TiO2薄膜锂化工艺及其性能的研究(修订稿).doc

修改稿: TiO 2 薄膜锂化工艺及其性能研究牛微 1 、2 ,卢盖 2 ,高鹏程 2 ,毕孝国 2 ,孙旭东 1 ( 1. 东北大学材料与冶金学院, 沈阳 110004 2. 沈阳工程学院能源与动力工程系, 沈阳 110136 ) 摘要: 本文以钛酸四丁酯(Ti(OC 4H 9) 4) 为原料,采用溶胶- 凝胶法在 ITO 导电玻璃基片表面制备了均匀透明的 TiO 2 薄膜。使用 X 射线衍射仪表征了薄膜的晶型结构。通过电化学方法对 TiO 2 薄膜进行锂化, 研究了 TiO 2 薄膜的厚度、热处理温度和外加电压对薄膜锂化效果的影响。结果表明,当镀膜层数为 4 层,热处理温度为 400 ℃时, TiO 2 薄膜 Li + 存储能力最强。当 TiO 2 薄膜相对参比电极外加电压为± 2V 时, Li + 可充分进入薄膜并与之结合形成蓝色化合物 Li x TiO 2 ,变色效果最为明显。关键词: TiO 2 薄膜;锂化;电致变色;溶胶- 凝胶 1引言电致变色玻璃是一种新型的节能功能玻璃,在建筑物、汽车、军事伪装、保密等工业领域有着广泛的应用前景[1]。研究较多的电致变色材料有 TiO 2 [2]、 NiO [3]、 IrO 2 [4] 、普鲁士兰[5] 以及聚苯***[6]等。其中, TiO 2 具有离子存储能力高、化学稳定性好、循环可逆性好、原料易得、制备方便等优势,是近年来持续的研究热点。 TiO 2 薄膜锂化是指对薄膜进行阴极极化时, 外界环境中 Li + 在外力驱动下进入 TiO 2 薄膜, 形成蓝色化合物 Li x TiO 2 的过程[7-9] 。因此, TiO 2 薄膜的锂化是制作电致变色玻璃的基础,而其锂化工艺的研究对于电致变色玻璃的制作、使用和推广十分重要。以往文献[10-12] 的研究表明, TiO 2 薄膜的结构对于离子的注入和抽出、电色响应速度有着重要影响,但对于薄膜的锂化条件及影响因素没有进行详细探讨。本文采用溶胶凝胶法制备 TiO 2 薄膜的先驱体溶胶, 使用自制的拉膜装置在 ITO 导电玻璃表面成膜,然后通过热处理制成 TiO 2 薄膜,研究了薄膜层数、热处理温度和外加电压对于 TiO 2 薄膜锂化效果的影响。 2实验 TiO 2 溶胶制备以钛酸四丁酯(Ti(OC 4H 9) 4) 为原料, 无水乙醇为溶剂, 冰醋酸为螯合剂, 用***调整 pH 值,制备 TiO 2 前驱体溶胶。具体步骤如下: 将一定量的钛酸四丁酯于剧烈搅拌下缓慢滴加到无水乙醇溶液中,经过 2h 的搅拌,得到均匀透明的淡黄色前驱液 A 。再将用***调整过 pH 值的 H 2O、冰醋酸和无水乙醇的混合溶液, 于剧烈搅拌下以 3滴/s 的速度滴加到前驱液 A 中,混合后继续搅拌 1h ,放置陈化 3h ,即得到淡黄色的 TiO 2 前驱体溶胶。 TiO 2 薄膜制备采用浸渍- 提拉法在方阻为 40Ω的 ITO 导电玻璃基片表面制备 TiO 2 薄膜。首先将导电玻璃基片垂直放置于玻璃容器中,在隔绝空气的条件下缓慢注入陈化后的 TiO 2 前驱体溶胶。待导电玻璃完全浸没于溶胶后,静置 15min ,再将玻璃容器中溶胶以3滴/s 的速度流出。然后将镀膜后的导电玻璃基片在干燥箱中干燥 15min , 一次镀膜完成。重复上述步骤即可制备出多层薄膜样品。最后,将