[发明专利]氟掺杂二氧化钛的纳米阵列电致变色薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了氟掺杂二氧化钛的纳米阵列电致变色薄膜，以钠钙玻璃为基板，在基板上覆盖有氟掺杂二氧化钛的纳米阵列电致变色薄膜。该薄膜能够解决当前二氧化钛电致变色性能低的问题。本发明薄膜的制备方法具体为：步骤1，配制含Ti‑F元素的复合溶胶C；步骤2，提拉制备凝胶薄膜；步骤3，将带有氟掺杂二氧化钛感光凝胶膜基片置于四光束激光干涉系统中曝光；步骤4，将曝光后的氟掺杂二氧化钛感光凝胶膜基片置于溶洗剂中溶洗，将未曝光部分溶洗去除，得到氟掺杂二氧化钛的纳米阵列凝胶膜基片；步骤5，将氟掺杂二氧化钛的纳米阵列凝胶膜基片放置于马弗炉中于450℃下真空退火处理60分钟，得到氟掺杂二氧化钛的纳米阵列电致变色薄膜。

技术领域

本发明属于电致变色薄膜制备技术领域，具体涉及一种氟掺杂二氧化钛的纳米阵列电致变色薄膜；本发明还涉及该种电致变色薄膜的制备方法。

背景技术

二氧化钛是一种阴极电致变色材料，具有良好的光电性能，较快的离子扩散速率，稳定的化学性能等特性，在锂离子电池、电致变色器件、热敏传感器等方面有着广阔的应用前景。但目前二氧化钛的电致变色性能低，因此需继续研究改进。TiO₂的变色机理可以用电子和离子双注入和双抽出模型解释，即电子和离子注入，形成变色物，电子和离子抽出回复原始状态，其反应式为：

TiO₂(透明)+xM⁺+xe^-＝MxTiO₂(蓝色)

(式中M⁺为H⁺，Na⁺等IA族离子，x表示阳离子在TiO₂电极中交换的数量，e^-为参与反应的电荷)。由上述反应式可知，对二氧化钛进行掺杂可以提高电子在薄膜中的传输能力，提高其导电性可以进一步提高二氧化钛的电致变色能力。同时可以制备纳米阵列薄膜进而增大薄膜与电解液的接触面积，促进电解液离子向薄膜注入和抽出，提高其电致变色性能。因此如何实现二氧化钛的掺杂以及纳米阵列的制备成为目前电致变色领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种氟掺杂二氧化钛的纳米阵列电致变色薄膜，能够解决当前二氧化钛电致变色性能低的问题。

本发明的另一个目的是提供一种氟掺杂二氧化钛的纳米阵列电致变色薄膜的制备方法，该方法能够大面积制膜、适合于产业化量产。

本发明所采用的技术方案是：氟掺杂二氧化钛的纳米阵列电致变色薄膜，其特征在于，以钠钙玻璃为基板，在基板上覆盖有氟掺杂二氧化钛的纳米阵列电致变色薄膜。

本发明的特征在于，

纳米阵列电致变色薄膜中氟：钛原子比为0.02～0.05：1，且纳米格点在纳米阵列电致变色薄膜中规则排列。

本发明所采用的另一种技术方案是：

氟掺杂二氧化钛的纳米阵列电致变色薄膜的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1，配制含Ti-F元素的复合溶胶C；

步骤1.1，配制含Ti元素的溶胶B：其配制过程为，将苯甲酰丙酮与甲醇混合，室温搅拌30分钟，得到溶液A；在溶液A中加入钛酸丁酯，于室温下搅拌1小时，得到溶胶B；

步骤1.2，在溶胶B中加入三氟乙酸，室温下混合搅拌，即可获得含有Ti-F元素的复合溶胶C；

步骤2，提拉制备凝胶薄膜；

将获得的含Ti-F元素的复合溶胶C通过浸渍提拉法在钠钙玻璃上制备凝胶薄膜，并将提拉制备的凝胶薄膜基片于80℃下干燥10分钟后取出，空冷至室温，之后，用无水乙醇将钠钙玻璃背面的凝胶薄膜擦拭掉，只保留正面的凝胶薄膜；

步骤3，将带有氟掺杂二氧化钛感光凝胶膜基片置于四光束激光干涉系统中曝光；