WO3基氣致變色薄膜結構可控生長與循環穩定機制研究

《WO3基氣致變色薄膜結構可控生長與循環穩定機制研究》是依託同濟大學，由吳廣明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：WO3基氣致變色薄膜結構可控生長與循環穩定機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：吳廣明
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

隨著經濟社會的快速發展，節能減排越發重要。建築是高能耗單元，玻璃窗體是建築能耗的主要部件，發展一種適合我國四季分明特點、光學特性隨季節變化可人為調節的節能智慧型玻璃窗勢在必行。採用溶膠凝膠技術低成本工業化生產氣致變色節能智慧型窗最具有套用前景。本項目採用溶膠-凝膠方法，通過控制WO3共邊、六角相與納米糰簇多孔等微結構，結合納米摻雜複合和低表面張力溶劑修飾替換、紫外光與氣體混合後處理，研究WO3共邊、六角相與納米糰簇多孔微結構的可控生長與穩定機制、致色/退色過程中氫、氧原子與WO3的相互作用、共邊與六角相及納米糰簇多孔結構的演變、致/退色循環耐用性能衰減機制與抑制機理、納米摻雜複合的協同作用機制等，研製出節能效果好、靈敏高、回響快、壽命長的大尺度（大於100×100 cm2）WO3基氣致變色節能智慧型玻璃窗，不僅可豐富納米多孔結構表面與界面作用理論，而且可形成一種建築節能智慧型玻璃窗新材料和技術。

結題摘要

本項目通過4年系統研究，以環境友好、易操作的鎢粉為原材料，通過非化學計量比調控、嵌段聚合物接枝、納米糰簇晶格匹配等工藝，採用溶膠-凝膠技術，成功地研製出了尺寸為140X80cm2、退色態與致色態透射率差（對比度）為54.04%、致色時光學均勻性為98.72%、致色後遮陽係數為0.30、致色平均回響時間為1.7秒、經致色/褪色循環2217次透射率差及致褪色速率均無變化的納米多孔結構穩定可控的WO3基氣致變色智慧型建築節能窗；深入研究了WO3結構中共邊、共角結構的控制方法及其形成、演化動力機制，並系統研究了共邊共角結構的對氫離子在WO3中輸運的影響機制、基於第一性原理計算方法的氫離子與納米多孔結構相互作用機制、紫外光處理提升性能機理、中試放大工藝技術、氣致變色智慧型節能窗節能評估、多顏色節能窗氣致變色材料，不僅加深了對氣致變色回響機理及性能衰減機制的理解，豐富了納米多孔結構的表面與界面作用理論，而且尋獲了抑制氣致變色性能衰減的有效方法，建立了氣致變色回響的電化學模型，為氣致變色薄膜的設計提供理論指導。結合本項目的研究，我們建立了一條氧化鎢氣致變色智慧型節能窗中試實驗線，形成一個企業生產標準和氣致變色智慧型節能窗節能評估體系；構建了第一性原理計算方法及計算平台，拓展了理論研究範圍；通過多變色氣致變色材料的研究開拓了氧化釩作為儲能材料的研究新領域。通過本項目研究，培養了中青年學術骨幹3名，博士生7名，碩士生6名。形成了一支青年學術人才隊伍，副教授4名，獲得晨光計畫1人，同濟大學英才計畫4人，鍛鍊和提升了青年教師。結合本項目研究，在Advanced Materials、Journal of Materials Chemistry A、Solar Energy Materials and Solar Cells等國際著名期刊上發表SCI收錄22篇，其中ESI高被引2篇、授權了國家發明專利1個（專利號：ZL201410276299.3）。在此項目研究基礎上，申請獲批了以納米多孔WO3基氣致變色材料及智慧型節能窗、納米結構氧化釩基鋰電池及超級電容器電極材料為研究對象的863項目1項、國家自然科學基金委-新疆聯合基金重點項目1項、國家自然科學基金面上項目1項、企業合作項目1項。