一种铌掺杂超薄TiO2纳米片电致变色材料及其制备方法和应用

技术特征：
1.一种铌掺杂超薄tio2纳米片电致变色材料，其特征在于，所述铌掺杂超薄tio2纳米片电致变色材料由fto导电玻璃基底以及依次生长在fto导电玻璃基底一侧的tio2籽晶层和铌掺杂超薄tio2纳米片构成；所述铌掺杂tio2超薄纳米片电致变色材料是通过磁控溅射在fto导电玻璃基底上溅射tio2籽晶层，配制前驱体溶液并采用溶剂热法诱导在tio2籽晶层上生长铌掺杂超薄tio2纳米片制得，其中，磁控溅射采用tio2靶材，溅射功率为30-50w,压力为0.5-1pa，溅射时间为10-30min，氧气和氩气的流量比保持在1:1-1:5；前驱体溶液为钛酸四丁酯、五氯化铌、乙醇和氢氟酸的混合物，乙醇含量为30ml，钛酸四丁酯、五氯化铌和氢氟酸的含量分别为160-320μl、0.01-0.05g、80-160μl。2.根据权利要求1所述的铌掺杂超薄tio2纳米片电致变色材料，其特征在于，所述铌掺杂超薄tio2纳米片电致变色材料经下述步骤制备而成：一、fto导电玻璃基底预处理：将fto导电玻璃基底依次置于丙酮、乙醇、去离子水中，分别进行超声清洗8-12min，超声清洗后的fto导电玻璃基底置于滤纸上，采用红外灯烤干，得到预处理过的fto导电玻璃基底；二、tio2籽晶层合成：通过射频磁控溅射在预处理过的fto玻璃基底上溅射合成tio2籽晶层，其中，射频磁控溅射采用tio2靶材，溅射功率为30-50w,压力为0.5-1pa，溅射时间为10-30min，氧气和氩气的流量比保持在1:1-1:5，将带有tio2籽晶层的fto导电玻璃基底在300-400℃的空气气氛下煅烧1-2h；三、前驱体溶液配制：按配比将钛源、铌源和氢氟酸加入到乙醇中，搅拌后得到前驱体溶液；其中，钛源为钛酸四丁酯；铌源为五氯化铌；乙醇含量为30ml，钛酸四丁酯、五氯化铌和氢氟酸的含量分别为160-320μl、0.01-0.05g、80-160μl；四、铌掺杂超薄tio2纳米片制备：将步骤二具有tio2籽晶层的fto导电玻璃基底的导电面朝下45
°
固定于步骤三配制的前驱体溶液中进行溶剂热反应，反应温度为150-200℃，反应时间为12-24h，在fto导电玻璃基底的tio2籽晶层上制得铌掺杂超薄tio2纳米片；五、干燥处理：采用去离子水对步骤四制得的铌掺杂超薄tio2纳米片反复冲洗，并在50-100℃的温度中干燥12-24h，得到铌掺杂超薄tio2纳米片电致变色材料。3.根据权利要求1所述的铌掺杂超薄tio2纳米片电致变色材料，其特征在于，所述铌掺杂超薄tio2纳米片电致变色材料具有优异的双波段电致变色性能，可以在 1.5v到-1.5v电压下实现可见光和近红外光的独立和选择性的光学透射率调节。4.根据权利要求1所述的铌掺杂超薄tio2纳米片电致变色材料，其特征在于，所述铌掺杂超薄tio2纳米片电致变色材料在700nm波段下的对比度为48.6-70％，在1300nm波段下的对比度为49.6-72.1％，在700nm波段下的着色时间为8.4-17.8s，褪色时间为3.0-6.1s。5.根据权利要求1所述的铌掺杂超薄tio2纳米片电致变色材料，其特征在于，所述铌掺杂超薄tio2纳米片电致变色材料可以提供三种不同方式的太阳光调节模式，分别为支持可见光和红外光的透过率的暖模式，阻碍红外光且支持可见光的透过的冷模式以及隔绝红外光和可见光的暗模式。6.根据权利要求1-5任一项所述的铌掺杂超薄tio2纳米片电致变色材料的作为智能窗的应用。7.一种铌掺杂超薄tio2纳米片电致变色材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
一、fto导电玻璃基底预处理：将fto导电玻璃基底依次置于丙酮、乙醇、去离子水中，分别进行超声清洗8-12min，超声清洗后的fto导电玻璃基底置于滤纸上，采用红外灯烤干，得到预处理过的fto导电玻璃基底；二、tio2籽晶层合成：通过射频磁控溅射在预处理过的fto玻璃基底上溅射合成tio2籽晶层，其中，射频磁控溅射采用tio2靶材，溅射功率为30-50w,压力为0.5-1pa，溅射时间为10-30min，氧气和氩气的流量比保持在1:1-1:5，将带有tio2籽晶层的fto导电玻璃基底在300-400℃的空气气氛下煅烧1-2h；三、前驱体溶液配制：按配比将钛源、铌源和氢氟酸加入到乙醇中，搅拌后得到前驱体溶液；其中，钛源为钛酸四丁酯；铌源为五氯化铌；乙醇含量为30ml，钛酸四丁酯、五氯化铌和氢氟酸的含量分别为160-320μl、0.01-0.05g、80-160μl；四、铌掺杂超薄tio2纳米片制备：将步骤二具有tio2籽晶层的fto导电玻璃基底的导电面朝下45
°
固定于步骤三配制的前驱体溶液中进行溶剂热反应，反应温度为150-200℃，反应时间为12-24h，在fto导电玻璃基底的tio2籽晶层上制得铌掺杂超薄tio2纳米片；五、干燥处理：采用去离子水对步骤四制得的铌掺杂超薄tio2纳米片反复冲洗，并在50-100℃的温度中干燥12-24h，得到铌掺杂超薄tio2纳米片电致变色材料。8.根据权利要求7所述的铌掺杂超薄tio2纳米片电致变色材料的制备方法在智能窗工业的应用。

技术总结
本发明属于电致变色薄膜材料领域，公开了一种铌掺杂超薄TiO2纳米片电致变色材料，由FTO导电玻璃基底以及依次生长在FTO导电玻璃基底一侧的TiO2籽晶层和铌掺杂超薄TiO2纳米片构成，铌掺杂TiO2超薄纳米片电致变色材料是通过磁控溅射在FTO导电玻璃基底上溅射TiO2籽晶层，配制前驱体溶液并采用溶剂热法诱导在TiO2籽晶层上生长铌掺杂超薄TiO2纳米片制得。本发明实施例制得的铌掺杂超薄TiO2纳米片电致变色材料具有快速的着褪色时间和优异的双波段电致变色性能，可以对可见光和近红外光实现独立和选择性的光学透射率调节，本发明的制备方法工艺简便，重复性好，支持规模化生产。支持规模化生产。支持规模化生产。


技术研发人员：张勇 蔡婧怡 吴玉程 张雪茄 姚尚智 舒霞 崔接武 王岩 秦永强
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：2022.06.28
技术公布日：2022/8/26