基底温度调控三氧化钨薄膜非晶-晶相杂化结构实现高效电致变色性能

本文推荐：该研究通过反应性直流磁控溅射（DC magnetron sputtering）在可控基底温度下制备了单斜晶相主导的非晶-晶相杂化WO3薄膜，揭示了晶相框架抑制结构松弛与非晶通道促进离子迁移的协同机制，实现了87.8%的光学调制幅度（633 nm）、119.05 cm2/C的着色效率（CE）及1000次循环后>99%的性能保持率，为智能窗（ECD）材料设计提供了理论-实验双支撑。

　　

Highlight

基底温度调控三氧化钨（WO₃）薄膜的微结构演变机制：通过磁控溅射在室温至450°C区间调控，薄膜从非晶态逐步转变为单斜晶相-非晶杂化结构，最终形成完全正交晶相。非晶薄膜凭借无序多孔结构提供丰富锂离子（Li⁺）嵌入位点，但存在结构松弛缺陷；而晶相-非晶杂化薄膜（350°C制备）通过单斜晶相(002)晶面择优取向（图3）实现晶相稳定性与非晶离子迁移通道的协同优化。

Cyclic Voltammetry (CV)

图8(a)展示了不同基底温度下WO₃薄膜的CV曲线。根据Randles-Sevcik方程：

i_p = 2.69×10⁵n^3/2ACD^1/2v^1/2

（其中n为电子转移数，i_p为峰值电流，D为Li⁺扩散系数），计算表明随着基底温度从室温升至450°C，电荷存储能力先增后减，350°C样品表现出最高的Li⁺扩散系数（3.8×10^?11 cm²/s），印证其晶相-非晶界面优化的快速离子传输特性。

Conclusions

本研究阐明基底温度对WO₃薄膜微结构的调控规律：350°C沉积的薄膜凭借单斜晶相(002)取向与非晶网络的协同作用，同时实现119.05 cm²/C的高着色效率（CE）和>99.9%的循环稳定性，为下一代智能窗器件提供了可控制备策略。