基于的光致变色材料的应用研究

1 单斜相三氧化钨粉体的制备

1.1 化学沉淀法制备单斜相三氧化钨粉体

称取3.00 g钨酸钠，0.005 g PVP溶于30 ml蒸馏水中，搅拌均匀，取上述溶液3 ml逐滴滴入5 ml浓度为3 mol·L-1的HCl中，搅拌两小时使之反应完全。然后将反应完全的溶液装入离心管中在台式离心机中离心沉降，之后用蒸馏水、丙酮反复洗涤3～4次。在鼓风干燥箱中80 ℃干燥6～7 h后放入马弗炉中300 ℃灼烧3 h后得到黄色粉末，即为单斜相的WO3粉体。

1.2 单斜相三氧化钨的物相表征及与正交相三氧化钨物相对比

利用X-射线衍射仪将制成的单斜相三氧化钨粉体与已拥有的正交相的WO3粉体进行X射线粉末衍射。

对衍射花样进行分析可以看出，单斜相三氧化钨粉体的衍射花样中所有的衍射峰均被指认，与标准单斜相WO3卡片相吻合，没有杂质峰的出现；正交相WO3的XRD衍射花样中所有衍射峰均可指标为正交相WO3，没有观察到杂质峰。因此无论是合成的单斜相WO3粉体还是购置的正交相的WO3粉体都比较纯净，可以用在后续实验。

1.3 带隙能的测定

为了测定单斜相WO3与正交相WO3谁的光致变色性能更加优秀，需要测定两种物相WO3的带隙能。利用紫外可见分光光度计来测定两种物相WO3的紫外可见光谱，进而计算两种物相WO3的带隙能。

对紫外可见光谱进行分析可见，单斜相WO3与正交相WO3分别在492 nm与435 nm开始吸收紫外光。由公式Eg=hv=hc/λ=6.63 x 10-34 (J·s)×3×108(m/s)/λ(λ为吸收波长阈值)可以算出，单斜相的WO3的带隙能为2.53 eV，正交相的WO3的带隙能为2.86 eV。不难发现单斜相的WO3的带隙能较低，因此单斜相WO3纳米粉体的电子由低能价带跃迁至高能导带所需要的能量低,容易发生电子跃迁,因而质子与WO3生成颜色较深的蓝色。因此证明单斜相WO3的光致变色性能更加优秀。

2 三氧化钨薄膜的制备与性能测试

2.1 PET/WO3/PET复合薄膜的制备

通过实验找到三氧化钨、无水乙醇和甘油的最佳混合比例，然后将三氧化钨溶解在无水乙醇和甘油的混合溶液中，最后将其涂布到PET膜上，制备得到PET/WO3/PET复合薄膜。

2.2 三氧化钨光致变色测试

(1)三氧化钨光致变色原理

光致变色是指化合物 A 在受到波长为λ1的光照时，可通过特定的化学方应生成结构和光谱性能不同的产物 B，而在波长为λ2的光照或热的作用下，B又可逆生成化合物 A 的现象。这一过程的基本特征为 ：A、B在一定条件下都能稳定存在，且颜色视差显著不同；A、B之间的变化是可逆的。三氧化钨作为一种过渡金属氧化物，是一种优异的光致变色材料，研究发现其在紫外光照射下会变成蓝色，其变色原理可用1975年由Faughnan提出的双电荷注入/抽出模型解释，即在紫外光照射下，价带中电子被激发到导带中，产生电子空穴对，随后光生电子被W(VI)捕获，生成W(V)，同时光生空穴氧化薄膜内部或表面的还原物种，生成质子H+，注入薄膜内部，与被还原的氧化物结合生成蓝色的钨青铜HxWO3，该蓝色是由于W(V)价带中电子向W(VI)导带跃迁的结果。

(2)三氧化钨溶液的光致变色

将溶解到无水乙醇和丙三醇中的三氧化钨放到紫外灯下照射，观察其发生的现象，发现该溶液变成蓝色不是一蹴而就的，而是经过了一定时间才完全变成蓝色，每隔5分钟观察溶液的颜色变化.

(3)PET/WO3/PET复合薄膜的光致变色

将制备好的PET双层膜(掺杂三氧化钨)放到紫外光下照射，观察其发生的现象，发现该双层膜不是突然变成蓝色，而是经过了一定时间才完全变成蓝色。

对三氧化钨溶液颜色随时间变化图以及PET/WO3/PET复合薄膜颜色随时间变化图进行分析，可以明显得出以下结论：本实验配置完成的三氧化钨溶液及PET膜在紫外灯的照射下，随时间推移逐渐变为蓝色，且蓝色逐渐加深，在20～25 min之间蓝色达到峰值，即使紫外线再进行照射，蓝色也不会再继续加深。

2.3 WO3光照前后紫外光谱

为了比较WO3变色前后的光致变色响应度，确定WO3光致变色是否有良好的可逆性，因此需要测定WO3粉体光致变色前后的紫外光谱曲线。

对WO3在光照前后的紫外光谱进行分析可得，光照前的WO3在318 nm处的吸光度值约为2.10，经过光照变色后吸光度值变为3.41，其吸光度值增加了1.31。将光致变色后的样品粉末置于烘箱中60 ℃加热1～2 h，由蓝色又变为黄色，显示WO3光致变色过程具有良好的可逆性。

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