五邑大学应用物理与材料学院，广东 江门 529020
电解质为电致变色器件的变色提供离子，是器件中不可缺少的一部分。然而，目前对电解质层的研究主要集中在复合电解质和极限浓度，少有探究电解质浓度对电致变色性能的影响规律和机理，尤其是循环稳定性。因此，本文系统研究了高氯酸锂（LiClO4）电解质浓度（0.1、0.5、1.0、2.0 mol/L）对氧化钨（WO3）薄膜循环前后电致变色性能的影响，及对其循环稳定性的作用机理。结果表明，当LiClO4浓度为1.0 mol/L时，WO3薄膜表现出最短的着色/褪色时间，初始电荷储存量高达25.2 mC?cm-2，6000圈伏安（CV）循环后，衰退率仅为25.4%，表现出最佳的循环稳定性。该研究详细介绍了电解质浓度对WO3薄膜电致变色性能及其循环稳定性的影响规律及作用机理，对WO3基电致变色器件的设计和制备具有重要的指导意义。
电致变色性能 氧化钨 电解质浓度 循环稳定性 光学学报
2023, 43(23): 2331003
1 五邑大学应用物理与材料学院，广东 江门 529020
2 五邑大学柔性传感材料与器件研究开发中心，广东 江门 529020
采用磁控溅射法制备氧化钨（WO3），基于电流驱动模型设计制备无需对电极层的新型窗帘式电致变色器件，并对器件的边框、WO3薄膜的最佳厚度和离子储存区尺寸进行了系统优化。结果表明，制备得到的WO3薄膜在550 nm波长处的调制率高达78%，1000圈循环伏安曲线测试后电荷储量衰减率仅为3.5%；设计的窗帘式器件显色区域高度可控，且消除了对电极对器件性能的影响。该研究为电致变色器件结构创新提供了新思路。
薄膜 氧化钨 电致变色 窗帘式 结构简化
1 辽宁石油化工大学石油化工学院, 辽宁 抚顺 113001
2 辽宁石油化工大学环境与安全工程学院, 辽宁省先进清洁能源材料化学工程实验室, 辽宁 抚顺 113001
本文以二水合钨酸钠为主要原料, 通过水热方法将单斜相氧化钨原位生长在六方相氧化钨表面, 从而构建了单斜相/六方相“异相结”氧化钨光催化剂(m/h-WO3)。XRD、Raman和SEM的结果表明, 通过控制反应溶液的浓度, 可以实现m/h-WO3“异相结”中单斜相/六方相的组成调控。可见光下降解罗丹明B的实验结果表明, 相较于单斜相和六方相WO3, m/h-WO3具有更高的光催化活性, 而且m/h-WO3中六方相和单斜相的组成是影响光催化性能的主要因素之一, 5% m/h-WO3展现了显著的光催化降解能力, 降解速率分别为六方相和单斜相WO3的7.6倍和5.0倍。SPV表征结果表明, m/h-WO3“异相结”, 特别是具有合适晶相组成的m/h-WO3可以显著提高光生电子和光生空穴的分离效率, 从而提高光催化性能。
光催化 氧化钨 异相结 罗丹明B Photocatalysis Tungsten oxide Phase junction Rhodamine B
WO3电致变色器件具有变色响应时间短、光学对比度高等优点, 在汽车后视镜、智能窗等领域具有重要应用。近年来, 随着可穿戴电子设备的迅速发展, 柔性WO3薄膜的制备成为柔性电致变色器件领域的研究热点。但WO3结晶温度较高, 而受聚合物衬底可耐受温度的限制, 通常需要采用磁控溅射、电子束蒸镀等真空气相沉积技术制备晶态柔性WO3薄膜。此技术对设备要求高, 且所制备的薄膜结构较致密, 不利于电解液的渗透和电解质离子的快速脱嵌。采用液相回流化学法预合成了结晶态WO3·H2O微米片粉体, 首次采用乙醇胺等胺类分子使WO3·H2O强化解离为高度分散的纳米粒子胶体溶液, 经旋转涂覆液相成膜技术制备成柔性晶态WOx薄膜并应用于柔性电致变色器件。机理研究表明, 胺基官能团与WO3·H2O微米片的强界面相互作用产生的电荷斥力使其迅速解离。所制备的柔性WOx电致变色器件的着色和褪色时间分别为5.9 s和5.4 s, 着色效率最高可达146.7 cm2/C, 经200次弯折后仍具有较好的性能。
柔性 电致变色 氧化钨 强化解离 flexible electrochromism tungsten oxide intensified dissociation
1 吉林建筑大学 电气与计算机学院 吉林省建筑电气综合节能重点实验室，吉林 长春 130118
2 吉林建筑大学 寒地建筑综合节能教育部重点实验室，吉林 长春 130118
3 吉林师范大学，吉林 四平 136099
为有效提高薄膜晶体管的电学和光学性能，本文采用射频磁控溅射法在P型硅衬底上沉积钨掺杂氧化锌薄膜（WZO），并制备成薄膜晶体管（TFT）器件，研究钨（W）的溅射功率对WZO薄膜晶体管电学和光学性能的影响，并对WZO薄膜进行表征。实验结果表明，W的溅射功率会影响薄膜的结晶质量。随着W溅射功率的增加，薄膜结晶质量逐渐变好。达到某个值后继续增加W的溅射功率，薄膜结晶质量并没有很大的改善。本文中研究的WZO薄膜均在（002）晶面择优生长，且当W的溅射功率为2 W时，WZO薄膜晶体管综合性能最好，开关比达到5.24×105，阈值电压为16.89 V，在400~1 400 nm波段平均透过率达到90%。
薄膜晶体管 氧化锌钨薄膜 钨的溅射功率 thin film transistor zinc tungsten oxide thin film tungsten doping content
1 1. 北京工业大学 材料与制造学部 新型功能材料教育部重点实验室, 北京 100124
2 2.北京工业大学 工业大数据应用技术国家工程实验室, 北京 100124
3 3.北京工业大学 北京古月新材料研究院, 北京 100124
4 4.北京工业大学 首都资源循环材料技术省部共建协同创新中心, 北京 100124
纳米氧化钨作为一种具有独特物理化学性质的半导体功能材料, 已被广泛应用于环境、能源、生命科学、信息技术等领域。本文基于第一性原理计算在纳米氧化钨中的应用进展, 概述了量子力学基础上的第一性原理及密度泛函理论的发展历程及基本理论, 介绍了该领域常用的MS (Materials studio)、VASP (Vienna ab initio simulation package)等模拟计算软件, 并分类阐述了第一性原理计算对氧化钨的微观电子结构、物质相互作用、分子热动力学等方面的研究成果。最后提出了第一性原理计算在纳米氧化钨这类半导体材料研究中存在的问题及未来发展趋势。
纳米氧化钨 第一性原理 模拟计算 电子结构 综述 nanoscale tungsten oxide first-principles theory calculations electronic structure review
1 1.中国科学院 苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 苏州 215123
2 2.中国科学技术大学 纳米科学技术学院, 苏州 215123
电致变色材料能够在可见-红外宽频谱范围内对吸收率、透过率、反射率和发射率进行动态调节, 是人工调制材料光谱特征的有效手段。在实际应用场合, 对于色彩(可见光)与热辐射(红外线)可控调节的需求往往并存, 利用单一电致变色器件实现可见、红外双波段的光学调制性能具有重要意义。现阶段对于电致变色材料的设计主要集中于可见光谱的调节能力及颜色转变, 忽略了对材料红外光谱的探究。本研究选取具有法布里-铂罗(F-P)空腔结构的多彩氧化钨薄膜进行可见-红外宽频谱电致变色探究, 具有F-P空腔结构的氧化钨薄膜材料在可见光区呈现多样化、明亮的颜色, 再对多彩薄膜进行图案化设计, 即可得到具有各种图案的多彩薄膜, 并且在外加偏压的作用下可以实现多样化的颜色转变。同时, 多彩氧化钨薄膜的红外反射率也可获得明显的可控调制效果, 在中波段(Medium Wave, MW)3.5 μm左右处不同颜色薄膜均可获得高于25.00%的红外调制率。本研究表明, 多彩氧化钨薄膜可以实现可见-红外宽频谱的分立、可控调节, 在智能窗、热管理、辐射制冷等应用领域有巨大潜力, 可达到光、热性能协同调制的效果。
多彩氧化钨 电致变色 红外调制 colorful tungsten oxide film electrochromism infrared modulation
1 1.物理学院，北京航空航天大学 北京 100191
2 2.能源与动力工程学院, 北京航空航天大学 北京 100191
电致变色器件(Electrochromic Devices, ECDs)是一种颜色变化受电压调控的智能装置, 具有工作温度范围宽、光学对比度高、可逆双稳态性能好、驱动电压低和能耗低等优点, 在智能动态调光窗、全彩色电子显示屏、防眩光护目镜、自适应双隐身伪装以及可视化储能等领域展现出了巨大的应用潜力。阴极着色材料氧化钨(WO3)和阳极着色材料氧化镍(NiO)是两种被广泛研究的无机电致变色材料, 由WO3和NiO薄膜组成的互补型电致变色器件在大规模智能窗的应用中具有极高的商业价值。改善电致变色器件的综合性能如光学调制范围、响应速度、循环寿命和耐候性等问题一直备受关注。本文围绕互补型电致变色器件的结构组成, 综述了基于WO3和NiO的电致变色全器件的近期研究进展。首先分别阐述了WO3和NiO薄膜的电致变色机理和衰退机制, 讨论了改进制备工艺、元素掺杂改性、设计纳米结构和引入复合材料这四种薄膜性能优化策略的作用和最新研究进展, 其次, 按照器件的组成成分和结构设计介绍了互补型电致变色全器件的分类体系, 总结了各组分材料的选择和器件结构对器件综合性能的影响, 最后对电致变色器件的应用前景和发展趋势进行了展望。
电致变色器件 氧化钨 氧化镍 综述 electrochromic device tungsten oxide nickel oxide review
1 福州大学 1. 材料科学与工程学院
2 生态环境材料先进技术福建省高等学校重点实验室, 福州 350108
为研究热处理过程与异质结构筑对WO3的光电化学效应的影响机制, 采用低温溶剂热法制备纳米花状WO3, 通过热处理精确调控WO3纳米花的活性晶面、晶粒尺寸及结晶度。进一步借助循环化学浴法, 构筑WO3/CdS/α-S异质结, 并研究其光电化学性能与浓度效应。结果表明, (200)晶面是WO3纳米花的主要暴露晶面, 且比例随热处理温度升高而增大。350 ℃热处理的WO3纳米花表现出最高的光响应电流。通过构筑WO3/CdS/α-S梯形异质结, 增强材料在可见光区的吸收, 以牺牲少部分载流子的方式提高整体光生载流子的分离效率, 促进WO3的宏观光电化学效应的提升。
氧化钨 纳米花 梯形异质结 光电响应 tungsten oxide nanoflower step-scheme heterostructure photocurrent response
武汉理工大学 硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
以钨酸钠为钨源, 硝酸钕为钕源, 加入硫酸钾作为矿化剂, 在120℃条件下通过水热法成功合成了六方相钕掺杂三氧化钨纳米粉.采用X射线衍射、扫描电镜和X射线光电子能谱分别对掺杂纳米粉的物相、形貌和掺杂成分进行了研究.结果表明, 钕离子成功掺杂进入三氧化钨晶格当中, 使一部分钨离子转为+5价, 从而使电子从价带激发到导带并且增加了光生电子-空穴对的数量, 导致其对激发光具有更大的吸收能力, 光致变色性能也得到了较大的增强.在钕离子掺杂浓度为5.63%时, 材料的光致变色性能最好, 其色差值为纯三氧化钨色差值的13倍.
稀土掺杂 光致变色材料 水热法 六方晶相 三氧化钨 Tungsten oxide Powder Rare earth ions doping Photochromism Hydrothemal methods
