纳米银电致变色薄膜的制备方法及其应用

摘要

纳米银电致变色薄膜的制备方法及其应用，本发明涉及一种电致变色薄膜的制备方法及其应用，拓宽了传统电致变色材料光谱的研究领域，实现可见光谱范围内电致变色薄膜的显示。纳米银电致变色薄膜的制备方法：一、向硝酸银溶液中加入柠檬酸，再加入硼氢化钠至溶液成黄色，收集纳米银晶种；二、纳米银晶种水溶液中加入聚乙二醇，然后涂覆于导电玻璃ITO表面。纳米银薄膜电致变色过程是向硝酸银溶液中加入双氧水，柠檬酸和聚乙烯吡咯烷酮，在施加恒电压时实现着色过程，当施加反向电压时，薄膜褪色。本发明突破传统电致变色材料通过改变材料物相实现变色的方法，而是利用贵金属纳米银材料的表面等离子体共振性质，实现对电致变色材料变色光谱的调控。

权利要求

1.纳米银电致变色薄膜的制备方法，其特征在于是按下列步骤实现：一、向硝酸银溶液中加入柠檬酸，得到混合溶液，然后加入硼氢化钠，直至混合溶液由无色变成黄色，洗涤分离后得到纳米银晶种；

二、将步骤一得到的纳米银晶种配制成纳米银晶种水溶液，加入聚乙二醇进行超声分散，然后将分散的晶种溶液涂覆于导电玻璃ITO表面，得到涂覆有纳米银电致变色薄膜的基底。

2.根据权利要求1所述的纳米银电致变色薄膜的制备方法，其特征在于步骤一所述的-4 -4硝酸银溶液的浓度为0.1×10 mol/L～100×10 mol/L。

3.根据权利要求2所述的纳米银电致变色薄膜的制备方法，其特征在于步骤一所述的硝酸银溶液的浓度为0.2×10-4mol/L～5×10-4mol/L。

4.根据权利要求1所述的纳米银电致变色薄膜的制备方法，其特征在于步骤一所述的-4 -4混合溶液中的柠檬酸的浓度为1×10 mol/L～10×10 mol/L。

5.根据权利要求1所述的纳米银电致变色薄膜的制备方法，其特征在于步骤二所述的纳米银晶种水溶液中的纳米银晶种的浓度为0.005～0.1mg/mL。

6.应用纳米银电致变色薄膜进行电致变色的方法，其特征在于是按下列步骤实现：一、向硝酸银溶液中加入双氧水、柠檬酸和聚乙烯吡咯烷酮，得到反应溶液；

二、将涂覆有纳米银电致变色薄膜的基底置于反应溶液中作为工作电极，以铂片作为对电极，在恒电压为-2.5～-1.0v的条件下沉积10s～90s，ITO导电玻璃呈着色态；

三、在施加反向电压为-0.5～1.0V时，ITO导电玻璃呈褪色态；

其中步骤二所述涂覆有纳米银电致变色薄膜的基底的制备方法如下：S1、向硝酸银溶液中加入柠檬酸，得到混合溶液，然后加入硼氢化钠，直至混合溶液由无色变成黄色，洗涤分离后得到纳米银晶种；

S2、将S1得到的纳米银晶种配制成纳米银晶种水溶液，加入聚乙二醇进行超声分散，然后将分散的晶种溶液涂覆于导电玻璃ITO表面，得到涂覆有纳米银电致变色薄膜的基底。

7.根据权利要求6所述的应用纳米银电致变色薄膜进行电致变色的方法，其特征在于步骤一所述的反应溶液中硝酸银的浓度为0.1×10-4mol/L～3×10-4mol/L。

8.根据权利要求6所述的应用纳米银电致变色薄膜进行电致变色的方法，其特征在于步骤二在恒电压为-1.5～-1.0v的条件下沉积10s～30s。

说明书

纳米银电致变色薄膜的制备方法及其应用

技术领域

[0001] 本发明涉及一种纳米银电致变色薄膜的制备方法及其应用。

背景技术

[0002] 贵金属纳米材料的量子尺寸效应和表面效应使得其具有独特的光学性质，当材料的尺寸小于光波波长时，其光谱吸收峰呈明显的光谱迁移性质。当入射光频率和金属内部等离子体振荡频率相同时，即发生表面等离子体共振。共振条件下贵金属材料对照射的光产生强烈的吸收和散射，同时伴随发生电子的波动及表面电子极化。金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振吸收光谱中，共振吸收峰的位置可以通过调节纳米颗粒的形貌来调控。因此，利用贵金属纳米粒子的表面等离子体共振性质，通过调整材料的形貌即可实现对其光谱性质的调控。

[0003] 电致变色是指材料的光学属性在外加电场作用下发生稳定、可逆变化的现象，外观上表现为颜色和透明度的变化，其实质是一种电化学反应的过程，即随着施加电场的变化，材料的物相发生改变，导致光学性能发生变化。传统电致变色材料按照化学属性大致可划分为无机电致变色材料和有机电致变色材料，它们均是利用电荷转移(氧化/还原反应)改变材料的光学吸收带，从而实现电致变色，如无机类电致变色材料(如WO3、MoO3、V2O5、Nb2O5、TiO2、BiO3)，其光吸收变化是离子和电子的双注入/抽取引起；有机电致变色材料(三苯胺、聚噻吩、紫罗精等)，其光吸收主要来自氧化还原反应。

发明内容

[0004] 本发明的目的是为了拓宽传统电致变色材料光谱的研究领域，实现可见光谱范围内电致变色薄膜的显示。提供了一种利用金属纳米银表面等离子体共振性质实现电致变色薄膜的制备方法及其应用。

[0005] 本发明纳米银电致变色薄膜的制备方法按下列步骤实现：

[0006] 一、向硝酸银溶液中加入柠檬酸，得到混合溶液，然后加入硼氢化钠，直至混合溶液由无色变成黄色，洗涤分离后得到纳米银晶种；

[0007] 二、将步骤一得到的纳米银晶种配制成纳米银晶种水溶液，加入聚乙二醇(PEG200)进行超声分散，然后将分散的晶种溶液涂覆于导电玻璃ITO表面，得到涂覆有纳米银电致变色薄膜的基底。

[0008] 应用纳米银电致变色薄膜进行电致变色的方法如下：

[0009] 一、向硝酸银溶液中加入双氧水、柠檬酸和聚乙烯吡咯烷酮，得到反应溶液；

[0010] 二、将涂覆有纳米银电致变色薄膜的基底置于反应溶液中作为工作电极，以铂片作为对电极，在恒电压为-2.5～-1.0v的条件下沉积10ms～90s，ITO导电玻璃呈着色态；

[0011] 三、在施加反向电压为-0.5～1.0V时，ITO导电玻璃呈褪色态。

[0012] 本发明突破传统电致变色材料利用改变物相的方法获得对光谱和透光度的调控，而是利用不同形貌的纳米银材料的表面等离子体共振性质，实现对光谱性能的调控。在导电ITO玻璃表面形成纳米银薄膜，通过施加不同的电压，改变薄膜中纳米银颗粒的形貌，实现电致变色。这一发明开拓了传统电致变色材料的研究新领域，从无机金属氧化物到贵金属材料，为电致变色材料的开发开拓更广阔的空间。本发明在建筑节能智能窗、汽车、显示器等方面具有广阔的应用前景。

具体实施方式

[0013] 具体实施方式一：本实施方式纳米银电致变色薄膜的制备方法按下列步骤实现：

[0014] 一、向硝酸银溶液中加入柠檬酸，得到混合溶液，然后加入硼氢化钠，直至混合溶液由无色变成黄色，洗涤分离后得到纳米银晶种；

[0015] 二、将步骤一得到的纳米银晶种配制成纳米银晶种水溶液，加入聚乙二醇(PEG200)进行超声分散，然后将分散的晶种溶液涂覆于导电玻璃ITO表面，得到涂覆有纳米银电致变色薄膜的基底。

[0016] 本实施方式纳米银电致变色薄膜的制备方法拓宽了传统电致变色材料的研究范围，利用贵金属表面等离子体共振性质实现电致变色。首先在溶液中还原硝酸银溶液，得到纳米银晶种，随后将其涂覆于导电ITO表面，利用电化学方法，在晶种表面还原银离子，通过电沉积过程控制还原银离子的量，调控纳米银材料的形貌，由于不同形貌(片状结构)的纳米银具有不同的表面等离子体共振性质，在可见光波段可呈现不同的颜色，故在形貌控制过程中实现了电致变色过程，而当施加反向电压时，又将纳米银颗粒氧化成银离子，溶解于电解液中，薄膜颜色逐渐褪去，实现了褪色过程。利用此方法获得的电致变色薄膜，光谱调节范围宽，绿色环保。

[0017] 具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一所述的硝酸银溶液的浓度为0.1×10-4mol/L～100×10-4mol/L。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

[0018] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤一所述的硝酸银溶液的浓度为0.2×10-4mol/L～5×10-4mol/L。其它步骤及参数与具体实施方式二相同。

[0019] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤一所述的混合溶液中的柠檬酸的浓度为1×10-4mol/L～10×10-4mol/L。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

[0020] 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二所述的纳米银晶种水溶液中的纳米银晶种的浓度为0.005～0.1mg/mL。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

[0021] 具体实施方式六：本实施方式应用纳米银电致变色薄膜的制备方法进行电致变色的方法如下：

[0022] 一、向硝酸银溶液中加入双氧水、柠檬酸和聚乙烯吡咯烷酮，得到反应溶液；

[0023] 二、将涂覆有纳米银电致变色薄膜的基底置于反应溶液中作为工作电极，以铂片作为对电极，在恒电压为-2.5～-1.0v的条件下沉积10ms～90s，ITO导电玻璃呈着色态；

[0024] 三、在施加反向电压为-0.5～1.0V时，ITO导电玻璃呈褪色态。

[0025] 本实施方式步骤二在恒电压下沉积处理，随着沉积时间的延长，溶液中的银离子逐渐被还原在晶种表面，随着沉积过程的进行，纳米银颗粒形貌不断变化，不同形貌的纳米银具有不同的表面等离子体共振效应，可呈现不同的颜色，即着色过程。施加反向电压时，沉积在ITO表面的银颗粒逐渐被氧化溶解，即实现褪色过程。

[0026] 具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤一所述的反应溶液中硝酸银的浓度为0.1×10-4mol/L～3×10-4mol/L。其它步骤及参数与具体实施方式六相同。

[0027] 具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七不同的是步骤二在恒电压为-1.5～-1.0v的条件下沉积10s～30s。其它步骤及参数与具体实施方式六或七相同。

[0028] 实施例一：本实施例纳米银电致变色薄膜的制备方法按下列步骤实现：

[0029] 一、向25ml浓度为0.5×10-4mol/L的硝酸银溶液中加入浓度为2.0×10-4mol/L的柠檬酸，得到混合溶液，然后加入硼氢化钠，直至混合溶液由无色变成黄色，洗涤分离后得到纳米银晶种；

[0030] 二、将步骤一得到的纳米银晶种配制成浓度为0.02mg/mL的纳米银晶种水溶液，加入聚乙二醇(0.001g)进行超声分散，然后将分散的晶种溶液滴加在导电玻璃ITO表面，氮气吹干成膜得到涂覆有纳米银电致变色薄膜的基底。

[0031] 应用实施例一：本实施例应用纳米银电致变色薄膜的制备方法进行电致变色按下列步骤实施：

[0032] 一、向0.5×10-4mol/L的硝酸银溶液中加入10μL双氧水(30％)、20μl柠檬酸(2.0×10-4mol/L)和0.001g聚乙烯吡咯烷酮，得到反应溶液；

[0033] 二、将涂覆有纳米银电致变色薄膜的基底置于反应溶液中作为工作电极，以铂片作为对电极，在恒电压为-1.2v的条件下沉积10s，ITO导电玻璃呈蓝绿色；

[0034] 三、在施加反向电压为0.1V时，颗粒逐渐溶解，ITO导电玻璃呈褪色态。

[0035] 实施例二：本实施例纳米银电致变色薄膜的制备方法按下列步骤实现：

[0036] 一、向25ml浓度为0.5×10-4mol/L的硝酸银溶液中加入浓度为2.0×10-4mol/L的柠檬酸，得到混合溶液，然后加入硼氢化钠，直至混合溶液由无色变成黄色，洗涤分离后得到纳米银晶种；

[0037] 二、将步骤一得到的纳米银晶种配制成浓度为0.03mg/mL的纳米银晶种水溶液，加入聚乙二醇(0.012g)进行超声分散，然后将分散的晶种溶液滴加在导电玻璃ITO表面，氮气吹干成膜得到涂覆有纳米银电致变色薄膜的基底。

[0038] 应用实施例二：本实施例应用纳米银电致变色薄膜的制备方法进行电致变色按下列步骤实施：

[0039] 一、向0.5×10-4mol/L的硝酸银溶液中加入10μL双氧水、25μl柠檬酸(2.0×10-4mol/L)和0.001g聚乙烯吡咯烷酮，得到反应溶液；

[0040] 二、将涂覆有纳米银电致变色薄膜的基底置于反应溶液中作为工作电极，以铂片作为对电极，在恒电压为-1.2v的条件下沉积23s，ITO导电玻璃呈蓝绿色；

[0041] 三、在施加反向电压为0.12V时，沉积在ITO表面的银逐渐被氧化溶解于溶液中，形成Ag+，ITO导电玻璃呈褪色态。

[0042] 实施例三：本实施例纳米银电致变色薄膜的制备方法按下列步骤实现：

[0043] 一、向25ml浓度为0.5×10-4mol/L的硝酸银溶液中加入浓度为2.0×10-4mol/L的柠檬酸，得到混合溶液，然后加入硼氢化钠，直至混合溶液由无色变成黄色，洗涤分离后得到纳米银晶种；

[0044] 二、将步骤一得到的纳米银晶种配制成浓度为0.02mg/mL的纳米银晶种水溶液，加入聚乙二醇(0.015g)进行超声分散，然后将分散的晶种溶液滴加在导电玻璃ITO表面，氮气吹干成膜得到涂覆有纳米银电致变色薄膜的基底。

[0045] 应用实施例三：本实施例应用纳米银电致变色薄膜的制备方法进行电致变色按下列步骤实施：

[0046] 一、向0.5×10-4mol/L的硝酸银溶液中加入10μL双氧水、28μl柠檬酸(2.0×10-4mol/L)和0.001g聚乙烯吡咯烷酮，得到反应溶液；

[0047] 二、将涂覆有纳米银电致变色薄膜的基底置于反应溶液中作为工作电极，以铂片作为对电极，在恒电压为-1.2v的条件下沉积25s，ITO导电玻璃呈蓝绿色；

[0048] 三、在施加反向电压为0.12V时，沉积在ITO表面的银逐渐被氧化溶解于溶液中，形成Ag+，ITO导电玻璃呈褪色态。