研究目的
研究纳米结构对WO3薄膜电致变色性能和光学性能的影响,并与传统磁控溅射沉积的致密薄膜进行对比。
研究成果
在80°掠射角下沉积的纳米柱状结构WO3薄膜展现出优异的电致变色性能,包括更低的驱动电位、更高的电荷容量、更快的离子扩散速率、更好的循环稳定性以及相比致密薄膜增强的光学调制能力。这些性能提升源于纳米结构促进了离子和电子传输,使其在智能窗应用中极具前景。
研究不足
纳米柱状结构薄膜在500次循环后出现性能退化,其嵌入充电电流下降40%,这归因于部分结晶的非晶结构导致电荷嵌入位点受阻。若沉积参数控制不精确,该方法可能存在重现性问题。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用掠射角反应磁控溅射法沉积纳米结构WO3薄膜,并与常规溅射制备的致密薄膜进行对比。设计原理是通过掠射角控制形貌以增强电致变色性能。理论模型包括用于扩散系数分析的Randles-Sevcik方程和用于离子传输研究的电化学阻抗谱。
2:样品选择与数据来源:
衬底为锡掺杂氧化铟(ITO)玻璃和硅片,经超声清洗。薄膜分别在0°和80°掠射角下沉积。
3:实验设备与材料清单:
设备包含钨靶反应磁控溅射系统、场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电镜(FEI Tecnai G2 F20)、配备铂网和Hg/HgO电极的电化学池,以及Lambda 750分光光度计。材料包括高纯氩气、氧气、LiClO4、碳酸丙烯酯及衬底材料。
4:0)、配备铂网和Hg/HgO电极的电化学池,以及Lambda 750分光光度计。材料包括高纯氩气、氧气、LiClO碳酸丙烯酯及衬底材料。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:衬底经清洗后置于溅射腔室,在控制气体流量与功率条件下按指定角度沉积薄膜。通过FE-SEM和TEM分析形貌,采用三电极体系下的循环伏安法、计时电流法和EIS测试电致变色性能,光学透过率测量范围为300-800纳米。
5:数据分析方法:
利用Randles-Sevcik方程解析CV曲线数据计算扩散系数,通过EIS数据拟合确定锂离子扩散系数,光学数据用于计算透过率与光密度值。
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Transmission Electron Microscope
FEI Tecnai G2 F20
FEI
Obtaining TEM and HRTEM images of WO3 films
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Spectrophotometer
Lamda 750
PerkinElmer
Investigating optical transmittance spectra of thin films
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Field-Emission Scanning Electron Microscopy
Characterization of surface and cross-section morphologies of WO3 thin films
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Magnetron Sputtering System
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