Electrochromism In Nickel-based Oxides pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Coronet Books Inc

作者:Soto, Esterban Damian Avendano

出品人:

页数:125

译者:

出版时间:

价格:36.5

装帧:Pap

isbn号码:9789155459963

丛书系列:

图书标签:

• Electrochromism
• Nickel Oxides
• Thin Films
• Materials Science
• Electrochemistry
• Optical Materials
• Energy Storage
• Smart Windows
• Transition Metal Oxides
• Corrosion Resistance

动态光学材料的探索与应用：基于非晶态氧化物的电致变色性能研究 本书聚焦于新兴的电致变色材料体系，特别是那些基于非晶态金属氧化物的固态电解质薄膜及其在先进显示和智能窗户技术中的潜力。 本书避开了镍基氧化物这一特定体系，转而深入探讨了钒氧化物、钨氧化物、钼氧化物以及它们的复合材料在电化学驱动下的光学响应机制、结构演变与器件稳定性。本书旨在为材料科学家、电化学工程师以及光电子器件开发者提供一个全面、深入的技术参考，以期推动下一代低功耗、高效率动态光学器件的研发进程。 第一章：电致变色现象与基础物理 本章首先对电致变色（Electrochromism, EC）现象进行了系统的回顾和界定，明确了其与电致发光（Electroluminescence）和电致光学效应（Electro-optic Effect）的区别。重点讨论了导致材料颜色或透光率发生可逆变化的根本物理化学过程。 1.1 电致变色分类与机制概述： 详细区分了氧化还原型、离子插层型（Intercalation/De-intercalation）、电荷注入型和相变型电致变色。着重分析了离子插层机制——即电解质中的离子（如$ ext{Li}^+$, $ ext{H}^+$）与电致变色层（EC Layer）材料晶格或无定形结构之间的动态嵌入与脱出过程，如何导致材料吸收光谱的显著移动。 1.2 理论模型建立： 引入了描述变色速率和光谱响应的动力学模型。探讨了基于法拉第定律的电荷传输与光学变化的耦合模型，以及如何利用能带理论来解释氧化态和还原态下的电子结构差异及其对可见光吸收的影响。特别讨论了非晶态结构中局域态密度（DOS）对电荷存储容量和稳定性的关键作用。 第二章：非晶态钒氧化物：快速响应与多色变幻 本书将大量篇幅献给非晶态钒氧化物 ($ ext{a-V}_2 ext{O}_5$) 及其掺杂体系。钒氧化物因其相对较低的电位驱动电压和优异的可逆性，被视为替代传统电致变色材料的有力候选者。 2.1 非晶态 $ ext{V}_2 ext{O}_5$ 薄膜的制备与表征： 系统介绍了通过反应性溅射（Reactive Sputtering）和化学气相沉积（CVD）制备高质量非晶态钒五氧化物薄膜的工艺参数优化。探讨了氧分压、基底温度对薄膜的密度、缺陷浓度及薄膜内应力的影响。 2.2 锂离子插层动力学： 深入研究了 $ ext{a-V}_2 ext{O}_5$ 在非水系或固态聚合物电解质中进行 $ ext{Li}^+$ 离子插层（变暗过程）和脱插层（变亮过程）的电化学阻抗谱（EIS）分析。阐明了离子扩散系数（$D_{ ext{ion}}$）如何受薄膜厚度和晶界（或类晶界）限制的影响，并提出提高离子传输速率的结构设计策略。 2.3 复合材料的设计与多色效应： 探讨了将钒氧化物与钨氧化物 ($ ext{WO}_3$) 或钼氧化物 ($ ext{MoO}_3$) 形成双层或混合层结构，以实现更宽光谱范围内的调制。分析了这些复合体系中，不同组分之间的电子转移效应如何调节氧化还原电位，从而拓宽器件的工作电压窗口和实现更丰富的颜色（如从无色到蓝、绿或紫的转变）。 第三章：钨氧化物与钼氧化物：高对比度和长期稳定性 钨氧化物 ($ ext{WO}_3$) 及其衍生物是电致变色领域的经典材料。本章侧重于如何通过结构工程，解决传统 $ ext{WO}_3$ 存在的电解质兼容性差和长期循环稳定性不足的问题。 3.1 亚化学计量钨氧化物的调控： 详细描述了如何通过控制沉积条件（如采用氧气缺乏的环境）制备出含有氧空位或结构缺陷的 $ ext{WO}_{3-x}$。分析了这些缺陷态如何有效地捕获和释放质子或锂离子，从而提高变色对比度和响应速度。 3.2 固态电解质界面工程： 针对液体电解质在密封和安全方面的限制，本章重点介绍了使用聚合物或无机固态电解质（如 $ ext{LiPON}$）与 $ ext{WO}_3$ 界面接触的挑战。研究了界面反应层（Interfacial Reaction Layers）的形成对离子传输的阻碍作用，并提出了表面改性技术（如原子层沉积 $ ext{Al}_2 ext{O}_3$ 阻挡层）来钝化活性表面。 3.3 钼氧化物在电化学窗口中的应用： 探讨了 $ ext{MoO}_3$ 作为氧化还原电位较低的材料，在需要特定电化学窗口的应用中的潜力。分析了 $ ext{MoO}_3$ 在特定电解质体系中表现出的高光吸收效率，以及其在光伏耦合电致变色系统（PV-EC Systems）中的集成可行性。 第四章：全固态电致变色器件的构筑与性能优化 本章将理论和材料科学知识转化为实际器件结构的设计与制造流程，重点关注全固态器件的集成。 4.1 离子传输层与阻挡层的设计： 详细比较了离子凝胶、固态聚合物电解质（SPEs，如 $ ext{PEO}$ 基或聚环氧乙烷/无机填料复合材料）和无机固体电解质在离子电导率、机械柔韧性与电化学稳定性方面的优劣。着重阐述了设计有效的电子阻挡层（Electron Blocking Layer, EBL）和离子传输层（Ion Transport Layer, ITL）对防止电解质降解和提高循环寿命的关键性。 4.2 器件集成与封装技术： 讨论了多层薄膜沉积在柔性基底上的精密对准和沉积技术。研究了先进的封装技术，以防止器件在湿度和温度变化下失效，特别强调了边缘密封（Edge Sealing）在确保长寿命运行中的重要性。 4.3 寿命评估与加速老化测试： 建立了针对非晶态氧化物器件的加速老化模型。通过高频率的循环测试、高/低温存储测试，评估了材料的疲劳机制（如裂纹扩展、电解质析出）以及光学衰减率（Optical Fading Rate）。提出了通过材料微结构优化来抑制非活性电荷陷阱形成的方法。 第五章：新兴应用与未来展望 本书最后展望了动态光学材料在超越传统智能窗户和后视镜之外的创新应用领域。 5.1 柔性与可穿戴电致变色器件： 探讨了基于有机-无机杂化电解质和超薄基底的柔性电致变色显示屏和智能服装的应用前景。分析了弯曲应力对电极薄膜形貌和离子传输性能的影响。 5.2 低功耗储能与电致变色一体化（EC-Storage）： 讨论了将电致变色材料作为电极材料集成到超级电容器或薄膜电池中的可能性。研究了材料在储能和变色状态间的能量损失与转换效率问题。 5.3 算法优化与实时控制： 简要介绍了使用反馈控制系统（如PID控制）来精确调控施加电压，以实现特定目标透光度（如办公室照明的动态调节）的实时响应，从而最大化能源效率和用户体验。 结论： 本书系统地梳理了非晶态钒、钨、钼氧化物在电致变色领域的研究前沿，强调了结构设计、界面控制和固态集成技术对于开发高性能、长寿命动态光学器件的核心作用。未来的研究将集中于开发具有更高环境稳定性和更宽光谱调控范围的新型复合体系。

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