一種可應用於多種器件的功能材料

2020-09-14 柔性電子服務平臺

過渡金屬氧化物作為多功能材料在鋰離子電池，傳感器，電晶體，光催化，超級電容器和電致變色領域有著廣泛的應用。其中最為廣泛研究的一種材料就是五氧化二釩。作為典型的金屬氧化物材料，五氧化二釩具有自然豐富，低成本，客體陽離子密度高和與離子和分子極好的作用力。更多的是，五氧化二釩具有獨特的光學和電化學性能。這些優勢使五氧化二釩可以應用於電致變色和超級電容器電極材料中。但是，塊狀的五氧化二釩在循環過程中面臨著電化學穩定性差，低電化學動力學，低電導率和體積膨脹的缺點。

為了克服這些缺點，一些方法被開發出來。其中一種最有效的方法就是合成納米尺度的材料。獨特的納米結構的形成是一種普遍和有效的方法來提升電致變色和電容性能。納米結構可以提供大比表面積，豐富的活性位點以及短的擴散路徑。由於大的比表面積，電解液可以充分地與電活性材料接觸，可以使離子擴散更容易和提供更多的反應區域使電子轉移。前期的報導表明塊狀的五氧化二釩的電化學性能可以通過開發不同維度如納米線，納米棒，納米管和納米帶來提升。但是，這些納米結構的五氧化二釩的合成方法並不合適用於大尺寸製造，這是因為高成本，苛刻的條件和低產率。低成本，易於製造和綠色化學合成納米結構的五氧化二釩還是一個巨大的挑戰。

四川大學的研究人員提出一種簡單，低成本和高產率方法製造五氧化二釩納米帶，該材料可用於電致變色和超級電容器中。通過噴塗該材料形成圖案化電致變色器件，具備多種顏色顯示，快速響應時間和大的光學對比度。

圖1. （a）納米帶五氧化二釩的CV曲線；(b)塊狀五氧化二釩和納米帶五氧化二釩的在不同電壓下的顏色。


圖2. 納米帶五氧化二釩在0-0.9V電壓窗口下，以0.25和16A/g在充放電下，在波長為490nm處透過率變化曲線


圖3. （a）噴塗圖案化電致變色顯示的示意圖；（b）全固態電致變色顯示器件；（c）-(e)圖案化電致變色薄膜在不同電壓下的顏色的照片；（f）-(h) 圖案化電致變色顯示器件在不同電壓下的顏色的照片

參考文獻：

S Zhang, S Chen, Y Luo, et al. Large-scalepreparation of solution-processable one-dimensional V2O5 nanobeltswith ultrahigh aspect ratio for bifunctional multicolor electrochromic andsupercapacitor applications[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2020.

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