本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種NiO納米結(jié)構(gòu)陣列材料、制備方法、電致變色器件。

背景技術(shù)：

電致變色器件具有高效、低耗、無污染、智能化等優(yōu)點，在智能節(jié)能窗、汽車防眩目后視鏡、紅外隱身等領(lǐng)域均具有廣闊的應(yīng)用前景，已成為國內(nèi)外研究的熱點。在眾多電致變色材料中，NiO材料由于具有較高電致變色效率和較大的光學(xué)調(diào)制范圍，且儲量豐富成本低，在電致變色器件的研發(fā)中引起了人們的廣泛關(guān)注。

離子在電致變色材料中的嵌入和脫出與材料的比表面積密切相關(guān)，而材料的比表面積可通過其微觀結(jié)構(gòu)來調(diào)控。因此，設(shè)計特定的納米結(jié)構(gòu)并實現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)的可控制備，是獲得性能穩(wěn)定，光學(xué)調(diào)控范圍大，響應(yīng)時間快的電致變色器件的有效途徑。例如，已經(jīng)報道的TiO₂/NiO核殼復(fù)合結(jié)構(gòu)，NiO螺旋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，Al摻雜的NiO柱狀結(jié)構(gòu)等。盡管人們通過特定納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計，在一定程度上提升了NiO材料的電致變色性能，但是上述所制備的納米結(jié)構(gòu)的制備工藝相對復(fù)雜，納米單元形態(tài)不均一且不易調(diào)控，嚴重制約了NiO材料在電致變色器件領(lǐng)域中的應(yīng)用。因此，發(fā)展一種簡便實用且形態(tài)可調(diào)控的NiO納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，仍然是NiO基電致變色器件研發(fā)中亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種周期性排列、具有球殼狀、且形態(tài)易調(diào)控的NiO納米結(jié)構(gòu)陣列材料、制備方法，及其電致變色器件。

為達上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種NiO納米結(jié)構(gòu)陣列材料，包括襯底和設(shè)置在襯底上的NiO層；所述NiO層為形貌均一、六角堆積排列的球殼狀納米結(jié)構(gòu)陣列。

所述的襯底為氧化銦錫導(dǎo)電玻璃襯底。

所述的NiO層球殼狀納米單元的高度為480~540 nm。

一種NiO納米結(jié)構(gòu)陣列材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1，清洗玻璃襯底和氧化銦錫導(dǎo)電玻璃襯底；

S2，利用自組裝方法在S1清洗的玻璃襯底制備聚苯乙烯單層薄膜；

S3，用S1清洗的氧化銦錫導(dǎo)電玻璃襯底撈起S2制備的聚苯乙烯單層薄膜，在室溫下自然干燥，形成單層膠體晶體模板；

S4，將S3制備的單層膠體晶體模板置于干燥箱中熱處理；

S5，將S4熱處理的模板取出后置于磁控濺射儀中，進行濺射鍍膜；

S6，將S5濺射鍍膜的模板取出后置于馬弗爐加熱，去除聚苯乙烯模板，形成球殼狀結(jié)構(gòu)的NiO納米陣列材料。

所述步驟S1具體的步驟為：

SA1，將玻璃襯底依次置于丙酮、乙醇和去離子水中分別超聲清洗30分鐘；

SA2，將玻璃襯底置于濃硫酸與雙氧水體積比為3:1的混合液中浸泡8小時，然后超聲清洗60分鐘，再用去離子水反復(fù)清洗；

SA3，將玻璃襯底置于氨水、雙氧水、去離子水體積比為1:1:3的混合液中超聲清洗60分鐘，用去離子水清洗多次后待用；

SA4，氧化銦錫導(dǎo)電玻璃襯底依次在丙酮、乙醇和去離子水中分別超聲清洗30分鐘，置于去離子水中待用。

所述步驟S2的氣液界面自組裝法，具體的步驟為：將S1清洗的玻璃襯底置于培養(yǎng)皿中央，向培養(yǎng)皿中緩慢加水，水面略高于玻璃片表面，但不沒過玻璃片，然后將直徑為1微米、質(zhì)量百分比為10%的聚苯乙烯微球與乙醇和去離子水按照體積比1:4:4配成混合液，用移液器取20 微升聚苯乙烯微球的混合液滴在玻璃片上，混合液迅速從玻璃片上擴散至水面，并在水面自組裝形成聚苯乙烯單層薄膜。

所述步驟S4中干燥箱溫度為100度，處理5分鐘。

所述步驟S5中磁控濺射靶材為Ni靶，真空度為5×10^-7托，濺射氣體為高純氬氣，濺射功率為80 W，濺射時間為1000-3000 s。

所述步驟S6中馬弗爐溫度為400度，處理120分鐘。

一種使用上述材料或制備方法制備的NiO材料電致變色器件。

本發(fā)明以單層膠體晶體為模板，結(jié)合磁控濺射法成功制備出形貌均一，周期性排列的球殼狀NiO納米結(jié)構(gòu)陣列材料，其球殼的納米單元尺寸可通過聚苯乙烯微球的尺寸、濺射功率、濺射時間等參數(shù)來調(diào)控，這種周期性的空心納米結(jié)構(gòu)陣列不僅具有巨大的比表面積，也為離子在材料中的脫嵌提供了便利的通道，可解決材料電致變色的響應(yīng)速度慢的問題。本發(fā)明可進一步促進NiO電致變色材料在新型電致變色器件領(lǐng)域的應(yīng)用。

附圖說明

圖1 為本發(fā)明的NiO納米結(jié)構(gòu)陣列的場發(fā)射掃描電子顯微鏡表面圖像；

圖2為本發(fā)明中制備不同高度的球殼納米單元的場發(fā)射掃描電子顯微鏡截面圖像，(a-c)中球殼納米單元高度分別為480 nm，500 nm，540 nm。

具體實施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的描述，參見圖1至圖2：

按本發(fā)明實施的NiO納米結(jié)構(gòu)陣列材料，包括有氧化銦錫導(dǎo)電玻璃襯底和生長在襯底上的NiO層，NiO層為形貌均一、周期性排列的六角堆積球殼狀NiO納米結(jié)構(gòu)陣列，六角形納米單元中心距離為1000 nm，納米單元的高度為480~500 nm。該材料克服了現(xiàn)有電致變色材料排列周期性、均一性較差，不易調(diào)控等弱點。

按本發(fā)明實施的一種NiO納米結(jié)構(gòu)陣列材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟S1，清洗玻璃襯底和氧化銦錫導(dǎo)電玻璃襯底，具體包括以下：

SA1，將玻璃襯底依次置于丙酮、乙醇和去離子水中分別超聲清洗30分鐘；

SA2，將玻璃襯底置于濃硫酸與雙氧水體積比為3:1的混合液中浸泡8小時，然后超聲清洗60分鐘，再用去離子水反復(fù)清洗；

SA3，將玻璃襯底置于氨水、雙氧水、去離子水體積比為1:1:3的混合液中超聲清洗60分鐘，用去離子水清洗多次后待用；

SA4，氧化銦錫導(dǎo)電玻璃襯底依次丙酮、乙醇和去離子水中分別超聲清洗30分鐘，置于去離子水中待用。

步驟S2，利用自組裝方法在S1清洗的玻璃襯底制備聚苯乙烯單層薄膜，所述氣液界面自組裝法，具體的步驟為：將S1清洗的玻璃襯底置于培養(yǎng)皿中央，向培養(yǎng)皿中緩慢加水，水面略高于玻璃片表面，但不沒過玻璃片，，然后將直徑為1微米、質(zhì)量百分比為10%的聚苯乙烯微球與乙醇和去離子水按照體積比1:4:4配成混合液，用移液器取20 微升聚苯乙烯微球的混合液滴在玻璃片上，混合液迅速從玻璃片上擴散至水面，并在水面自組裝形成聚苯乙烯單層薄膜。

步驟S3，用S1清洗的氧化銦錫導(dǎo)電玻璃襯底撈起S2制備的聚苯乙烯單層薄膜，在室溫下自然干燥，形成單層膠體晶體模板；

步驟S4，將S3制備的單層膠體晶體模板置于設(shè)置100度的干燥箱中熱處理5分鐘。

步驟S5，將S4熱處理過的模板，取出后置于磁控濺射儀中，磁控濺射靶材為Ni靶，真空度為5×10^-7托，濺射氣體為高純氬氣，濺射功率為80 W，濺射時間為1000-3000 s。

步驟S6，將S5濺射后的模板取出后置于馬弗爐溫度為400度，處理120分鐘，去除聚苯乙烯模板，形成球殼狀結(jié)構(gòu)的NiO納米陣列材料。

按本發(fā)明制備出的形貌均一，六角密堆積周期性排列的球殼狀NiO納米結(jié)構(gòu)陣列，其納米結(jié)構(gòu)的尺寸可通過濺射時間進行調(diào)節(jié)，如圖2所示的本發(fā)明制備的NiO納米結(jié)構(gòu)陣列材料，其球殼納米單元的高度隨著濺射時間的增加可在480-540 nm之間調(diào)節(jié)。本發(fā)明的實施可進一步促進NiO電致變色材料在新型電致變色器件領(lǐng)域的應(yīng)用。