بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، خواص اپتیکی لایه هاي نازك الکتروکرومیک اکسید تنگستن به روش الکتروانباشت ، بر حسب تابعی از زمان لایه نشانی 480 - و 600 و 660 و720 و 780 ثانیه - و اکسید نیکل به روش رسوب حمام شیمیایی مورد بررسی قرار گرفته است.
مزیت این لایه ها، تغییرات الکترواپتیکی مناسب در صورت اعمال اختلاف پتانسیل کاربردي مناسب به دو سر قطعه می باشد. ویژگی هاي الکتروکرومیکی از قبیل منحنی CV و میزان عبور در دو حالت شفاف و رنگی ، براي هر یک از فیلم ها در الکترولیت -PC بررسی و مشاهده شد که با افزایش زمان لایه نشانی، ویژکی هاي الکتروکرومیکی افزایش می یابد.
میزان تغییر عبور اپتیکی براي فیلم اکسید نیکل حاصله از روش رسوب حمام شیمیایی، برابر 47% و براي فیلم اکسید تنگستن به روش الکتروانباشت با زمان لایه نشانی 780 ثانیه، میزان این تغییرات برابر 60% به دست آمد. مزیت قطعه طراحی شده، استفاده همزمان از دو ماده الکتروکرومیکی کاتدي و آندي است که باعث می شود میزان تغییرات عبور اپتیکی از قطعه افزایش یابد.
مقدمه
طول 50 سال گذشته، مواد الکتروکروم به دلیل کاربرد و مزایاي الکتروکرومیسم پدیده اي است که واکنش هاي نوري و الکتروشیمیایی، مکانی را به طور همزمان، به خود اختصاص می فراوان، توجه زیادي را به خود جلب کرده اند.از جمله این مواد الکتروکرومیک، موادي هستند که ویژگی هاي اپتیکی کاربردها می توان به ساخت پنجره هاي هوشمند، شاترهاي نوري، به ویژه رنگ آنها، تحت اعمال یک ولتاژ خارجی، در اثر ورود و آینه هاي الکتروکروم و... اشاره کرد و ازجمله این مزایا می توان خروج یونها و الکترونها، به طور برگشت پذیر تغییر می کند. در حافظه مدار باز، توان مصرفی کم و بازده رنگی بالا و ... را نام برد
مواد الکتروکروم به دو صورت آلی و معدنی وجود دارند.
مواد الکتروکروم معدنی معمولا اکسید فلزات واسطه می باشند که از جمله آنها می توان به اکسیدهاي تنگستنو و نیکل و وانادیوم ... اشاره کرد.در مقاله حاضر، ما براي ساخت قطعه الکتروکرومیک با هفت لایه، از دو ماده اکسید تنگستن و اکسید نیکل استفاده کرده ایم .
اکسیدهاي تنگستن و نیکل را با استفاده از روشهاي متفاوتی می توان تهیه کرد، ولی ما براي لایه نشانی اکسید تنگستن از روش الکتروانباشت و براي لایه نشانی روشاکسید نیکل از رسوب حمام شمیایی استفاده کردیم که روشهاي کم هزینه اي هستند و لایه نشانی در مساحت هاي بزرگ را براي ما امکان پذیر می کنند.
نحوه انجام آزمایش
زیرلایه ها از نوع لام شیشه اي بوده است که بر روي آن ها SnO2:F را به روش اسپري پایرولیزیز، با مقاومتعنوان پایین به الکترودهاي شفاف قطعه - مقاومت - 20-30 Ω/ ، لایه نشانی شده اند. براي این منظور محلول شفاف هیدروالکلیک محتوي NH4ّ و SnCl2 و HCl با درصدهاي وزنی مناسب تهیه و توسط دستگاه اسپري پایرولیزیز بر روي زیرلایه ي لام شیشه اي در دماي 490 درجه لایه نشانی شد.
بخش اول: لایه نشانی اکسید تنگستن به روش الکتروانباشت:
براي تهیه این محلول 6/5 gr پودر تنگستن فلزي - صنعتی - را در مخلوطی از 40ml و4 ml آب دوبار تقطیر حل کردیم. از آنجا که این واکنش به شدت گرمازا است بنابراین تهیه این محلول باید در حمام آب سرد با دماي پایین تر از5œ c انجام شود.
اي لایه نشانی شده با SnO2:F به ابعاد 1 × 1.5 به عنوان محلول حاصله را به مدت 12 روز در دماي 2 درجه نگهداري کردیم، سپس مقداري از این محلول را با حجم مساوي اتانول، مخلوط کرده و به مدت 15دقیقه در دماي 60œc هم می زنیم تا محلول زرد شفافی حاصل شود. الکتروانباشت از این محلول تحت ولتاژ -0/493 V در مدت زمان هاي 480 و 660 و 720 و 780 ثانیه انجام شد. پیکربندي سه الکترودي مورد استفاده، شامل: ورقه شیشه الکترود کار، کالومل به عنوان الکترود مرجع و پلاتین به عنوان الکترود شمارنده است. در طول فرآیند لایه نشانی، لایه نازك آبی رنگی روي زیرلایه شکل می فوراگیرد - شکل - 1، که پس از برداشتن از محلول، محو می گردد. در انتها فیلم را با آب دوبار تقطیر شسته و اجازه می دهیم که در هوا ساعتبهمدت 24 خشک شود. مدل دستگاه لایه نشانی مریوطه، BHP2063+ - به پژوه - است.
شکل.1 فوتوگرافی از فیلم اکسید تنگستن در حین لایه نشانی بر روي زیر لایه SnO2:F
بخش دوم: لایه نشانی اکسید نیکل به روش رسوب
حمام شیمیایی:
براي تهیه این محلول، 80 ml پودر سولفات نیکل یک مولار را با 60ml پتاسیم پرسولفات 0/25 مولار و 20 ml آمونیاك - % 25 - در بشر 250 ml مخلوط کردیم. شیشه لایه نشانی شده با SnO2:F را ابتدا با استون و آب مقطر در آلتراسونیک تمیز کرده و سمت غیررساناي آن را با چسب نواري پوشانده تا از لایه نشانی روي سمت غیر رسانا جلوگیري کنیم، سپس نمونه را به طور عمودي در محلول تازه تهیه شده که تحت همزدن مداوم قرار دارد، به مدت 60 min قرار دادیم. سپس آن را در ظرف محتوي آب دوبار تقطیر فرو برده تا ذرات شل را از روي سطح برداریمحال چسب را از نمونه جدا کرده و آن را در دماي 75œc خشک کرده و به مدت min ٩٠ در دماي œc٣٠٠ در هوا بازپخت می کنیم.در نهایت دو لایه را توسط چسب به هم متصل کرده و فضاي خالی بین آنها را با الکترولیت لیتیم پرکلرات حل شده در پروپیلن کربنات پر می کنیم. توجه داشته باشید که فضاي خالی بین دو لایه باید حدود 2 mm باشد.
مکانیزم عملکرد قطعه الکتروکرومیک :
قطعه الکتروکرومیک طراحی شده داراي هفت لایه مختلف است که پیکر بندي کلی آن به صورت شکل - - 2 می باشد. خاصیت رنگی شدن این لایه ها در اثر ورود و خروج یون هاي و الکترون ها، به درون شبکه مواد الکتروکرومیک میزبان صورت می گیرد که به صورت زیر می باشد.
شکل.2 پیکربندي کلی قطعه الکتروکرومیک ساخته شده
بررسی و تحلیل داده ها:
بخش اول: بررسی خواص اپتیکی و ساختاري
براي تعیین میزان عبور اپتیکی، طیف عبوري را براي هریک از فیلمهاي اکسید نیکل و اکسید تنگستن، در دوحالتبیرنگی و رنگ، در رنج طول موجی nm ١١٠٠- ٣٠٠ که توسط دستگاه اسپکتروفوتومتر uv-1800 اندازگیري شده، به ترتیب در شکل 3Aو 3B نشان داده ایم.
شکل .3 منحنی عبور اپتیکی براي نمونه هاي NiO : A و WO3 : B با زمان هاي لایه نشانی متفاوت، در دو حالت رنگی و بی رنگ در بازه طول موجی 300-1100nm در الکترولیت 1 M LiClO -PC مشاهده می کنیم که میزان تغییرات عبور حاصله، براي فیلم اکسید نیکل برابر با 47% و براي فیلم اکسید تنگستن با زمان هاي لایه نشانی 480 و 660 و 720 و 780 ثانیه، میزان این تغییرات به ترتیب برابر است با % 32.31 و 52.26% و 58.29% و 60.01% به دست آمد. نتیجه می گیریم که بهترین زمان لایه نشانی براي فیلم اکسید تنگستن برابر با 780 ثانیه حاصل شد
