_30ml的乙醇中超聲10-30min制得膠體溶液；
[0008]2.超聲條件下，將ITO片依次浸泡于稀鹽酸、丙酮、乙醇中，5-20分鐘后取出干燥，然后將步驟I制備的膠體溶液滴在處理后的ITO片上，通過旋涂法制備10-30層鎳鋁水滑石薄膜；
[0009]3.將步驟2所得鎳鋁水滑石薄膜置于馬弗爐中，在300-700°C下熱解5_20分鐘制得摻鋁氧化鎳電致變色薄膜。
[0010]所述的鎳鋁水滑石的化學式是！NihAlx(OH)2(CO3)x.πιΗ20，其中0.04彡χ彡0.33，m為結晶水數量，取值范圍為0.5-9?
[0011]上述制備得到的摻鋁氧化鎳電致變色薄膜的電致變色性能測試方法為:取面積為3cm2的摻鋁氧化鎳電致變色薄膜作為工作電極，配制6M的KOH溶液作為電解質溶液，在三電極體系下測試其電致變色性能，Pt電極為輔助電極，甘汞電極為參比電極。
[0012]本發明制備得到的電致變色薄膜是一類新型的均勻摻鋁氧化鎳電致變色薄膜材料。該薄膜還可通過陽離子比例的調控來改變摻鋁氧化鎳電致變色薄膜的性能。該薄膜在投料比為19:1時制備的薄膜具有高光學調制范圍(58% )、快轉變速度(漂白時間1.8s，著色時間4.2s)和好的循環穩定性(200次循環降低15%電致變色性能)。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明實施例1-5得到的不同陽離子比例的水滑石的XRD譜圖，(a)3:l(b)5:1(c) 9:1(d) 19:1(e) 29:1o
[0014]圖2是本發明實施例1的鎳鋁(3:1)水滑石的HRTEM和STEM圖；A和B是水滑石熱解產物的HRTEM圖，C是晶格衍射條紋圖，D是熱解產物Ni和Al的mapping圖。
[0015]圖3是實施例1-5制備的摻鋁氧化鎳電致變色薄膜的CV圖，掃描速度分別為5OmVs 1O
[0016]圖4是實施例1-5得到的漂白態摻鋁氧化鎳電致變色薄膜的透射率，掃描范圍300_800nmo
[0017]圖5是實施例1-5得到的著色態摻鋁氧化鎳電致變色薄膜的透射率，掃描范圍300_800nmo
[0018]圖6是實施例1-5得到的摻鋁氧化鎳電致變色薄膜的計時電流曲線，并顯示了摻鋁(19:1)氧化鎳薄膜的漂白時間和著色時間。
[0019]圖7是實施例4得到的摻鋁(19:1)氧化鎳電致變色薄膜的循環穩定性研宄。
【具體實施方式】
[0020]下面通過具體的實施例來進一步解釋本發明。
[0021]實施例1
[0022]1.采用共沉淀法制備水滑石，具體方法為稱取11.632g Ni (NO3) 2.6H20和5gAl (NO3)3.9H20溶解在去離子水中配成10mL混合鹽溶液，稱取4.68g NaOH和3.77g似20)3溶解在去離子水中配成10mL堿溶液，將兩種混合溶液同時滴入裝有120ml去離子水的三口燒瓶內并伴隨機械攪拌，40°C水浴，通過調控反應最終pH達到10，晶化24h，離心洗滌，干燥，研磨成粉，得到的鎳鋁水滑石的化學式是=Nia 753Ala 247 (OH)2(CO3)ai24.H2O ；
[0023]2.稱取1mg步驟I中制得的鎳鋁水滑石粉末分散于1ml的乙醇中，超聲20min，得到膠體溶液；選取2cm*3cm的ITO片，超聲條件下，將之依次浸泡于稀鹽酸、丙酮、乙醇中，5分鐘后取出干燥；
[0024]3.將膠體溶液滴在ITO片上，然后置于涂膜機上，先低速500rpm旋轉20s，再高速2000rpm 旋轉 1s ；
[0025]4.重復步驟3，30次，制得以ITO為基底的均勻分布的30層鎳鋁水滑石薄膜；將所得鎳鋁水滑石薄膜置于馬弗爐中，在400°C下熱解5分鐘制得摻鋁氧化鎳電致變色薄膜。
[0026]5.電致變色性能測試方法:取面積為3cm2上述制備的摻鋁氧化鎳電致變色薄膜作為工作電極，配制6M的KOH溶液作為電解質溶液，在三電極體系下測試其電致變色性能，Pt電極為輔助電極，甘汞電極為參比電極。在一定掃速下測試其電化學性能，然后通過固體紫外手段測試經過電化學處理的摻鋁氧化鎳電致變色薄膜。
[0027]對產物進行表征:由圖1a中003、006、012等特征峰可知為鎳鋁碳酸根水滑石的XRD圖；由表I可知所生成水滑石的陽離子比例為3.05:1 ;由圖2可知鋁均勻摻雜在生成的N1中；由圖3可知所制備均勻鋁摻雜氧化鎳的電化學性能；由圖4和5能知道鋁摻雜氧化鎳電致變色薄膜在著色態和漂白態的透過率，可得到在500nm下的光學調制范圍為53.5%。由圖6能通過電流響應和時間的變化曲線得到著色態和變色態的變化速率。
[0028]實施例2
[0029]1.采用共沉淀法制備水滑石，具體方法為稱取11.632g Ni (NO3) 2.6H20和3.75gAl (NO3) 3.9H20溶解在去離子水中配成10mL混合鹽溶液，稱取4.4g NaOH和3.551gNa2CO3S解在去離子水中配成10mL堿溶液，將兩種混合溶液同時滴入裝有120ml去離子水的三口燒瓶內并伴隨機械攪拌，40°C水浴，通過調控反應最終pH達到10，離心洗滌，干燥，研磨成粉，得到的鎳鋁水滑石的化學式是:Ni0.831Al0.169 (OH)2 (CO3) ο.085.0.8H20 ；
[0030]2.同實施例1 ;
[0031]3.同實施例1 ；
[0032]4.同實施例1 ;
[0033]5.同實施例1。
[0034]對產物進行表征:由圖1b中003、006、012等特征峰可知為鎳鋁碳酸根水滑石的XRD圖；由圖3可知所制備均勻鋁摻雜氧化鎳的電化學性能；由圖4和5能知道鋁摻雜氧化鎳電致變色膜在著色態和漂白態的透過率，可得到在500nm下的光學調制范圍為52.9%。由圖6能通過電流響應和時間的變化曲線得到著色態和變色態的變化速率。
[0035]實施例3
[0036]1.采用共沉淀法制備水滑石，具體方法為稱取11.632g Ni (NO3) 2.6H20和
1.67gAl (NO3) 3.9H20溶解在去離子水中配成10mL混合鹽溶液，稱取3.91g NaOH和3.16gNa2CO3S解在去離子水中配成10mL堿溶液，將兩種混合溶液同時滴入裝有120ml去離子水的三口燒瓶內并伴隨機械攪拌，40°C水浴，通過調控反應最終pH達到10，離心洗滌，干燥，研磨成粉，得到的鎳鋁水滑石的化學式是:Ni0.895Al0.105 (OH)2 (CO3) ο.052.2H20 ；
[0037]2.同實施例1 ;
[0038]3.同實施例1 ;
[0039]4.同實施例1 ;
[0040]5.同實施例1。
[0041]對產物進行表征:由圖1c中003、006、012等特征峰可知為鎳鋁碳酸根水滑石的XRD圖；由圖3可知所制備均勻鋁摻雜氧化鎳的電化學性能；由圖4和5能知道鋁摻雜氧化鎳電致變色膜在著色態和漂白態的透過率，可得到在500nm下的光學調制范圍為55.2%。。由圖6能通過電流響應和時間的變化曲線得到著色態和變色態的變化速率。
[0042]實施例4
[0043]1.采用共沉淀法制備水滑石，