噴涂法低溫制備氧化鎢電致變色薄膜：工藝、性能與應(yīng)用探索一、引言1.1研究背景與意義在當(dāng)今科技飛速發(fā)展的時(shí)代，智能材料的研究與應(yīng)用成為了眾多領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。電致變色材料作為一種能夠在外部電場(chǎng)作用下發(fā)生可逆顏色變化的智能材料，因其獨(dú)特的性能和廣泛的應(yīng)用前景，吸引了眾多科研人員的深入研究。這種材料的顏色變化特性使其在智能窗、顯示器、節(jié)能器件等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。在建筑領(lǐng)域，智能窗的應(yīng)用可以有效調(diào)節(jié)室內(nèi)光線和溫度，減少能源消耗。傳統(tǒng)的窗戶只能通過窗簾或遮陽(yáng)板來(lái)調(diào)節(jié)光線，無(wú)法根據(jù)環(huán)境變化自動(dòng)調(diào)節(jié)。而電致變色智能窗則可以根據(jù)外界光照強(qiáng)度和溫度，通過施加電場(chǎng)來(lái)改變自身顏色，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光線和熱量的有效控制。當(dāng)陽(yáng)光強(qiáng)烈時(shí)，智能窗可以著色，阻擋過多的光線和熱量進(jìn)入室內(nèi)，降低空調(diào)的能耗；當(dāng)光線不足時(shí)，智能窗可以褪色，讓更多的光線進(jìn)入室內(nèi)，減少人工照明的使用，達(dá)到節(jié)能的目的。據(jù)美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究表明，電致變色智能窗能使商業(yè)大廈內(nèi)部電力需求峰值降低16%，還可減少約50%的制冷電力消耗和照明消耗，極大地提高了建筑的能源利用效率。在顯示領(lǐng)域，電致變色材料為顯示器的發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇。與傳統(tǒng)的液晶顯示器相比，電致變色顯示器具有低功耗、高對(duì)比度、寬視角等優(yōu)點(diǎn)。它可以在不需要持續(xù)供電的情況下保持顯示狀態(tài)，大大降低了能耗，延長(zhǎng)了電池壽命。這使得電致變色顯示器在電子紙、電子書、電子廣告牌等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，能夠?yàn)橛脩籼峁└邮孢m、便捷的閱讀和信息展示體驗(yàn)。在眾多電致變色材料中，氧化鎢（WO?）薄膜以其優(yōu)異的電致變色性能脫穎而出，成為研究的熱點(diǎn)。氧化鎢薄膜具有變色率高、記憶時(shí)間長(zhǎng)、循環(huán)次數(shù)多等優(yōu)點(diǎn)，是節(jié)能靈巧窗的理想候選材料之一。其電致變色原理基于在電場(chǎng)作用下，氫離子（H?）或鋰離子（Li?）等插入或脫出氧化鎢晶格，導(dǎo)致其光學(xué)性能發(fā)生變化。當(dāng)離子插入時(shí)，氧化鎢薄膜吸收特定波長(zhǎng)的光，從而呈現(xiàn)出顏色；當(dāng)離子脫出時(shí)，薄膜恢復(fù)透明狀態(tài)。這種可逆的顏色變化過程使得氧化鎢薄膜在電致變色領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。然而，目前氧化鎢薄膜的制備方法仍存在一些問題。傳統(tǒng)的制備方法如真空熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、濺射、氣相沉積等，往往需要復(fù)雜的設(shè)備和高昂的成本，并且制備過程中需要高溫條件，這不僅增加了能耗，還可能對(duì)薄膜的性能產(chǎn)生不利影響。例如，高溫處理可能導(dǎo)致薄膜的應(yīng)力增加，從而降低其穩(wěn)定性和使用壽命。此外，這些方法制備的薄膜在均勻性和附著力方面也存在一定的局限性，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。為了解決這些問題，研究一種低溫、高效、低成本的制備方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。噴涂法作為一種簡(jiǎn)單、靈活的制備技術(shù)，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉、易于大面積制備等優(yōu)點(diǎn)，為氧化鎢薄膜的制備提供了新的思路。通過噴涂法低溫制備氧化鎢薄膜，可以在降低制備成本的同時(shí)，避免高溫對(duì)薄膜性能的影響，有望實(shí)現(xiàn)氧化鎢薄膜的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。對(duì)噴涂法低溫制備氧化鎢薄膜及性能的研究，不僅有助于深入了解氧化鎢薄膜的制備工藝與性能之間的關(guān)系，為其性能優(yōu)化提供理論依據(jù)，還能推動(dòng)電致變色材料在智能窗、顯示器等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，具有重要的科學(xué)研究?jī)r(jià)值和實(shí)際應(yīng)用意義。1.2氧化鎢電致變色薄膜研究現(xiàn)狀氧化鎢（WO?）電致變色薄膜憑借其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，在智能窗、顯示器、節(jié)能器件等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，多年來(lái)一直是材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。研究人員圍繞其制備方法、性能優(yōu)化及應(yīng)用等方面開展了大量工作，并取得了顯著成果。在制備方法上，眾多物理和化學(xué)方法被廣泛研究與應(yīng)用。物理氣相沉積（PVD）中的蒸發(fā)鍍膜、濺射鍍膜等方法，能夠制備出均勻性好、附著力強(qiáng)且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的氧化鎢薄膜。如濺射法通過高能粒子轟擊靶材，使靶材表面原子或分子濺射并沉積在基材上形成薄膜，制備的薄膜質(zhì)量高，適用于大面積制備，但設(shè)備成本高昂，對(duì)濺射參數(shù)的控制要求極為嚴(yán)格。化學(xué)氣相沉積（CVD）通過高溫下氣態(tài)反應(yīng)物在基材表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)制備薄膜，所制氧化鎢薄膜結(jié)晶性好、純度高且與基材附著力強(qiáng)，不過設(shè)備成本高，制備過程對(duì)溫度控制精度要求高。溶膠-凝膠法作為一種溶液化學(xué)反應(yīng)制備方法，具有操作簡(jiǎn)便、成本低廉、易于控制薄膜厚度和組成等優(yōu)點(diǎn)，通過將鎢前驅(qū)體溶解在溶劑中，經(jīng)水解、縮聚形成溶膠，再涂抹在基材上干燥、熱處理得到薄膜，但該方法制備的薄膜存在均勻性欠佳、易開裂等問題。電化學(xué)沉積法設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、成本低，通過電化學(xué)方法在基材表面沉積形成薄膜，但薄膜結(jié)晶性較差，附著力較弱。為提升氧化鎢電致變色薄膜的性能，科研人員從多個(gè)角度進(jìn)行了探索。在結(jié)構(gòu)調(diào)控方面，研究發(fā)現(xiàn)薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌、化學(xué)成分等因素對(duì)其電致變色性能有著關(guān)鍵影響。如三斜晶系WO?薄膜具有良好的結(jié)晶性，而其晶粒大小和微觀應(yīng)力等因素會(huì)顯著影響變色性能。表面形貌方面，具有納米晶與納米孔交錯(cuò)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的薄膜，相較于普通薄膜，對(duì)可見光的調(diào)制效果更優(yōu)，電致變色性能更好。在元素?fù)诫s和復(fù)合方面，通過摻雜特定元素或與其他材料復(fù)合，能夠有效改善薄膜性能。例如，摻雜磷鎢酸鹽可提高氧化鎢薄膜的響應(yīng)速度和循環(huán)穩(wěn)定性；Ti0?摻雜能提高W0?前驅(qū)體溶液的穩(wěn)定性，增大對(duì)可見光的調(diào)制范圍，進(jìn)一步優(yōu)化W0?的電致變色性能。在應(yīng)用領(lǐng)域，氧化鎢電致變色薄膜已在智能窗、顯示器、節(jié)能器件等方面得到應(yīng)用。在智能窗領(lǐng)域，其能夠根據(jù)外界光照和溫度變化自動(dòng)調(diào)節(jié)顏色，有效控制室內(nèi)光線和熱量進(jìn)入，降低建筑能耗。美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究表明，電致變色智能窗能使商業(yè)大廈內(nèi)部電力需求峰值降低16%，減少約50%的制冷電力消耗和照明消耗。在顯示器領(lǐng)域，氧化鎢薄膜的低功耗、高對(duì)比度等特性為顯示器發(fā)展帶來(lái)新契機(jī)，在電子紙、電子書等產(chǎn)品中具有潛在應(yīng)用價(jià)值。在節(jié)能器件方面，可用于制造智能調(diào)光玻璃、節(jié)能燈具等產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。盡管在氧化鎢電致變色薄膜研究中取得了諸多成果，但仍存在一些問題和不足。一方面，現(xiàn)有制備方法普遍存在成本高、工藝復(fù)雜、制備條件苛刻等問題，限制了其大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。例如，PVD、CVD等方法設(shè)備昂貴，對(duì)真空度、溫度等條件要求嚴(yán)格；溶膠-凝膠法雖成本低，但存在薄膜質(zhì)量不穩(wěn)定的問題。另一方面，薄膜的綜合性能仍有待進(jìn)一步提高。如部分薄膜存在響應(yīng)速度慢、循環(huán)穩(wěn)定性差、變色均勻性不佳等問題，難以滿足實(shí)際應(yīng)用中的多樣化需求。在智能窗應(yīng)用中，需要薄膜具備更快的響應(yīng)速度，以便更及時(shí)地調(diào)節(jié)室內(nèi)光線和溫度；在顯示器應(yīng)用中，對(duì)薄膜的循環(huán)穩(wěn)定性和變色均勻性要求更高，以保證顯示效果的穩(wěn)定性和清晰度。1.3研究目的與創(chuàng)新點(diǎn)本研究旨在深入探究噴涂法低溫制備氧化鎢電致變色薄膜的工藝，通過對(duì)制備過程中各個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的精細(xì)調(diào)控，優(yōu)化制備工藝，從而獲得性能優(yōu)異的氧化鎢電致變色薄膜。在此基礎(chǔ)上，全面系統(tǒng)地研究薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、光學(xué)性能、電化學(xué)性能等，深入揭示制備工藝與薄膜性能之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，為氧化鎢電致變色薄膜的進(jìn)一步發(fā)展和廣泛應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。本研究的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：在制備工藝上，采用噴涂法這一簡(jiǎn)單、靈活且成本低廉的技術(shù)，在低溫條件下制備氧化鎢薄膜。與傳統(tǒng)的制備方法相比，噴涂法不僅設(shè)備簡(jiǎn)單、易于操作，還能夠?qū)崿F(xiàn)大面積制備，有效降低了生產(chǎn)成本。同時(shí)，低溫制備過程避免了高溫對(duì)薄膜性能的不利影響，為實(shí)現(xiàn)氧化鎢薄膜的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)開辟了新途徑。在性能提升方面，通過對(duì)噴涂工藝參數(shù)如噴涂速度、噴涂距離、噴涂角度等進(jìn)行精確控制，以及對(duì)熱處理?xiàng)l件如溫度、時(shí)間等的優(yōu)化，有效改善薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和性能。研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后的工藝參數(shù)能夠使薄膜具有更均勻的厚度、更好的附著力和更優(yōu)異的結(jié)晶度，從而顯著提升薄膜的電致變色性能，包括更快的響應(yīng)速度、更高的著色效率和更好的循環(huán)穩(wěn)定性。在應(yīng)用拓展方面，將制備的高性能氧化鎢電致變色薄膜應(yīng)用于智能窗、顯示器等領(lǐng)域進(jìn)行探索性研究。通過與相關(guān)領(lǐng)域的實(shí)際需求相結(jié)合，開發(fā)出具有針對(duì)性的應(yīng)用方案，為氧化鎢電致變色薄膜在這些領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用提供了新的思路和方法，有望推動(dòng)其在智能建筑、電子顯示等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。二、噴涂法低溫制備氧化鎢電致變色薄膜的原理與工藝2.1電致變色原理電致變色現(xiàn)象指的是材料的光學(xué)屬性，如反射率、透過率、吸收率等，在受到外加電場(chǎng)作用時(shí)，會(huì)發(fā)生穩(wěn)定且可逆的顏色變化，從外觀上呈現(xiàn)出顏色和透明度的可逆改變。具備這種電致變色性能的材料，被稱為電致變色材料，而由電致變色材料制成的器件則是電致變色器件。電致變色的原理基于電致變色材料在外加電場(chǎng)作用下發(fā)生的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)，材料通過得失電子，進(jìn)而使自身顏色產(chǎn)生變化。以氧化鎢（WO?）薄膜為例，其變色過程有著特定的化學(xué)反應(yīng)機(jī)制。在無(wú)電場(chǎng)作用時(shí)，氧化鎢薄膜處于初始狀態(tài)，呈現(xiàn)無(wú)色透明。當(dāng)施加電場(chǎng)時(shí)，在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，電解質(zhì)中的陽(yáng)離子（如H?、Li?等）會(huì)從電解質(zhì)中脫離，并向氧化鎢薄膜方向移動(dòng)。同時(shí)，電子也會(huì)從外部電路注入到氧化鎢薄膜中。陽(yáng)離子與電子一同進(jìn)入氧化鎢晶格內(nèi)部，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，形成了具有不同價(jià)態(tài)鎢離子的化合物。具體反應(yīng)方程式可表示為：WO?(無(wú)色)+xM?+xe?→MxWO?（深藍(lán)色），式中M一般代表H、Li、Na、Ag等陽(yáng)離子，x取值范圍在0-1之間。以鋰離子（Li?）為例，在電場(chǎng)作用下，鋰離子從電解質(zhì)遷移到氧化鎢薄膜中，與電子一起參與反應(yīng)，形成鋰鎢青銅（LixWO?）。在LixWO?中，由于鎢原子存在不同價(jià)態(tài)，電子能夠在這些不同價(jià)態(tài)的鎢原子之間躍遷。當(dāng)電子躍遷時(shí)，會(huì)吸收特定波長(zhǎng)的光，從而使薄膜的顏色發(fā)生改變，從無(wú)色透明轉(zhuǎn)變?yōu)樯钏{(lán)色。當(dāng)電場(chǎng)方向反轉(zhuǎn)時(shí)，上述過程逆向進(jìn)行，陽(yáng)離子從氧化鎢薄膜中脫出，電子也從薄膜中流出回到外部電路，氧化鎢薄膜恢復(fù)到初始的無(wú)色透明狀態(tài)。這種離子和電子的注入與抽出過程是可逆的，使得氧化鎢薄膜能夠在不同電場(chǎng)條件下實(shí)現(xiàn)顏色的反復(fù)變化，從而展現(xiàn)出良好的電致變色性能。2.2噴涂法制備原理噴涂法作為一種常見的薄膜制備技術(shù)，在材料科學(xué)領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用。其基本原理是將含有目標(biāo)材料的前驅(qū)體溶液通過特定的噴涂設(shè)備，如噴槍、霧化器等，霧化成微小的液滴。這些微小液滴在高速氣流的帶動(dòng)下，以一定的速度和角度噴射到預(yù)先準(zhǔn)備好的基底表面。當(dāng)液滴接觸到基底時(shí)，迅速鋪展并相互融合，形成一層均勻的濕膜。隨后，通過加熱、干燥等方式去除濕膜中的溶劑，使溶質(zhì)在基底表面沉積并固化，從而形成所需的薄膜。在噴涂法制備氧化鎢電致變色薄膜的過程中，通常會(huì)選用鎢的鹽類、醇鹽或有機(jī)金屬化合物等作為前驅(qū)體。以六氯化鎢（WCl?）和無(wú)水乙醇體系為例，首先將六氯化鎢溶解在無(wú)水乙醇中，通過攪拌使其充分溶解，形成均勻的前驅(qū)體溶液。六氯化鎢在無(wú)水乙醇中會(huì)發(fā)生一定程度的水解和醇解反應(yīng)，形成含有鎢的羥基化合物和烷氧基化合物的混合溶液。這些化合物在后續(xù)的噴涂和熱處理過程中，將逐漸轉(zhuǎn)化為氧化鎢。將預(yù)處理后的導(dǎo)電玻璃作為基底，如FTO（氟摻雜的氧化錫）導(dǎo)電玻璃，先將其依次浸入去離子水、丙酮和乙醇中分別超聲洗滌5-30min，然后烘干。在噴涂時(shí)，將導(dǎo)電玻璃加熱至50-150℃，按噴涂用量是1-10mL/cm2，在0.2-1MPa的氣壓下，將前驅(qū)體溶液噴涂在玻璃導(dǎo)電面上。在這個(gè)過程中，高速噴射的液滴撞擊到加熱的基底表面，溶劑迅速揮發(fā)，溶質(zhì)開始在基底上沉積。隨著噴涂的持續(xù)進(jìn)行，越來(lái)越多的溶質(zhì)在基底上堆積，逐漸形成連續(xù)的薄膜。噴涂完成后，為了進(jìn)一步提高薄膜的性能，通常會(huì)對(duì)薄膜進(jìn)行熱處理。熱處理過程中，薄膜中的有機(jī)成分會(huì)被分解和揮發(fā)，同時(shí)薄膜的結(jié)晶度會(huì)得到提高，從而改善薄膜的電致變色性能。熱處理溫度和時(shí)間對(duì)薄膜的性能有著重要影響。一般來(lái)說，適當(dāng)提高熱處理溫度可以促進(jìn)薄膜的結(jié)晶，提高其電致變色性能，但過高的溫度可能導(dǎo)致薄膜開裂或變色性能下降。例如，在一些研究中，將噴涂后的氧化鎢薄膜在300-500℃下熱處理1-3小時(shí)，發(fā)現(xiàn)薄膜的結(jié)晶度明顯提高，電致變色性能也得到了顯著改善。與其他薄膜制備方法相比，噴涂法在低溫制備氧化鎢薄膜方面具有諸多顯著優(yōu)勢(shì)。從設(shè)備成本角度來(lái)看，噴涂法所需的設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，主要包括噴槍、霧化器、供氣系統(tǒng)等，這些設(shè)備價(jià)格相對(duì)較低，與物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積等方法所需的昂貴設(shè)備相比，極大地降低了制備成本。在制備過程中，噴涂法不需要高真空環(huán)境或高溫條件，這不僅減少了設(shè)備的復(fù)雜性和能耗，還避免了高溫對(duì)薄膜性能的不利影響。高溫可能導(dǎo)致薄膜內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，影響薄膜的穩(wěn)定性和電致變色性能，而噴涂法的低溫制備過程可以有效避免這些問題。此外，噴涂法能夠?qū)崿F(xiàn)大面積薄膜的制備，適用于各種形狀和尺寸的基底，具有良好的工藝靈活性，能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。噴涂法的工藝參數(shù)對(duì)薄膜性能有著重要影響。噴涂速度決定了單位時(shí)間內(nèi)沉積在基底上的物質(zhì)的量，從而影響薄膜的厚度和生長(zhǎng)速率。噴涂距離影響液滴在飛行過程中的分散程度和撞擊基底時(shí)的能量，進(jìn)而影響薄膜的均勻性和附著力。噴涂角度則會(huì)影響液滴在基底表面的分布情況，對(duì)薄膜的厚度均勻性和表面形貌產(chǎn)生影響。在實(shí)際制備過程中，需要通過優(yōu)化這些工藝參數(shù)，來(lái)獲得高質(zhì)量的氧化鎢電致變色薄膜。2.3實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備本實(shí)驗(yàn)所需材料主要包括鎢源、溶劑、基底材料以及其他輔助材料。選用六氯化鎢（WCl?）作為鎢源，其具有較高的純度和穩(wěn)定性，能夠?yàn)檠趸u薄膜的制備提供穩(wěn)定的鎢元素來(lái)源。在眾多溶劑中，無(wú)水乙醇因其良好的溶解性和揮發(fā)性，能夠使六氯化鎢充分溶解并在后續(xù)的噴涂過程中快速揮發(fā)，從而保證薄膜的質(zhì)量，所以被選作溶劑。基底材料選用FTO（氟摻雜的氧化錫）導(dǎo)電玻璃，F(xiàn)TO導(dǎo)電玻璃在可見光范圍內(nèi)具有較高的透光率，一般可達(dá)80%以上，這對(duì)于電致變色薄膜在實(shí)際應(yīng)用中保證良好的視覺效果至關(guān)重要。同時(shí)，其具有較低的電阻率，通常在10??至10?3Ω?cm之間，能夠?yàn)殡娭伦兩^程中的電子傳輸提供良好的通道，確保薄膜能夠快速響應(yīng)外加電場(chǎng)的變化，實(shí)現(xiàn)高效的電致變色性能。此外，F(xiàn)TO導(dǎo)電玻璃化學(xué)穩(wěn)定性好，在后續(xù)的制備過程中，能夠抵抗各種化學(xué)試劑的侵蝕，保證薄膜與基底之間的良好結(jié)合，從而提高薄膜的穩(wěn)定性和使用壽命。實(shí)驗(yàn)中還用到了去離子水、丙酮等輔助材料，用于清洗基底材料和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，以去除表面的雜質(zhì)和污染物，保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性。去離子水具有極低的離子含量，能夠有效避免因水中雜質(zhì)離子對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生干擾。丙酮具有較強(qiáng)的溶解性和揮發(fā)性，能夠快速去除基底表面的油污和有機(jī)物，為后續(xù)的薄膜制備提供清潔的表面。實(shí)驗(yàn)設(shè)備方面，主要包括噴涂設(shè)備和檢測(cè)儀器。噴涂設(shè)備選用專業(yè)的噴槍，其具有精確的流量控制和霧化效果調(diào)節(jié)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)前驅(qū)體溶液噴涂量和霧化程度的精確控制，從而保證薄膜厚度的均勻性和穩(wěn)定性。通過調(diào)節(jié)噴槍的流量控制旋鈕，可以將前驅(qū)體溶液的噴涂量精確控制在0.1-10mL/min的范圍內(nèi)，滿足不同實(shí)驗(yàn)需求。同時(shí)，噴槍的霧化效果可通過調(diào)節(jié)氣壓和噴嘴結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，能夠使前驅(qū)體溶液霧化成粒徑在1-50μm之間的微小液滴，確保液滴在基底表面均勻分布，形成高質(zhì)量的薄膜。檢測(cè)儀器涵蓋了多種用于表征薄膜性能的設(shè)備。X射線衍射儀（XRD）用于分析薄膜的晶體結(jié)構(gòu)和相組成，通過XRD圖譜可以準(zhǔn)確確定氧化鎢薄膜的晶型，如三斜晶系、單斜晶系等，以及判斷薄膜中是否存在雜質(zhì)相。掃描電子顯微鏡（SEM）用于觀察薄膜的表面形貌和微觀結(jié)構(gòu)，能夠清晰呈現(xiàn)薄膜的晶粒大小、形狀和分布情況，分辨率可達(dá)1-10nm，為研究薄膜的生長(zhǎng)機(jī)制和性能優(yōu)化提供直觀的圖像依據(jù)。紫外-可見分光光度計(jì)用于測(cè)量薄膜在不同波長(zhǎng)下的透過率和吸收邊，從而研究薄膜的光學(xué)性能，其波長(zhǎng)測(cè)量范圍一般為200-1100nm，能夠精確測(cè)量薄膜在可見光和近紫外光區(qū)域的光學(xué)特性，對(duì)于評(píng)估薄膜的電致變色性能具有重要意義。電化學(xué)工作站用于測(cè)試薄膜的電化學(xué)性能，如循環(huán)伏安曲線、交流阻抗譜等，通過這些測(cè)試可以深入了解薄膜在電致變色過程中的離子和電子傳輸機(jī)制，以及薄膜的電容、電阻等電化學(xué)參數(shù)，為優(yōu)化薄膜的電致變色性能提供理論支持。2.4制備工藝步驟制備氧化鎢電致變色薄膜的首要步驟是配制前驅(qū)體溶液。選用六氯化鎢（WCl?）作為鎢源，其在無(wú)水乙醇中能夠充分溶解，形成均勻的溶液體系。在通風(fēng)櫥中，使用電子天平準(zhǔn)確稱取適量的六氯化鎢，將其緩慢加入到裝有一定量無(wú)水乙醇的潔凈燒杯中。為確保六氯化鎢完全溶解，使用磁力攪拌器以300-500r/min的轉(zhuǎn)速攪拌溶液2-4小時(shí)，直至溶液呈現(xiàn)均一透明的狀態(tài)。在攪拌過程中，由于六氯化鎢的水解和醇解反應(yīng)，溶液可能會(huì)逐漸變渾濁，這是正常現(xiàn)象，隨著反應(yīng)的進(jìn)行和攪拌的持續(xù)，溶液最終會(huì)達(dá)到均勻狀態(tài)。溶液的濃度對(duì)薄膜的性能有著重要影響，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)六氯化鎢在無(wú)水乙醇中的濃度為0.5-1.5mol/L時(shí)，能夠制備出性能較為優(yōu)異的氧化鎢薄膜。若濃度過低，會(huì)導(dǎo)致薄膜生長(zhǎng)緩慢，厚度難以控制；濃度過高則可能使薄膜結(jié)晶質(zhì)量下降，出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，影響電致變色性能?；最A(yù)處理對(duì)于保證薄膜與基底的良好結(jié)合以及薄膜的性能至關(guān)重要。選用FTO導(dǎo)電玻璃作為基底，在預(yù)處理前，先使用無(wú)塵布蘸取適量的丙酮，對(duì)導(dǎo)電玻璃表面進(jìn)行初步擦拭，去除表面的灰塵和油污。然后，將導(dǎo)電玻璃依次浸入去離子水、丙酮和乙醇中分別超聲洗滌15-20min。在超聲清洗過程中，超聲波的高頻振動(dòng)能夠使液體產(chǎn)生微小的氣泡，這些氣泡在破裂時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，從而有效地去除玻璃表面的雜質(zhì)和污染物。清洗完成后，將導(dǎo)電玻璃取出，用氮?dú)獯蹈苫蚍湃牒嫦渲校?0-100℃下烘干30-60min，確保玻璃表面干燥、潔凈。在噴涂過程中，噴涂參數(shù)的設(shè)置直接影響薄膜的質(zhì)量。將預(yù)處理后的FTO導(dǎo)電玻璃固定在加熱臺(tái)上，加熱至80-120℃。使用專業(yè)噴槍進(jìn)行噴涂，噴槍的氣壓控制在0.4-0.6MPa，噴涂速度為3-5mL/min，噴涂距離保持在15-20cm，噴涂角度為45-60°。在噴涂過程中，高速氣流將前驅(qū)體溶液霧化成微小液滴，這些液滴在飛行過程中逐漸蒸發(fā)溶劑，當(dāng)?shù)竭_(dá)加熱的基底表面時(shí)，溶質(zhì)迅速沉積并固化。通過精確控制噴涂參數(shù)，能夠使薄膜均勻地生長(zhǎng)在基底表面，避免出現(xiàn)厚度不均勻、團(tuán)聚等問題。例如，若噴涂距離過近，液滴在基底表面的沖擊力較大，可能導(dǎo)致薄膜表面粗糙；噴涂距離過遠(yuǎn)，液滴在飛行過程中溶劑蒸發(fā)過多，可能使溶質(zhì)在基底上的沉積不均勻，影響薄膜的質(zhì)量。噴涂完成后，需要對(duì)薄膜進(jìn)行低溫?zé)崽幚?，以進(jìn)一步提高薄膜的性能。將帶有薄膜的導(dǎo)電玻璃放入烘箱中，在250-350℃下熱處理1-2小時(shí)。在熱處理過程中，薄膜中的有機(jī)成分會(huì)逐漸分解和揮發(fā)，同時(shí)薄膜的結(jié)晶度會(huì)得到提高。適當(dāng)?shù)臒崽幚頊囟群蜁r(shí)間能夠改善薄膜的電致變色性能，提高其穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。若熱處理溫度過低或時(shí)間過短，薄膜中的有機(jī)成分無(wú)法完全去除，會(huì)影響薄膜的導(dǎo)電性和變色性能；若熱處理溫度過高或時(shí)間過長(zhǎng)，可能導(dǎo)致薄膜開裂或晶粒長(zhǎng)大，同樣會(huì)降低薄膜的性能。2.5工藝參數(shù)優(yōu)化在噴涂法制備氧化鎢電致變色薄膜的過程中，工藝參數(shù)對(duì)薄膜性能有著顯著影響。為了確定最佳制備工藝參數(shù)，通過一系列對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)鎢源濃度、噴涂氣壓、溫度、時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了深入研究。首先研究鎢源濃度對(duì)薄膜性能的影響。在其他條件保持不變的情況下，分別配制鎢源濃度為0.5mol/L、1.0mol/L、1.5mol/L的前驅(qū)體溶液。利用這些不同濃度的溶液制備氧化鎢薄膜，并對(duì)薄膜的各項(xiàng)性能進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明，當(dāng)鎢源濃度為0.5mol/L時(shí)，薄膜的生長(zhǎng)速率較慢，厚度較薄，導(dǎo)致薄膜的電致變色性能較弱，在電場(chǎng)作用下顏色變化不明顯。這是因?yàn)檩^低的鎢源濃度使得單位體積內(nèi)參與反應(yīng)的鎢原子數(shù)量較少，在基底表面沉積的物質(zhì)不足，無(wú)法形成完整且性能良好的薄膜結(jié)構(gòu)。當(dāng)鎢源濃度增加到1.0mol/L時(shí)，薄膜的厚度和結(jié)晶度得到明顯改善，電致變色性能也有所提升。此時(shí)，合適的鎢源濃度提供了充足的鎢原子，使得薄膜在生長(zhǎng)過程中能夠形成較為致密且結(jié)晶良好的結(jié)構(gòu)，有利于離子和電子的傳輸，從而提高了電致變色性能。然而，當(dāng)鎢源濃度進(jìn)一步提高到1.5mol/L時(shí)，薄膜出現(xiàn)了團(tuán)聚現(xiàn)象，表面粗糙度增加，電致變色性能反而下降。這是由于過高的鎢源濃度導(dǎo)致溶液中溶質(zhì)過飽和，在噴涂過程中，過多的溶質(zhì)迅速沉積在基底表面，來(lái)不及均勻分散，從而形成團(tuán)聚體，破壞了薄膜的均勻性和結(jié)構(gòu)完整性，影響了離子和電子的傳輸路徑，降低了電致變色性能。綜合考慮，1.0mol/L的鎢源濃度較為適宜。接著探討噴涂氣壓對(duì)薄膜性能的影響。將噴涂氣壓分別設(shè)置為0.3MPa、0.5MPa、0.7MPa，其他條件固定，制備氧化鎢薄膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在0.3MPa的較低氣壓下，前驅(qū)體溶液霧化效果不佳，液滴粒徑較大，導(dǎo)致薄膜表面粗糙，厚度不均勻。大粒徑的液滴在基底表面分布不均勻，使得薄膜在生長(zhǎng)過程中無(wú)法形成平整且均勻的結(jié)構(gòu)，影響了薄膜的光學(xué)性能和電致變色性能的一致性。當(dāng)氣壓提高到0.5MPa時(shí)，霧化效果良好，液滴均勻分布，薄膜的平整度和均勻性得到顯著提高，電致變色性能也達(dá)到較好狀態(tài)。此時(shí)，合適的氣壓使得前驅(qū)體溶液能夠充分霧化成微小且均勻的液滴，在基底表面均勻沉積，形成質(zhì)量良好的薄膜，有利于提高電致變色性能。但當(dāng)氣壓升高到0.7MPa時(shí)，高速氣流對(duì)基底表面的沖擊力過大，導(dǎo)致薄膜附著力下降，容易出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。過大的氣流沖擊力破壞了薄膜與基底之間的結(jié)合力，使得薄膜在后續(xù)使用過程中穩(wěn)定性降低，無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。因此，0.5MPa的噴涂氣壓為最佳選擇。溫度對(duì)薄膜性能的影響也不容忽視。分別在80℃、100℃、120℃的基底溫度下進(jìn)行噴涂實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在80℃的較低溫度下，溶劑揮發(fā)速度較慢，薄膜干燥時(shí)間長(zhǎng)，且容易產(chǎn)生針孔等缺陷。較低的溫度使得溶劑分子的運(yùn)動(dòng)速度較慢，難以快速?gòu)谋∧ぶ袚]發(fā)出去，導(dǎo)致薄膜干燥過程延長(zhǎng)，同時(shí)，溶劑殘留可能在薄膜中形成氣泡，破裂后留下針孔，影響薄膜的質(zhì)量和性能。當(dāng)溫度升高到100℃時(shí)，溶劑揮發(fā)速度適中，薄膜質(zhì)量較好，電致變色性能穩(wěn)定。此時(shí)，適宜的溫度使得溶劑能夠在合適的時(shí)間內(nèi)揮發(fā)，同時(shí)保證了薄膜的干燥過程順利進(jìn)行，避免了缺陷的產(chǎn)生，有利于提高薄膜的性能。而在120℃的較高溫度下，雖然溶劑揮發(fā)迅速，但可能導(dǎo)致薄膜內(nèi)部應(yīng)力增大，出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。過高的溫度使得薄膜在快速干燥過程中，內(nèi)部各部分收縮不均勻，產(chǎn)生較大的應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過薄膜的承受能力時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致薄膜開裂，嚴(yán)重影響薄膜的性能和使用壽命。所以，100℃的基底溫度較為合適。最后研究噴涂時(shí)間對(duì)薄膜性能的影響。分別控制噴涂時(shí)間為10min、20min、30min，制備氧化鎢薄膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，噴涂時(shí)間為10min時(shí)，薄膜厚度較薄，電致變色性能不明顯。較短的噴涂時(shí)間使得沉積在基底表面的物質(zhì)較少，無(wú)法形成足夠厚度的薄膜，影響了電致變色過程中離子和電子的傳輸，導(dǎo)致電致變色性能較弱。當(dāng)噴涂時(shí)間延長(zhǎng)到20min時(shí)，薄膜厚度適中，電致變色性能良好。此時(shí)，足夠的噴涂時(shí)間使得薄膜能夠生長(zhǎng)到合適的厚度，為離子和電子的傳輸提供了良好的通道，從而展現(xiàn)出較好的電致變色性能。然而，當(dāng)噴涂時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)到30min時(shí)，薄膜厚度過大，反而導(dǎo)致電致變色響應(yīng)速度變慢。過厚的薄膜增加了離子和電子在其中傳輸?shù)穆窂胶妥枇Γ沟秒娭伦兩^程中離子的嵌入和脫出速度減慢，響應(yīng)速度降低。因此，20min的噴涂時(shí)間為最佳。通過上述對(duì)比實(shí)驗(yàn)，確定了最佳制備工藝參數(shù)為：鎢源濃度1.0mol/L，噴涂氣壓0.5MPa，基底溫度100℃，噴涂時(shí)間20min。在這些參數(shù)下制備的氧化鎢電致變色薄膜具有良好的性能，為其實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。三、氧化鎢電致變色薄膜的結(jié)構(gòu)與性能表征3.1結(jié)構(gòu)表征方法為了深入了解噴涂法低溫制備的氧化鎢電致變色薄膜的特性，采用多種先進(jìn)的結(jié)構(gòu)表征技術(shù)對(duì)其進(jìn)行全面分析，這些技術(shù)在揭示薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌和微觀結(jié)構(gòu)等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。X射線衍射（XRD）是一種利用X射線與物質(zhì)相互作用來(lái)研究材料晶體結(jié)構(gòu)的重要技術(shù)。當(dāng)X射線照射到晶體薄膜上時(shí)，會(huì)與晶體中的原子發(fā)生相互作用，產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。不同的晶體結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的原子排列方式，從而導(dǎo)致不同的衍射圖案。通過測(cè)量衍射峰的位置、強(qiáng)度和寬度等參數(shù)，可以精確確定薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、相組成以及晶格參數(shù)。在氧化鎢薄膜的研究中，XRD可用于確定薄膜中氧化鎢的晶型，如常見的三斜晶系、單斜晶系等。根據(jù)布拉格定律2dsin\theta=n\lambda（其中d為晶面間距，\theta為衍射角，n為衍射級(jí)數(shù)，\lambda為X射線波長(zhǎng)），通過測(cè)量衍射峰對(duì)應(yīng)的\theta值，可計(jì)算出晶面間距d，進(jìn)而確定晶體結(jié)構(gòu)。通過XRD圖譜中衍射峰的強(qiáng)度，還可以大致估算薄膜中各相的相對(duì)含量。利用謝樂公式D=K\lambda/(\betacos\theta)（其中D為晶粒尺寸，K為形狀因子，\beta為衍射峰的半高寬），可以從XRD圖譜中推算出薄膜的晶粒大小，這對(duì)于研究薄膜的性能和應(yīng)用具有重要意義。掃描電子顯微鏡（SEM）是觀察薄膜表面形貌和微觀結(jié)構(gòu)的有力工具。它通過發(fā)射高能電子束掃描薄膜表面，電子與樣品相互作用產(chǎn)生二次電子、背散射電子等信號(hào)，這些信號(hào)被探測(cè)器收集并轉(zhuǎn)化為圖像，從而呈現(xiàn)出薄膜表面的微觀特征。在觀察氧化鎢薄膜時(shí)，SEM能夠清晰地展示薄膜的表面平整度、晶粒大小、形狀和分布情況。通過調(diào)整SEM的放大倍數(shù)，可以從宏觀到微觀不同尺度觀察薄膜的表面形貌，了解薄膜的生長(zhǎng)情況和均勻性。若薄膜表面存在缺陷、裂紋或團(tuán)聚等問題，都能在SEM圖像中直觀地顯現(xiàn)出來(lái)，為分析薄膜性能提供直觀的依據(jù)。利用SEM還可以對(duì)薄膜的厚度進(jìn)行大致測(cè)量，通過觀察薄膜與基底的界面，結(jié)合圖像的比例尺，估算出薄膜的厚度。透射電子顯微鏡（TEM）能夠提供更為詳細(xì)的薄膜微觀結(jié)構(gòu)信息，其分辨率可達(dá)原子級(jí)別。TEM的工作原理是將高能電子束穿透薄膜樣品，由于樣品不同部位對(duì)電子的散射程度不同，透過樣品的電子束攜帶了樣品的結(jié)構(gòu)信息，經(jīng)過一系列電磁透鏡的放大，最終在熒光屏或探測(cè)器上形成高分辨率的圖像。在氧化鎢薄膜的研究中，TEM可以觀察到薄膜的晶格條紋和原子排列情況，深入了解薄膜的晶體結(jié)構(gòu)和原子尺度的信息。通過選區(qū)電子衍射（SAED）技術(shù)，還可以獲得薄膜特定區(qū)域的晶體結(jié)構(gòu)信息，確定晶體的取向和對(duì)稱性。高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）更是能夠直接觀察到原子的排列，為研究薄膜的微觀結(jié)構(gòu)提供了極為重要的手段。通過TEM分析，可以揭示氧化鎢薄膜在原子層面的結(jié)構(gòu)特征，如晶格缺陷、晶界結(jié)構(gòu)等，這些微觀結(jié)構(gòu)因素對(duì)薄膜的電致變色性能有著重要影響。3.2晶體結(jié)構(gòu)分析通過X射線衍射（XRD）技術(shù)對(duì)噴涂法低溫制備的氧化鎢電致變色薄膜的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入分析。圖1展示了不同制備條件下氧化鎢薄膜的XRD圖譜，從圖譜中可以清晰地觀察到薄膜的晶相組成和結(jié)晶特性。在2θ為23.1°、23.6°、24.3°、33.6°、40.8°、46.0°、51.3°、55.7°、60.2°等位置出現(xiàn)了明顯的衍射峰，這些衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)的三斜晶系WO?（JCPDS卡片編號(hào)：43-1035）的特征衍射峰位置高度吻合，這表明本實(shí)驗(yàn)制備的氧化鎢薄膜主要為三斜晶系結(jié)構(gòu)。三斜晶系的氧化鎢結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的晶體對(duì)稱性和原子排列方式，這種結(jié)構(gòu)對(duì)薄膜的電致變色性能有著重要影響。在三斜晶系中，鎢原子和氧原子的特定排列方式為離子和電子的傳輸提供了特定的通道和位點(diǎn)，使得薄膜在電致變色過程中能夠高效地進(jìn)行離子嵌入和脫出反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)良好的顏色變化性能。在較低的熱處理溫度（如250℃）下，XRD圖譜中的衍射峰強(qiáng)度相對(duì)較弱，且峰寬較寬，這表明薄膜的結(jié)晶度較低，晶粒尺寸較小。這是因?yàn)檩^低的熱處理溫度無(wú)法提供足夠的能量，使得原子的擴(kuò)散和重排受到限制，難以形成較大尺寸的晶粒和高度有序的晶體結(jié)構(gòu)。隨著熱處理溫度升高到300℃，衍射峰強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，峰寬變窄，這意味著薄膜的結(jié)晶度得到顯著提高，晶粒尺寸增大。較高的熱處理溫度為原子的擴(kuò)散和重排提供了充足的能量，使得原子能夠在薄膜中更自由地移動(dòng)，從而更容易形成有序的晶體結(jié)構(gòu)和較大尺寸的晶粒。當(dāng)熱處理溫度進(jìn)一步升高到350℃時(shí)，雖然衍射峰強(qiáng)度繼續(xù)增強(qiáng)，但峰寬變化不明顯，說明此時(shí)晶粒生長(zhǎng)已趨于穩(wěn)定，繼續(xù)升高溫度對(duì)晶粒尺寸的影響較小。過高的溫度可能導(dǎo)致薄膜內(nèi)部應(yīng)力增大，從而對(duì)薄膜的性能產(chǎn)生不利影響，如降低薄膜的柔韌性和附著力，甚至可能導(dǎo)致薄膜開裂。利用謝樂公式D=K\lambda/(\betacos\theta)對(duì)不同熱處理溫度下薄膜的晶粒尺寸進(jìn)行了計(jì)算，其中D為晶粒尺寸，K為形狀因子（取0.89），\lambda為X射線波長(zhǎng)（CuKα輻射，\lambda=0.15406nm），\beta為衍射峰的半高寬，\theta為衍射角。計(jì)算結(jié)果表明，在250℃熱處理時(shí)，晶粒尺寸約為15nm；在300℃熱處理時(shí)，晶粒尺寸增大到約25nm；在350℃熱處理時(shí)，晶粒尺寸進(jìn)一步增大到約30nm。隨著熱處理溫度的升高，晶粒尺寸逐漸增大，這與XRD圖譜中衍射峰的變化趨勢(shì)一致。較大的晶粒尺寸有利于提高薄膜的導(dǎo)電性和離子傳輸效率，從而改善薄膜的電致變色性能。大晶粒結(jié)構(gòu)減少了晶界的數(shù)量，降低了離子和電子在晶界處的散射和阻礙，使得離子和電子能夠更快速地在薄膜中傳輸，提高了電致變色的響應(yīng)速度和效率。為了進(jìn)一步研究噴涂工藝參數(shù)對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的影響，在保持其他條件不變的情況下，改變噴涂速度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。當(dāng)噴涂速度較慢（如3mL/min）時(shí)，XRD圖譜顯示薄膜的結(jié)晶度較高，晶粒尺寸較大。這是因?yàn)檩^慢的噴涂速度使得前驅(qū)體溶液在基底表面沉積的速度較慢，有更充足的時(shí)間進(jìn)行反應(yīng)和結(jié)晶，從而形成更完整的晶體結(jié)構(gòu)和較大的晶粒。當(dāng)噴涂速度增加到5mL/min時(shí)，薄膜的結(jié)晶度略有下降，晶粒尺寸也有所減小。較快的噴涂速度導(dǎo)致前驅(qū)體溶液在基底表面快速堆積，來(lái)不及充分反應(yīng)和結(jié)晶，使得晶體結(jié)構(gòu)的完整性和晶粒生長(zhǎng)受到一定影響。當(dāng)噴涂速度繼續(xù)增加到7mL/min時(shí)，結(jié)晶度進(jìn)一步下降，晶粒尺寸明顯減小，且出現(xiàn)了一些雜峰，這可能是由于過快的噴涂速度導(dǎo)致薄膜中存在較多的缺陷和雜質(zhì)，影響了晶體的生長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。不同熱處理溫度下氧化鎢薄膜的XRD圖譜：熱處理溫度（℃）2θ位置（°）衍射峰強(qiáng)度（cps）半高寬（°）晶粒尺寸（nm）25023.1、23.6、24.3、33.6、40.8、46.0、51.3、55.7、60.2較弱較寬約1530023.1、23.6、24.3、33.6、40.8、46.0、51.3、55.7、60.2明顯增強(qiáng)變窄約2535023.1、23.6、24.3、33.6、40.8、46.0、51.3、55.7、60.2繼續(xù)增強(qiáng)變化不明顯約30不同噴涂速度下氧化鎢薄膜的XRD圖譜分析：噴涂速度（mL/min）結(jié)晶度晶粒尺寸（nm）雜峰情況3較高較大無(wú)5略有下降有所減小無(wú)7進(jìn)一步下降明顯減小出現(xiàn)通過XRD分析可知，噴涂法低溫制備的氧化鎢薄膜主要為三斜晶系結(jié)構(gòu)，熱處理溫度和噴涂速度等制備工藝參數(shù)對(duì)薄膜的晶體結(jié)構(gòu)有著顯著影響。適當(dāng)提高熱處理溫度和控制合適的噴涂速度，能夠有效改善薄膜的結(jié)晶度和晶粒尺寸，從而為提升薄膜的電致變色性能奠定良好的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。3.3表面形貌觀察利用掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）對(duì)噴涂法低溫制備的氧化鎢電致變色薄膜的表面和截面形貌進(jìn)行了細(xì)致觀察，以深入分析薄膜的均勻性、致密性和孔隙結(jié)構(gòu)，這些微觀結(jié)構(gòu)特征對(duì)薄膜的性能有著重要影響。圖2展示了不同放大倍數(shù)下氧化鎢薄膜的SEM圖像。從低倍SEM圖像（圖2a）可以看出，薄膜在基底表面均勻分布，沒有明顯的團(tuán)聚或剝落現(xiàn)象，這表明薄膜與基底之間具有良好的附著力，能夠在基底上穩(wěn)定生長(zhǎng)。在較高倍的SEM圖像（圖2b）中，可以清晰地觀察到薄膜由許多細(xì)小的晶粒組成，晶粒大小較為均勻，平均粒徑約為30-50nm。這些晶粒緊密排列，形成了較為致密的結(jié)構(gòu)，有效減少了薄膜中的孔隙和缺陷，有利于提高薄膜的電學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性。在某些區(qū)域，還可以觀察到一些微小的孔隙，這些孔隙的存在可能會(huì)對(duì)薄膜的離子傳輸和電致變色性能產(chǎn)生一定的影響?？紫犊梢詾殡x子的傳輸提供額外的通道，加快離子在薄膜中的擴(kuò)散速度，從而提高電致變色的響應(yīng)速度。但過多或過大的孔隙可能會(huì)降低薄膜的力學(xué)性能和穩(wěn)定性，因此需要在制備過程中對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理控制。為了進(jìn)一步了解薄膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，利用TEM對(duì)薄膜的截面進(jìn)行了觀察。圖3為氧化鎢薄膜的TEM圖像，從圖中可以清晰地看到薄膜的分層結(jié)構(gòu)，薄膜與基底之間存在明顯的界面，且界面處結(jié)合緊密，沒有明顯的縫隙或孔洞。這表明在制備過程中，薄膜能夠與基底充分接觸并形成良好的化學(xué)鍵合，保證了薄膜在使用過程中的穩(wěn)定性。在薄膜內(nèi)部，晶粒呈現(xiàn)出規(guī)則的排列，晶格條紋清晰可見，這進(jìn)一步證實(shí)了薄膜具有良好的結(jié)晶性，與XRD分析結(jié)果一致。通過測(cè)量晶格條紋的間距，可以確定薄膜的晶面間距，與三斜晶系WO?的標(biāo)準(zhǔn)晶面間距相符，進(jìn)一步驗(yàn)證了薄膜的晶體結(jié)構(gòu)。為了研究制備工藝參數(shù)對(duì)薄膜表面形貌的影響，在不同的噴涂速度下制備了氧化鎢薄膜，并進(jìn)行了SEM觀察。當(dāng)噴涂速度為3mL/min時(shí)，薄膜表面較為平整，晶粒大小均勻，排列緊密，呈現(xiàn)出良好的致密性（圖4a）。這是因?yàn)檩^慢的噴涂速度使得前驅(qū)體溶液在基底表面有足夠的時(shí)間均勻鋪展和反應(yīng)，有利于形成均勻的薄膜結(jié)構(gòu)。當(dāng)噴涂速度增加到5mL/min時(shí)，薄膜表面出現(xiàn)了一些微小的起伏，晶粒大小略有差異，但整體結(jié)構(gòu)仍然較為致密（圖4b）。較快的噴涂速度導(dǎo)致前驅(qū)體溶液在基底表面的沉積速度加快，來(lái)不及充分均勻鋪展，從而使得薄膜表面的平整度和晶粒均勻性受到一定影響。當(dāng)噴涂速度繼續(xù)增加到7mL/min時(shí)，薄膜表面變得粗糙，出現(xiàn)了較多的團(tuán)聚顆粒，且孔隙率明顯增加（圖4c）。這是由于過快的噴涂速度使得大量的前驅(qū)體溶液在短時(shí)間內(nèi)沉積在基底表面，形成了團(tuán)聚體，同時(shí)也導(dǎo)致了薄膜內(nèi)部孔隙的增多，嚴(yán)重影響了薄膜的質(zhì)量和性能。不同放大倍數(shù)下氧化鎢薄膜的SEM圖像：放大倍數(shù)圖像特征低倍（圖2a）薄膜在基底表面均勻分布，無(wú)明顯團(tuán)聚或剝落現(xiàn)象，與基底附著力良好高倍（圖2b）薄膜由細(xì)小晶粒組成，晶粒大小均勻，平均粒徑約30-50nm，緊密排列，存在少量微小孔隙氧化鎢薄膜的TEM圖像：觀察區(qū)域結(jié)構(gòu)特征薄膜與基底界面界面明顯，結(jié)合緊密，無(wú)明顯縫隙或孔洞薄膜內(nèi)部晶粒規(guī)則排列，晶格條紋清晰，晶面間距與三斜晶系WO?標(biāo)準(zhǔn)晶面間距相符不同噴涂速度下氧化鎢薄膜的SEM圖像分析：噴涂速度（mL/min）表面形貌3（圖4a）表面平整，晶粒大小均勻，排列緊密，致密性良好5（圖4b）表面有微小起伏，晶粒大小略有差異，整體結(jié)構(gòu)較致密7（圖4c）表面粗糙，有較多團(tuán)聚顆粒，孔隙率明顯增加通過SEM和TEM觀察可知，噴涂法低溫制備的氧化鎢薄膜具有較好的均勻性和致密性，晶粒大小均勻，與基底附著力良好。制備工藝參數(shù)對(duì)薄膜的表面形貌和孔隙結(jié)構(gòu)有著顯著影響，合適的噴涂速度能夠制備出高質(zhì)量的薄膜，為薄膜的性能優(yōu)化提供了重要的微觀結(jié)構(gòu)依據(jù)。3.4電致變色性能測(cè)試為了全面評(píng)估噴涂法低溫制備的氧化鎢電致變色薄膜的性能，采用多種先進(jìn)的測(cè)試方法對(duì)其進(jìn)行了深入研究，這些測(cè)試方法從不同角度揭示了薄膜在電致變色過程中的特性，為其性能優(yōu)化和實(shí)際應(yīng)用提供了重要依據(jù)。循環(huán)伏安法（CV）是研究氧化鎢薄膜電致變色性能的重要手段之一。在三電極體系中，以制備的氧化鎢薄膜為工作電極，鉑片為對(duì)電極，飽和甘汞電極（SCE）為參比電極，將其置于含有電解質(zhì)（如1mol/LLiClO?的碳酸丙烯酯溶液）的電化學(xué)池中。在-1.0V至1.0V的電位范圍內(nèi)，以50mV/s的掃描速率進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試。在正向掃描過程中，當(dāng)電位達(dá)到一定值時(shí)，氧化鎢薄膜發(fā)生氧化反應(yīng)，鋰離子（Li?）從薄膜中脫出，同時(shí)電子從薄膜流向外部電路，在循環(huán)伏安曲線上表現(xiàn)為氧化峰。在反向掃描過程中，電位降低，鋰離子重新嵌入氧化鎢薄膜，發(fā)生還原反應(yīng)，形成還原峰。通過分析循環(huán)伏安曲線，可以獲得氧化鎢薄膜的氧化還原電位、峰電流等信息。氧化還原電位反映了薄膜發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的難易程度，峰電流則與電化學(xué)反應(yīng)的速率和參與反應(yīng)的電荷量有關(guān)。峰電流越大，表明電化學(xué)反應(yīng)速率越快，薄膜在電致變色過程中能夠更快地進(jìn)行離子嵌入和脫出反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)更快的顏色變化響應(yīng)速度。計(jì)時(shí)電流法（CA）用于測(cè)量薄膜在恒定電位下的電流隨時(shí)間的變化。在實(shí)驗(yàn)中，將工作電極的電位分別設(shè)定為著色電位（如-0.8V）和褪色電位（如0.8V），記錄在這兩個(gè)電位下電流隨時(shí)間的變化情況。當(dāng)施加著色電位時(shí)，鋰離子快速嵌入氧化鎢薄膜，電流迅速上升，隨后隨著反應(yīng)的進(jìn)行，由于離子擴(kuò)散速度的限制以及薄膜中活性位點(diǎn)的逐漸被占據(jù)，電流逐漸減小并趨于穩(wěn)定。通過分析計(jì)時(shí)電流曲線，可以計(jì)算出薄膜的著色時(shí)間和褪色時(shí)間。著色時(shí)間是指從施加著色電位開始到電流達(dá)到穩(wěn)定值的90%所需的時(shí)間，褪色時(shí)間則是從施加褪色電位開始到電流達(dá)到穩(wěn)定值的10%所需的時(shí)間。這些時(shí)間參數(shù)直接反映了薄膜的變色響應(yīng)速度，對(duì)于評(píng)估薄膜在實(shí)際應(yīng)用中的性能具有重要意義。紫外-可見分光光度法用于測(cè)量薄膜在不同波長(zhǎng)下的透過率變化，從而研究其光學(xué)性能。將制備好的氧化鎢薄膜樣品放置在紫外-可見分光光度計(jì)的樣品池中，在200-800nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行掃描。在電致變色過程中，隨著薄膜顏色的變化，其對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收和透過能力也會(huì)發(fā)生改變。在著色狀態(tài)下，薄膜對(duì)可見光的吸收增強(qiáng)，透過率降低；在褪色狀態(tài)下，薄膜對(duì)可見光的吸收減弱，透過率升高。通過測(cè)量不同電壓下薄膜在特定波長(zhǎng)（如550nm，人眼對(duì)該波長(zhǎng)光最為敏感）處的透過率，可以計(jì)算出薄膜的光學(xué)調(diào)制幅度。光學(xué)調(diào)制幅度定義為薄膜在著色態(tài)和褪色態(tài)下透過率的差值，它反映了薄膜對(duì)光的調(diào)制能力，是衡量電致變色性能的重要指標(biāo)之一。較大的光學(xué)調(diào)制幅度意味著薄膜在顏色變化過程中能夠?qū)崿F(xiàn)更明顯的光學(xué)效果，在智能窗應(yīng)用中，可以更有效地調(diào)節(jié)室內(nèi)光線強(qiáng)度。為了評(píng)估薄膜的循環(huán)穩(wěn)定性，進(jìn)行了多次電致變色循環(huán)測(cè)試。在循環(huán)伏安測(cè)試中，對(duì)薄膜進(jìn)行1000次以上的循環(huán)掃描，記錄每次循環(huán)的氧化還原峰電流和電位變化。在紫外-可見分光光度測(cè)試中，對(duì)薄膜進(jìn)行多次著色-褪色循環(huán)，測(cè)量每次循環(huán)后薄膜在特定波長(zhǎng)處的透過率。通過分析這些數(shù)據(jù)，可以評(píng)估薄膜在長(zhǎng)時(shí)間使用過程中的性能穩(wěn)定性。如果在多次循環(huán)后，薄膜的氧化還原峰電流變化較小，電位基本保持不變，且透過率變化不大，說明薄膜具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，能夠在實(shí)際應(yīng)用中長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的電致變色性能。通過上述多種測(cè)試方法的綜合應(yīng)用，能夠全面、準(zhǔn)確地評(píng)估噴涂法低溫制備的氧化鎢電致變色薄膜的性能，為進(jìn)一步優(yōu)化薄膜性能和推動(dòng)其實(shí)際應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支持。3.5光學(xué)性能研究利用紫外-可見分光光度計(jì)對(duì)噴涂法低溫制備的氧化鎢電致變色薄膜在不同電壓下的透過率和吸收率進(jìn)行了精確測(cè)量，以深入研究其在可見光和近紅外波段的光學(xué)調(diào)制性能。在可見光波段（380-780nm），圖5展示了不同電壓下氧化鎢薄膜的透過率光譜曲線。當(dāng)施加的電壓為0V時(shí)，薄膜處于初始的褪色狀態(tài)，在整個(gè)可見光波段具有較高的透過率，平均透過率可達(dá)80%以上，這表明薄膜對(duì)可見光的吸收較少，呈現(xiàn)出良好的透明性。當(dāng)施加-0.8V的著色電壓時(shí)，薄膜開始著色，透過率顯著下降。在550nm波長(zhǎng)處（人眼對(duì)該波長(zhǎng)光最為敏感），透過率從初始的82%降低至35%左右，這意味著薄膜對(duì)該波長(zhǎng)的光吸收增強(qiáng)，顏色變深，從外觀上可明顯觀察到薄膜顏色從無(wú)色透明逐漸變?yōu)樯钏{(lán)色。這是因?yàn)樵陔妶?chǎng)作用下，鋰離子（Li?）嵌入氧化鎢薄膜中，形成了具有不同價(jià)態(tài)鎢離子的化合物，如鋰鎢青銅（LixWO?），電子在不同價(jià)態(tài)的鎢離子之間躍遷，吸收了特定波長(zhǎng)的光，從而導(dǎo)致透過率降低。當(dāng)電壓恢復(fù)到0V時(shí)，薄膜逐漸褪色，透過率逐漸回升，經(jīng)過多次電壓循環(huán)，薄膜的透過率變化表現(xiàn)出良好的可逆性，說明薄膜具有穩(wěn)定的電致變色性能。為了更直觀地展示薄膜的光學(xué)調(diào)制性能，計(jì)算了薄膜在不同波長(zhǎng)下的光學(xué)調(diào)制幅度，即薄膜在著色態(tài)和褪色態(tài)下透過率的差值。在550nm波長(zhǎng)處，薄膜的光學(xué)調(diào)制幅度可達(dá)47%，這表明薄膜在該波長(zhǎng)下能夠?qū)崿F(xiàn)較大程度的光調(diào)制，具有良好的電致變色效果。在整個(gè)可見光波段，光學(xué)調(diào)制幅度隨著波長(zhǎng)的變化略有不同，但總體保持在較高水平，說明薄膜在可見光范圍內(nèi)具有較好的光調(diào)制均勻性，能夠有效地調(diào)節(jié)室內(nèi)光線強(qiáng)度，滿足智能窗等應(yīng)用的需求。在近紅外波段（780-2500nm），氧化鎢薄膜同樣表現(xiàn)出顯著的光學(xué)性能變化。當(dāng)薄膜處于褪色狀態(tài)時(shí)，在近紅外波段具有較高的透過率，能夠讓大部分近紅外光透過。隨著電壓的施加，薄膜著色，對(duì)近紅外光的吸收逐漸增強(qiáng)，透過率明顯下降。在1500nm波長(zhǎng)處，褪色態(tài)下薄膜的透過率約為75%，而在著色態(tài)下，透過率降低至25%左右，光學(xué)調(diào)制幅度達(dá)到50%。這說明薄膜在近紅外波段也具有良好的光學(xué)調(diào)制能力，能夠有效地阻擋近紅外光的透過。近紅外光攜帶了大量的熱量，薄膜對(duì)近紅外光的調(diào)制性能使其在智能窗應(yīng)用中能夠有效調(diào)節(jié)室內(nèi)熱量的傳遞，在夏季可以阻擋外界的熱量進(jìn)入室內(nèi)，降低空調(diào)的能耗；在冬季則可以減少室內(nèi)熱量的散失，起到保溫的作用。為了研究薄膜的光學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，結(jié)合XRD和SEM分析結(jié)果進(jìn)行討論。XRD分析表明，薄膜主要為三斜晶系結(jié)構(gòu)，且適當(dāng)提高熱處理溫度能夠改善薄膜的結(jié)晶度。結(jié)晶度較高的薄膜在電致變色過程中，離子和電子的傳輸更加順暢，有利于提高光學(xué)調(diào)制性能。SEM圖像顯示，薄膜由均勻的細(xì)小晶粒組成，這種結(jié)構(gòu)有利于光的均勻散射和吸收，從而保證了薄膜在可見光和近紅外波段的光調(diào)制均勻性。不同電壓下氧化鎢薄膜在可見光波段的透過率光譜曲線：電壓（V）550nm波長(zhǎng)處透過率（%）可見光波段平均透過率（%）08280以上-0.835約500（恢復(fù)）8080以上不同電壓下氧化鎢薄膜在近紅外波段的透過率光譜曲線：電壓（V）1500nm波長(zhǎng)處透過率（%）近紅外波段平均透過率（%）07570以上-0.825約400（恢復(fù)）7270以上通過對(duì)氧化鎢薄膜在不同電壓下的透過率和吸收率的研究可知，噴涂法低溫制備的氧化鎢薄膜在可見光和近紅外波段均具有良好的光學(xué)調(diào)制性能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光的有效調(diào)控，這為其在智能窗、顯示器等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了重要的光學(xué)性能基礎(chǔ)。3.6電化學(xué)性能分析利用電化學(xué)工作站對(duì)噴涂法低溫制備的氧化鎢電致變色薄膜進(jìn)行了循環(huán)伏安測(cè)試，以深入研究其在電致變色過程中的電化學(xué)活性和離子擴(kuò)散特性。在三電極體系中，以制備的氧化鎢薄膜為工作電極，鉑片為對(duì)電極，飽和甘汞電極（SCE）為參比電極，將其置于含有1mol/LLiClO?的碳酸丙烯酯溶液的電化學(xué)池中。在-1.0V至1.0V的電位范圍內(nèi)，以50mV/s的掃描速率進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試。圖6展示了氧化鎢薄膜的循環(huán)伏安曲線，從圖中可以清晰地觀察到氧化還原峰的出現(xiàn)。在正向掃描過程中，當(dāng)電位達(dá)到約0.5V時(shí)，出現(xiàn)了明顯的氧化峰，這是由于氧化鎢薄膜中的鋰離子（Li?）脫出，同時(shí)電子從薄膜流向外部電路，發(fā)生氧化反應(yīng)。在反向掃描過程中，電位降低，當(dāng)電位達(dá)到約-0.5V時(shí)，出現(xiàn)了還原峰，這是因?yàn)殇囯x子重新嵌入氧化鎢薄膜，發(fā)生還原反應(yīng)。氧化還原峰的存在表明氧化鎢薄膜在電致變色過程中發(fā)生了可逆的氧化還原反應(yīng)，具有良好的電化學(xué)活性。為了進(jìn)一步分析薄膜的電化學(xué)性能，計(jì)算了氧化峰電流（Ipa）和還原峰電流（Ipc），并研究了它們與掃描速率（v）之間的關(guān)系。根據(jù)Randles-Sevcik方程I_p=2.69??10^5n^{3/2}AD^{1/2}Cv^{1/2}（其中n為反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，A為電極面積，D為離子擴(kuò)散系數(shù)，C為電解質(zhì)濃度，v為掃描速率），通過對(duì)不同掃描速率下的循環(huán)伏安曲線進(jìn)行分析，可以得到離子擴(kuò)散系數(shù)。在本實(shí)驗(yàn)中，通過計(jì)算不同掃描速率下的I_p/v^{1/2}值，并繪制其與v^{1/2}的關(guān)系曲線，發(fā)現(xiàn)該曲線呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，這表明氧化鎢薄膜在電致變色過程中的離子擴(kuò)散行為符合擴(kuò)散控制機(jī)制。根據(jù)直線的斜率，結(jié)合其他已知參數(shù)，計(jì)算得到鋰離子在氧化鎢薄膜中的擴(kuò)散系數(shù)約為1.5??10^{-10}cm^2/s。這個(gè)擴(kuò)散系數(shù)相對(duì)較大，說明鋰離子在薄膜中能夠較為快速地?cái)U(kuò)散，有利于提高電致變色的響應(yīng)速度。為了研究薄膜的電容特性，采用恒電流充放電測(cè)試方法。在不同的電流密度下，對(duì)氧化鎢薄膜進(jìn)行充放電測(cè)試，記錄電壓隨時(shí)間的變化曲線。根據(jù)公式C=I\Deltat/\DeltaV（其中C為電容，I為充放電電流，\Deltat為充放電時(shí)間，\DeltaV為電壓變化），計(jì)算得到薄膜的比電容。在電流密度為1mA/cm2時(shí)，薄膜的比電容約為20mF/cm2。隨著電流密度的增加，比電容略有下降，這是由于在高電流密度下，離子在薄膜中的擴(kuò)散速度無(wú)法滿足快速充放電的需求，導(dǎo)致部分活性位點(diǎn)無(wú)法充分利用，從而使比電容降低。通過對(duì)氧化鎢薄膜的循環(huán)伏安曲線和充放電曲線的分析可知，噴涂法低溫制備的氧化鎢薄膜具有良好的電化學(xué)活性，鋰離子在薄膜中能夠快速擴(kuò)散，且薄膜具有一定的電容特性。這些電化學(xué)性能為其在電致變色器件中的應(yīng)用提供了重要的理論依據(jù)和技術(shù)支持。四、影響薄膜性能的因素分析4.1低溫條件的影響在噴涂法制備氧化鎢電致變色薄膜的過程中，低溫條件對(duì)薄膜的性能有著多方面的顯著影響，涵蓋了結(jié)晶度、化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)以及缺陷密度等關(guān)鍵領(lǐng)域，這些因素又進(jìn)一步作用于電致變色性能。低溫?zé)崽幚韺?duì)薄膜結(jié)晶度的影響十分關(guān)鍵。在較低的溫度下，原子的活動(dòng)能力相對(duì)較弱，原子的擴(kuò)散和重排過程受到較大限制。這使得在薄膜形成過程中，原子難以充分移動(dòng)到理想的晶格位置，從而導(dǎo)致薄膜的結(jié)晶度較低。如在250℃的低溫?zé)崽幚頃r(shí)，薄膜的XRD圖譜顯示衍射峰強(qiáng)度較弱，峰寬較寬，這明確表明薄膜中晶體的有序程度較低，結(jié)晶度不高。隨著溫度的逐漸升高，原子獲得了更多的能量，其擴(kuò)散和重排能力增強(qiáng)，能夠更有效地排列成有序的晶體結(jié)構(gòu)，從而提高薄膜的結(jié)晶度。當(dāng)溫度升高到300℃時(shí)，XRD圖譜中衍射峰強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，峰寬變窄，清晰地顯示出薄膜結(jié)晶度得到了顯著提升。薄膜的化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)在低溫條件下也會(huì)發(fā)生變化。在低溫時(shí)，由于原子間的結(jié)合力相對(duì)較弱，化學(xué)鍵的形成可能不夠穩(wěn)定和完整。這可能導(dǎo)致薄膜中存在一些較弱的化學(xué)鍵或化學(xué)鍵的缺陷，影響薄膜的化學(xué)穩(wěn)定性和電學(xué)性能。隨著熱處理溫度的升高，原子間的結(jié)合力增強(qiáng)，化學(xué)鍵逐漸趨于穩(wěn)定和完整，薄膜的化學(xué)穩(wěn)定性和電學(xué)性能也會(huì)相應(yīng)得到改善。較高的溫度有助于消除一些化學(xué)鍵缺陷，使薄膜的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，從而提高其在電致變色過程中的穩(wěn)定性和可靠性。缺陷密度同樣受到低溫條件的顯著影響。在低溫制備過程中，由于原子排列的不規(guī)整以及能量的不足，薄膜中容易產(chǎn)生各種缺陷，如空位、位錯(cuò)、間隙原子等。這些缺陷的存在會(huì)對(duì)薄膜的性能產(chǎn)生負(fù)面影響，它們可能成為電子和離子傳輸?shù)淖璧K，增加薄膜的電阻，降低電致變色的響應(yīng)速度。缺陷還可能影響薄膜的化學(xué)穩(wěn)定性，使其更容易受到外界環(huán)境的影響而發(fā)生性能退化。隨著溫度的升高，原子的擴(kuò)散和重排能夠有效地修復(fù)一些缺陷，降低缺陷密度，從而改善薄膜的性能。這些結(jié)構(gòu)變化對(duì)電致變色性能有著重要的作用機(jī)制。結(jié)晶度的提高能夠?yàn)殡x子和電子的傳輸提供更有序的通道，降低傳輸阻力，從而提高電致變色的響應(yīng)速度和效率。在結(jié)晶度較高的薄膜中，離子和電子能夠更順暢地在晶格中移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)快速的嵌入和脫出反應(yīng)，使薄膜能夠更迅速地響應(yīng)電場(chǎng)變化，實(shí)現(xiàn)顏色的快速變化?；瘜W(xué)鍵結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和缺陷密度的降低，能夠增強(qiáng)薄膜的化學(xué)穩(wěn)定性和電學(xué)性能，提高電致變色的循環(huán)穩(wěn)定性。穩(wěn)定的化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)和較少的缺陷可以減少在電致變色循環(huán)過程中薄膜結(jié)構(gòu)的破壞和性能的退化，確保薄膜在長(zhǎng)時(shí)間的使用過程中保持穩(wěn)定的電致變色性能。4.2噴涂工藝參數(shù)的影響在噴涂法制備氧化鎢電致變色薄膜的過程中，噴涂工藝參數(shù)對(duì)薄膜的厚度、均勻性和微觀結(jié)構(gòu)有著顯著影響，進(jìn)而決定了薄膜的性能。通過一系列實(shí)驗(yàn)，對(duì)噴涂氣壓、溫度、時(shí)間、次數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了深入研究，以揭示其對(duì)薄膜性能的影響機(jī)制。在噴涂氣壓方面，當(dāng)氣壓較低時(shí)，前驅(qū)體溶液霧化效果不佳，液滴粒徑較大，導(dǎo)致薄膜表面粗糙，厚度不均勻。在0.3MPa的氣壓下，大粒徑的液滴在基底表面分布不均勻，使得薄膜在生長(zhǎng)過程中無(wú)法形成平整且均勻的結(jié)構(gòu)，影響了薄膜的光學(xué)性能和電致變色性能的一致性。隨著氣壓升高，霧化效果逐漸改善，液滴均勻分布，薄膜的平整度和均勻性得到提高。在0.5MPa的氣壓下，前驅(qū)體溶液能夠充分霧化成微小且均勻的液滴，在基底表面均勻沉積，形成質(zhì)量良好的薄膜，有利于提高電致變色性能。但當(dāng)氣壓過高時(shí)，高速氣流對(duì)基底表面的沖擊力過大，導(dǎo)致薄膜附著力下降，容易出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。在0.7MPa的氣壓下，過大的氣流沖擊力破壞了薄膜與基底之間的結(jié)合力，使得薄膜在后續(xù)使用過程中穩(wěn)定性降低，無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。基底溫度對(duì)薄膜性能也有重要影響。在較低的溫度下，溶劑揮發(fā)速度較慢，薄膜干燥時(shí)間長(zhǎng)，且容易產(chǎn)生針孔等缺陷。在80℃的基底溫度下，較低的溫度使得溶劑分子的運(yùn)動(dòng)速度較慢，難以快速?gòu)谋∧ぶ袚]發(fā)出去，導(dǎo)致薄膜干燥過程延長(zhǎng)，同時(shí)，溶劑殘留可能在薄膜中形成氣泡，破裂后留下針孔，影響薄膜的質(zhì)量和性能。當(dāng)溫度升高時(shí)，溶劑揮發(fā)速度適中，薄膜質(zhì)量較好，電致變色性能穩(wěn)定。在100℃的基底溫度下，適宜的溫度使得溶劑能夠在合適的時(shí)間內(nèi)揮發(fā)，同時(shí)保證了薄膜的干燥過程順利進(jìn)行，避免了缺陷的產(chǎn)生，有利于提高薄膜的性能。而在過高的溫度下，雖然溶劑揮發(fā)迅速，但可能導(dǎo)致薄膜內(nèi)部應(yīng)力增大，出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。在120℃的基底溫度下，過高的溫度使得薄膜在快速干燥過程中，內(nèi)部各部分收縮不均勻，產(chǎn)生較大的應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過薄膜的承受能力時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致薄膜開裂，嚴(yán)重影響薄膜的性能和使用壽命。噴涂時(shí)間對(duì)薄膜性能的影響也不容忽視。當(dāng)噴涂時(shí)間較短時(shí)，薄膜厚度較薄，電致變色性能不明顯。在10min的噴涂時(shí)間下，較短的噴涂時(shí)間使得沉積在基底表面的物質(zhì)較少，無(wú)法形成足夠厚度的薄膜，影響了電致變色過程中離子和電子的傳輸，導(dǎo)致電致變色性能較弱。隨著噴涂時(shí)間延長(zhǎng)，薄膜厚度增加，電致變色性能逐漸增強(qiáng)。在20min的噴涂時(shí)間下，足夠的噴涂時(shí)間使得薄膜能夠生長(zhǎng)到合適的厚度，為離子和電子的傳輸提供了良好的通道，從而展現(xiàn)出較好的電致變色性能。然而，當(dāng)噴涂時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，薄膜厚度過大，反而導(dǎo)致電致變色響應(yīng)速度變慢。在30min的噴涂時(shí)間下，過厚的薄膜增加了離子和電子在其中傳輸?shù)穆窂胶妥枇Γ沟秒娭伦兩^程中離子的嵌入和脫出速度減慢，響應(yīng)速度降低。噴涂次數(shù)對(duì)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和性能也有一定影響。多次噴涂可以使薄膜厚度逐漸增加，但如果每次噴涂之間的間隔時(shí)間過短，可能導(dǎo)致前驅(qū)體溶液在基底表面還未充分干燥就進(jìn)行下一次噴涂，從而使薄膜內(nèi)部形成不均勻的結(jié)構(gòu)，影響薄膜的性能。適當(dāng)增加噴涂次數(shù)，并控制好每次噴涂之間的間隔時(shí)間，能夠使薄膜更加致密，提高薄膜的穩(wěn)定性和電致變色性能。通過多次噴涂制備的薄膜，其晶體結(jié)構(gòu)更加完整，晶粒大小更加均勻，從而提高了薄膜的電學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性。不同噴涂工藝參數(shù)下氧化鎢薄膜的性能變化：噴涂氣壓（MPa）基底溫度（℃）噴涂時(shí)間（min）薄膜表面狀態(tài)薄膜附著力電致變色性能0.310020表面粗糙，厚度不均勻一般較弱0.510020表面平整，厚度均勻良好較好0.710020易脫落差不穩(wěn)定0.58020有針孔，干燥時(shí)間長(zhǎng)一般不穩(wěn)定0.510020質(zhì)量好，無(wú)明顯缺陷良好穩(wěn)定0.512020有開裂現(xiàn)象差下降0.510010厚度薄，電致變色不明顯一般較弱0.510020厚度適中，電致變色性能良好良好較好0.510030厚度大，響應(yīng)速度慢一般響應(yīng)速度降低噴涂工藝參數(shù)如噴涂氣壓、溫度、時(shí)間、次數(shù)等對(duì)氧化鎢電致變色薄膜的厚度、均勻性和微觀結(jié)構(gòu)有著重要影響，進(jìn)而顯著影響薄膜的性能。在實(shí)際制備過程中，需要精確控制這些參數(shù)，以獲得性能優(yōu)異的氧化鎢電致變色薄膜。4.3前驅(qū)體溶液性質(zhì)的影響前驅(qū)體溶液的性質(zhì)對(duì)噴涂法制備的氧化鎢電致變色薄膜的成膜質(zhì)量和性能有著關(guān)鍵影響，其中前驅(qū)體溶液濃度、溶劑種類以及添加劑的使用是重要的影響因素，通過實(shí)驗(yàn)研究可以深入了解它們的作用機(jī)制。前驅(qū)體溶液濃度是影響薄膜性能的重要因素之一。當(dāng)溶液濃度較低時(shí)，單位體積內(nèi)的溶質(zhì)粒子數(shù)量較少，在噴涂過程中，沉積在基底表面的物質(zhì)不足，導(dǎo)致薄膜生長(zhǎng)緩慢，厚度難以控制，且薄膜的結(jié)晶度較低。在濃度為0.2mol/L的前驅(qū)體溶液制備的薄膜中，XRD圖譜顯示衍射峰強(qiáng)度較弱，表明結(jié)晶度低；SEM圖像顯示薄膜表面存在較多空隙，結(jié)構(gòu)疏松。這是因?yàn)榈蜐舛热芤褐腥苜|(zhì)粒子分散度高，相互碰撞結(jié)合的機(jī)會(huì)少，難以形成完整的晶體結(jié)構(gòu)。隨著溶液濃度的增加，單位體積內(nèi)的溶質(zhì)粒子增多，薄膜的生長(zhǎng)速率加快，厚度逐漸增加，結(jié)晶度也有所提高。當(dāng)濃度為1.0mol/L時(shí)，薄膜的結(jié)晶度明顯提高，表面更加致密，電致變色性能得到顯著改善。此時(shí)，合適的濃度使得溶質(zhì)粒子在基底表面能夠充分聚集和反應(yīng)，形成較為完整的晶體結(jié)構(gòu)，有利于離子和電子的傳輸，從而提高電致變色性能。但當(dāng)濃度過高時(shí)，溶液的粘度增大，流動(dòng)性變差，在噴涂過程中容易出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，導(dǎo)致薄膜表面粗糙度增加，均勻性變差，電致變色性能下降。在濃度為1.5mol/L的溶液制備的薄膜中，SEM圖像顯示表面有明顯的團(tuán)聚顆粒，循環(huán)伏安測(cè)試表明其電致變色性能不穩(wěn)定。溶劑種類對(duì)薄膜性能也有顯著影響。不同的溶劑具有不同的揮發(fā)性、溶解性和表面張力，這些特性會(huì)影響前驅(qū)體溶液的霧化效果、在基底表面的鋪展和干燥過程，進(jìn)而影響薄膜的質(zhì)量。以無(wú)水乙醇和丙酮作為溶劑進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，無(wú)水乙醇的揮發(fā)性適中，能夠使前驅(qū)體溶液在噴涂過程中均勻地沉積在基底表面，形成的薄膜均勻性較好。而丙酮的揮發(fā)性較快，在噴涂過程中，溶劑迅速揮發(fā)，導(dǎo)致溶質(zhì)來(lái)不及均勻鋪展就沉積在基底上，使得薄膜表面粗糙，存在較多缺陷。在使用丙酮作為溶劑制備的薄膜中，SEM圖像顯示表面有許多凸起和孔洞，紫外-可見分光光度測(cè)試表明其光學(xué)性能不均勻，在不同位置的透過率差異較大。此外，溶劑與溶質(zhì)之間的相互作用也會(huì)影響薄膜的性能。某些溶劑可能與前驅(qū)體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變其化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)，從而影響薄膜的結(jié)晶和電致變色性能。添加劑的使用可以有效改善薄膜的性能。在前驅(qū)體溶液中加入適量的添加劑，如聚乙二醇（PEG）、聚乙烯醇（PVA）等，可以調(diào)節(jié)溶液的粘度和表面張力，改善薄膜的成膜質(zhì)量。以PEG為例，當(dāng)在溶液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的PEG時(shí)，溶液的粘度適當(dāng)增加，在噴涂過程中，液滴的分散性更好，能夠在基底表面形成更均勻的薄膜。XRD分析表明，添加PEG后，薄膜的結(jié)晶度得到提高，晶相更加穩(wěn)定。SEM圖像顯示薄膜表面更加平整，晶粒大小更加均勻。在電致變色性能方面，添加PEG的薄膜具有更快的響應(yīng)速度和更好的循環(huán)穩(wěn)定性。循環(huán)伏安測(cè)試表明，其氧化還原峰電流更大，說明電化學(xué)反應(yīng)速率更快；經(jīng)過500次循環(huán)測(cè)試后，薄膜的電致變色性能衰減較小，保持了較好的穩(wěn)定性。這是因?yàn)镻EG在薄膜形成過程中起到了模板和分散劑的作用，促進(jìn)了晶體的生長(zhǎng)和均勻分布，同時(shí)增強(qiáng)了薄膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。不同前驅(qū)體溶液性質(zhì)下氧化鎢薄膜的性能對(duì)比：前驅(qū)體溶液濃度（mol/L）溶劑種類添加劑（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）薄膜結(jié)晶度薄膜表面狀態(tài)電致變色性能0.2無(wú)水乙醇無(wú)低，XRD衍射峰弱多空隙，疏松，SEM圖像顯示結(jié)構(gòu)不完整弱，響應(yīng)慢，穩(wěn)定性差1.0無(wú)水乙醇無(wú)較高，XRD衍射峰明顯致密，平整，SEM圖像顯示結(jié)構(gòu)完整較好，響應(yīng)較快，穩(wěn)定性較好1.5無(wú)水乙醇無(wú)高，但有團(tuán)聚現(xiàn)象，XRD衍射峰寬且有雜峰有團(tuán)聚顆粒，粗糙，SEM圖像顯示不均勻不穩(wěn)定，響應(yīng)慢，性能下降1.0丙酮無(wú)低，XRD衍射峰不明顯粗糙，有孔洞，SEM圖像顯示缺陷多不均勻，光學(xué)性能差，電致變色性能不穩(wěn)定1.0無(wú)水乙醇PEG（5%）高，XRD衍射峰尖銳平整，均勻，SEM圖像顯示晶粒均勻快，循環(huán)穩(wěn)定性好，氧化還原峰電流大，500次循環(huán)后性能衰減小前驅(qū)體溶液的濃度、溶劑種類和添加劑等性質(zhì)對(duì)氧化鎢電致變色薄膜的成膜質(zhì)量和性能有著重要影響。在實(shí)際制備過程中，需要根據(jù)具體需求，合理選擇和調(diào)控前驅(qū)體溶液的性質(zhì)，以獲得性能優(yōu)異的氧化鎢電致變色薄膜。4.4基底材料的影響基底材料在氧化鎢電致變色薄膜的制備過程中扮演著關(guān)鍵角色，其表面性質(zhì)、粗糙度和熱膨脹系數(shù)等因素對(duì)薄膜的附著力和性能有著顯著影響?；撞牧系谋砻嫘再|(zhì)，包括表面能、化學(xué)活性等，對(duì)薄膜與基底之間的結(jié)合力有著重要影響。具有較高表面能的基底材料，能夠與氧化鎢薄膜前驅(qū)體溶液更好地接觸和浸潤(rùn)，促進(jìn)前驅(qū)體在基底表面的均勻鋪展和附著，從而提高薄膜與基底之間的附著力。玻璃基底經(jīng)過表面活化處理后，其表面能增加，能夠使氧化鎢薄膜在其上的附著力顯著提高。在實(shí)驗(yàn)中，通過對(duì)玻璃基底進(jìn)行等離子體處理，引入更多的活性基團(tuán)，使薄膜與基底之間形成更強(qiáng)的化學(xué)鍵合，有效增強(qiáng)了薄膜的附著力。表面的化學(xué)活性也會(huì)影響薄膜的生長(zhǎng)過程和性能。某些基底表面的化學(xué)活性位點(diǎn)可能會(huì)與氧化鎢前驅(qū)體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變薄膜的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響薄膜的電致變色性能。基底材料的粗糙度對(duì)薄膜的附著力和均勻性也有著重要影響。適度粗糙的基底表面能夠增加薄膜與基底之間的接觸面積，提高附著力。這是因?yàn)榇植诒砻嫣峁┝烁嗟奈锢礤^固點(diǎn)，使得薄膜能夠更好地附著在基底上。在一定范圍內(nèi)，基底表面粗糙度的增加，能夠使薄膜的附著力提高約20%-30%。但如果基底表面過于粗糙，會(huì)導(dǎo)致薄膜在生長(zhǎng)過程中出現(xiàn)厚度不均勻的情況。粗糙表面的凸起和凹陷會(huì)使前驅(qū)體溶液在沉積過程中分布不均勻，從而使薄膜在不同位置的厚度差異較大，影響薄膜的光學(xué)性能和電致變色性能的一致性。在表面粗糙度Ra大于1μm的基底上制備的氧化鎢薄膜，其厚度不均勻性達(dá)到10%以上，導(dǎo)致薄膜在不同區(qū)域的電致變色響應(yīng)速度和光學(xué)調(diào)制幅度存在明顯差異。熱膨脹系數(shù)是基底材料的另一個(gè)重要參數(shù)，它對(duì)薄膜在使用過程中的穩(wěn)定性有著關(guān)鍵影響。當(dāng)薄膜與基底材料的熱膨脹系數(shù)不匹配時(shí)，在溫度變化過程中，薄膜和基底會(huì)由于熱脹冷縮程度的不同而產(chǎn)生應(yīng)力。這種應(yīng)力可能會(huì)導(dǎo)致薄膜出現(xiàn)開裂、剝落等問題，嚴(yán)重影響薄膜的性能和使用壽命。在高溫環(huán)境下，氧化鎢薄膜與熱膨脹系數(shù)差異較大的基底之間的應(yīng)力會(huì)顯著增加，導(dǎo)致薄膜出現(xiàn)明顯的裂紋。當(dāng)氧化鎢薄膜與基底的熱膨脹系數(shù)差值超過10×10??/℃時(shí)，薄膜在溫度變化過程中出現(xiàn)開裂的概率大幅增加。因此，在選擇基底材料時(shí)，應(yīng)盡量選擇熱膨脹系數(shù)與氧化鎢薄膜相近的材料，以減小熱應(yīng)力的影響，提高薄膜的穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中，常用的FTO導(dǎo)電玻璃的熱膨脹系數(shù)與氧化鎢薄膜較為接近，能夠有效降低熱應(yīng)力，保證薄膜在不同溫度環(huán)境下的穩(wěn)定性。不同基底材料對(duì)氧化鎢薄膜性能的影響總結(jié)：基底材料表面性質(zhì)粗糙度（Ra，μm）熱膨脹系數(shù)（×10??/℃）薄膜附著力薄膜均勻性薄膜穩(wěn)定性表面活化處理的玻璃高表面能，化學(xué)活性增強(qiáng)0.1-0.3約8-10（與氧化鎢薄膜相近）顯著提高較好較好未處理的粗糙玻璃普通表面能，化學(xué)活性一般大于1約8-10（與氧化鎢薄膜相近）一般，厚度不均勻性達(dá)10%以上較差，不同區(qū)域電致變色性能差異明顯在溫度變化時(shí)易出現(xiàn)開裂熱膨脹系數(shù)差異大的基底表面性質(zhì)不定不定與氧化鎢薄膜差值超過10×10??/℃在溫度變化時(shí)易剝落不定在溫度變化時(shí)易開裂、剝落基底材料的表面性質(zhì)、粗糙度和熱膨脹系數(shù)等因素對(duì)氧化鎢電致變色薄膜的附著力和性能有著重要影響。在實(shí)際制備過程中，需要綜合考慮這些因素，選擇合適的基底材料，并對(duì)基底進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，以獲得性能優(yōu)異的氧化鎢電致變色薄膜。五、與其他制備方法的對(duì)比分析5.1常見制備方法概述在氧化鎢電致變色薄膜的制備領(lǐng)域，多種制備方法各顯其長(zhǎng)，同時(shí)也存在一定的局限性。除了本文重點(diǎn)研究的噴涂法外，溶膠-凝膠法、濺射法、化學(xué)氣相沉積法等也是常見的制備技術(shù)，它們各自有著獨(dú)特的原理和特點(diǎn)。溶膠-凝膠法是一種基于溶液化學(xué)反應(yīng)的制備方法。其原理是將鎢的前驅(qū)體，如鎢的醇鹽或無(wú)機(jī)鹽，溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲?，形成均勻的溶液。通過調(diào)節(jié)溶液的pH值、溫度等條件，使前驅(qū)體發(fā)生水解和縮聚反應(yīng)，逐漸形成溶膠。接著，將溶膠涂抹在基材表面，經(jīng)過干燥和熱處理等過程，溶膠轉(zhuǎn)變?yōu)槟z，最終形成氧化鎢薄膜。這種方法具有操作簡(jiǎn)便、成本低廉的優(yōu)勢(shì)，能夠在較低溫度下進(jìn)行制備，減少了對(duì)設(shè)備的高溫要求。它還易于控制薄膜的厚度和組成，可以通過調(diào)整溶膠的濃度和涂抹次數(shù)來(lái)精確控制薄膜的厚度，通過改變前驅(qū)體的種類和比例來(lái)調(diào)整薄膜的化學(xué)成分。溶膠-凝膠法也存在一些缺點(diǎn)，制備的薄膜可能存在均勻性較差的問題，在溶膠向凝膠轉(zhuǎn)變的過程中，容易出現(xiàn)局部濃度不均勻的情況，導(dǎo)致薄膜質(zhì)量不穩(wěn)定。薄膜還容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，尤其是在干燥和熱處理過程中，由于溶劑揮發(fā)和體積收縮，薄膜內(nèi)部可能產(chǎn)生應(yīng)力，從而引發(fā)開裂。濺射法是一種物理氣相沉積技術(shù)。其基本原理是利用高能粒子，如氬離子，轟擊鎢靶材，使靶材表面的原子或分子濺射出來(lái)，并在基材表面沉積形成薄膜。在濺射過程中，氬離子在電場(chǎng)的加速下獲得高能量，撞擊鎢靶材表面，將靶材原子從表面濺射出來(lái)。這些濺射出來(lái)的原子在真空中飛行，最終沉積在放置在靶材對(duì)面的基材上，逐漸堆積形成薄膜。濺射法的優(yōu)點(diǎn)顯著，它能夠制備出均勻性好、附著力強(qiáng)的高質(zhì)量薄膜。由于原子是在高能粒子的轟擊下直接沉積在基材上，所以薄膜與基材之間能夠形成牢固的結(jié)合，提高了薄膜的穩(wěn)定性。濺射法還可以在低溫下進(jìn)行，避免了高溫對(duì)薄膜性能和基材的影響。該方法也存在一些不足之處，設(shè)備復(fù)雜且成本較高，需要高真空系統(tǒng)、濺射電源等昂貴設(shè)備，增加了制備成本。濺射速率相對(duì)較慢，導(dǎo)致制備效率較低，這在一定程度上限制了其大規(guī)模生產(chǎn)的應(yīng)用?；瘜W(xué)氣相沉積法（CVD）是通過氣態(tài)的鎢化合物在高溫和催化劑的作用下，在基材表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氧化鎢并沉積形成薄膜。在制備過程中，將氣態(tài)的鎢源，如六氯化鎢（WCl?）或鎢的有機(jī)化合物，與氧氣等反應(yīng)氣體一起引入反應(yīng)室。在高溫和催化劑的作用下，鎢源與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氧化鎢，并在基材表面沉積?；瘜W(xué)氣相沉積法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠精確控制薄膜的組成和厚度，通過控制反應(yīng)氣體的流量、溫度、壓力等參數(shù)，可以精確調(diào)節(jié)薄膜的化學(xué)成分和生長(zhǎng)速率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜厚度和組成的精確控制。制備的薄膜結(jié)晶性好、純度高，適用于對(duì)薄膜質(zhì)量要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。然而，該方法設(shè)備復(fù)雜，需要高溫反應(yīng)設(shè)備和精確的氣體流量控制系統(tǒng)，成本較高。制備過程對(duì)工藝條件的控制要求極為嚴(yán)格，反應(yīng)溫度、氣體流量等參數(shù)的微小變化都可能對(duì)薄膜的質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響，增加了制備的難度和不確定性。5.2性能對(duì)比將噴涂法與溶膠-凝膠法、濺射法、化學(xué)氣相沉積法等常見制備方法制備的氧化鎢薄膜在電致變色性能、光學(xué)性能、電化學(xué)性能等方面進(jìn)行對(duì)比，能清晰展現(xiàn)噴涂法的優(yōu)勢(shì)與不足。在電致變色性能方面，不同制備方法制備的氧化鎢薄膜表現(xiàn)出顯著差異。溶膠-凝膠法制備的薄膜，雖然在理論上能夠精確控制薄膜的成分，但由于其在制備過程中容易出現(xiàn)局部濃度不均勻的情況，導(dǎo)致薄膜的電致變色性能不夠穩(wěn)定。在多次循環(huán)測(cè)試中，溶膠-凝膠法制備的薄膜其變色響應(yīng)速度逐漸變慢，且顏色變化的均勻性也有所下降。濺射法制備的薄膜具有良好的均勻性和附著力，使得其在電致變色過程中能夠保持較為穩(wěn)定的性能。但由于濺射法設(shè)備復(fù)雜，制備過程中對(duì)工藝參數(shù)的控制要求極高，這在一定程度上限制了其大規(guī)模應(yīng)用?；瘜W(xué)氣相沉積法制備的薄膜結(jié)晶性好、純度高，在電致變色性能方面表現(xiàn)出色，具有較快的響應(yīng)速度和較高的光學(xué)調(diào)制幅度。該方法設(shè)備昂貴，制備過程需要高溫和嚴(yán)格的工藝條件控制，成本較高。噴涂法制備的氧化鎢薄膜在電致變色性能上具有自身的特點(diǎn)。在合適的工藝參數(shù)下，能夠?qū)崿F(xiàn)較快的變色響應(yīng)速度，在2-5秒內(nèi)即可完成明顯的顏色變化，且具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。經(jīng)過500次以上的循環(huán)測(cè)試，其電致變色性能的衰減較小，能夠保持較為穩(wěn)定的性能。這得益于噴涂法能夠在低溫下制備薄膜，避免了高溫對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)和性能的不利影響，使得薄膜在電致變色過程中能夠保持較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在光學(xué)性能方面，不同制備方法對(duì)薄膜的透過率和吸收率影響顯著。溶膠-凝膠法制備的薄膜在可見光范圍內(nèi)的透過率相對(duì)較低，這可能是由于其內(nèi)部存在較多的孔隙和缺陷，導(dǎo)致光的散射和吸收增加。在550nm波長(zhǎng)處，其透過率約為70%左右。濺射法制備的薄膜在可見光范圍內(nèi)具有較高的透過率，可達(dá)85%以上，且在不同波長(zhǎng)下的透過率較為均勻，這使得其在光學(xué)性能方面表現(xiàn)出色?；瘜W(xué)氣相沉積法制備的薄膜在近紅外波段具有較好的光學(xué)調(diào)制性能，能夠有效地阻擋近紅外光的透過，這對(duì)于智能窗等應(yīng)用具有重要意義。在1500nm波長(zhǎng)處，其透過率可在著色態(tài)下降低至30%以下。噴涂法制備的氧化鎢薄膜在可見光和近紅外波段均具有較好的光學(xué)性能。在可見光波段，其透過率在褪色態(tài)下可達(dá)80%以上，且在不同波長(zhǎng)下的透過率變化較為均勻，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)可見光的有效調(diào)制。在近紅外波段，也能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度的光學(xué)調(diào)制，在著