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Ce/Sm掺杂TiO_2电致变色薄膜的制备与表征

作　者: 刘艳华
导　师: 修稚萌；毕孝国
学　校: 东北大学
专　业: 材料学
关键词: TiO2薄膜 Ce/Sm掺杂电致变色溶胶-凝胶法循环伏安法
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

电致变色薄膜具有连续可调的光学性能、多色彩显示、低工作电压、低能耗、无辐射、大视角等一系列特点,在信息显示、能量调控以及微波通讯等领域均具有非常广阔的应用前景。电致变色材料中TiO2具有较弱的阴极电致变色性,比较适合作电致变色器件中的离子存储层。本实验采用溶胶-凝胶法制备TiO2和Ce/Sm掺杂TiO2电致变色薄膜。Ce/Sm的掺杂是在溶胶制备过程中加入相应硝酸盐,掺杂摩尔浓度分别为2%、5%、10%、15%、20%。利用自制拉膜设备通过浸渍提拉法在导电玻璃(ITO)上涂膜,将其进行热处理后,最终制备出均匀透明的薄膜。使用XRD、TG-DTA、FT-IR、SEM等手段对TiO2粉末和薄膜进行表征,使用电化学工作站对薄膜的电致变色性能进行表征。研究讨论了TiO2薄膜电致变色性能的各影响因素以及Ce/Sm的掺杂对电色性能的影响。结果表明：Ce/Sm的掺杂有利于热处理过程中Ti02薄膜中有机物的分解,能够抑制Ti02晶粒的生长,并使TiO2由锐钛矿到金红石的开始转变温度发生滞后,由600℃升高到690℃。经250℃处理后的薄膜,均匀透明,无裂纹,循环后无斑点出现。随着TiO2薄膜厚度的增加,电致变色时薄膜颜色由浅蓝色逐渐变化为蓝色,电荷存储容量逐渐增大。当薄膜的厚度在90～120nm,电荷存储容量为18.90mC·cm-2,K值最大为0.91,电致变色可逆性最好。Ce/Sm掺杂TiO2薄膜电致变色时,颜色深浅变化不明显且无斑点出现,随着Ce/Sm掺杂浓度的增加,电流响应特性降低,Ce掺杂摩尔浓度为2%时,K值最大为0.88,薄膜变色性能较好；Sm的掺杂摩尔浓度为10%时,K值最大为0.95,薄膜变色性能最好。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第一章绪论  10-26
  1.1 电致变色现象及其发展情况  10-11
  1.2 电致变色材料的种类、变色机理及相关器件的研究  11-20
    1.2.1 电致变色材料的种类  11-13
      1.2.1.1 无机电致变色材料  11-12
      1.2.1.2 有机电致变色材料  12-13
    1.2.2 电致变色材料的变色机理  13-15
      1.2.2.1 Deb模型  14
      1.2.2.2 Faughnan模型  14-15
      1.2.2.3 Schirmer模型  15
      1.2.2.4 Bechinger模型  15
    1.2.3 电致变色器件的结构与应用  15-20
      1.2.3.1 电致变色器件的结构  15-17
      1.2.3.2 电致变色器件的应用及前景  17-20
  1.3 TiO_2电致变色材料研究情况  20-24
    1.3.1 TiO_2的晶体结构  20-23
    1.3.2 TiO_2电致变色材料的变色机理、应用及研究进展  23-24
  1.4 该课题研究的意义及目的  24-26
第二章实验部分  26-34
  2.1 实验材料及仪器  26-27
    2.1.1 实验材料  26
    2.1.2 实验仪器和设备  26-27
    2.1.3 检测仪器和设备  27
  2.2 实验准备  27-28
  2.3 TiO_2溶胶和粉末的制备  28
  2.4 Ce/Sm掺杂TiO_2溶胶和粉末的制备  28-29
  2.5 TiO_2薄膜的制备  29-31
  2.6 性能检测  31-34
    2.6.1 TG-DTA检测  31
    2.6.2 XRD检测  31-32
    2.6.3 SEM检测  32
    2.6.4 FT-IR红外光谱测试  32-33
    2.6.5 循环伏安特性测试  33-34
第三章结果与讨论  34-58
  3.1 干凝胶粉的表征  34-46
    3.1.1 TG-DTA检测结果  34-37
    3.1.2 XRD检测结果与分析  37-42
      3.1.2.1 TiO_2粉末的XRD测试  37-39
      3.1.2.2 Ce掺杂TiO_2粉末的XRD测试  39-40
      3.1.2.3 Sm掺杂TiO_2粉末的XRD测试  40-42
    3.1.3 FT-IR检测结果与分析  42-46
      3.1.3.1 不同温度处理的TiO_2粉末的FT-IR测试分析  42-45
      3.1.3.2 Ce掺杂TiO_2粉末的FT-IR测试分析  45
      3.1.3.3 Sm掺杂TiO_2粉末的FT-IR测试分析  45-46
  3.2 薄膜样品的检测结果与分析  46-58
    3.2.1 薄膜表面形貌的表征  46-49
    3.2.2 电致变色性能分析  49-58
      3.2.2.1 电致变色现象  49-50
      3.2.2.2 热处理温度对电致变色性能的影响  50-51
      3.2.2.3 镀膜次数对电致变色性能的影响  51-54
      3.2.2.4 Ce掺杂对TiO_2薄膜电致变色性能的影响  54-55
      3.2.2.5 Sm掺杂对TiO_2薄膜电致变色性能的影响  55-58
第四章结论  58-59
参考文献  59-63
致谢  63

Ce/Sm掺杂TiO_2电致变色薄膜的制备与表征

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