بخشی از مقاله
چکیده
لایههای نازک الکتروکرومیک اکسید تنگستن به روش تبخیر حرارتی در خلاء و بر روی زیرلایههای شیشهی پوششدار شده با FTO آماده شدهاند. به منظور فراهم ساختن مورفولوژی سطح متفاوت، زیرلایههای شیشهی پوششدار در دو حالت استفاده شدند. نمونهی اول در زاویه صفر درجه و نمونهی دوم در زاویهی 75 درجه لایه نشانی شدهاند در این روش، پودر نانوذرات اکسید تنگستن با اهنگ لایه نشانی ثابت در خلاء لایه نشانی شدند. پودر نانو ذرات نقره به منظور آلایش سطح لایه-های نازک اکسید تنگستن به روش تبخیر حرارتی در خلاء استفاده شده است. لایههای نازک الکتروکرومیک برای نفوذ ذرات نقره به داخل سطح، بازپخت شدهاند. گاف نواری لایههای WO3-Ag برای گذار مستقیم گزارش گردید. خواص الکتروکرومیکی لایههای WO3-Ag با روش ولتامتری چرخهای و طیفهای عبور اپتیکی به منظور مقایسهی تاثیر مورفولوژی سطح لایهها بر عملکرد الکتروکرومیکی تخمین زده شدهاند. به طور خاص مدول اپتیکی مهم در طولموج 632,8 نانومتر و برابر با 40,59 درصد بدست آمده است و بازدهی رنگی بالا برای نمونهی دوم در مقایسه با نمونهی نخست ارتقا پیدا کرده است.
مقدمه
قرار گرفتهاند. از آن جمله میتوان به اکسید تنگستن - WO3 - ، اکسیدهای فلزی شفاف به علت دارا بودن خواص فیزیکی اکسید نیکل - NiO - ، اکسید مولیبدن - MoO3 - و اکسید وانادیوم
منحصر بفرد در دهههای گذشته مورد توجه بسیاری از محققان - V2O5 - اشاره داشت که کاربردهایی در صنایع امروزی نظیر پنجرههای هوشمند، سنسورهای شیمیایی، سلولهای خورشیدی، باتریهای یون لیتیومی و سوئیچهای الکترونی و اپتیکی دارند 2]و.[1 در دهههای اخیر، تلاشهای زیادی برای ارتقاء بهرهوری انرژی با تکیه بر مواد کروموژنیک در پنجرههای هوشمند به عنوان
سیستمهای بهرهور انرژی انجام شده است .[3] پنجرههای بهرهور انرژی، از قبیل الکتروکرومیک، فوتوکرومیک و ترموکرومیک هر کدام بر پایهی عامل بیرونی میدان الکتریکی، پرتوی ماوراء بنفش و حرارت عمل میکنند .[4] پدیدهی الکتروکرومیک به صورت تغییرات برگشتپذیر خواص اپتیکی ماده، با اعمال میدان الکتریکی خارجی تعریف میشود. در این فرآیند یونها و الکترونها با وارد شدن و خارج شدن از لایهی الکتروکرومیک به واسطهی اعمال ولتاژ، زمینهساز چنین تغییراتی میگردند .[2] ساختارهای نانوکامپوزیتی اکسید تنگستن و نانوذرات فلزی به علت بروز خواص منحصر بفرد شیمیایی و فیزیکیشان، مورد توجه محققان در این زمینه بودهاند. نتایج ارتقا یافتهی خواص الکتروکرومیکی چنین نانوکامپوزیتهایی بر اساس تشدید پلاسمونهای سطحی آنها گزارش شده است .[5]
.1 آماده سازی نمونهها
نانوذرات اکسید تنگستن خریداری شده بر روی زیرلایههای شیشهی پوششدار FTO - با مقاومت - 30 /FP2 و با روش تبخیر حرارتی در خلاء در دو حالت متفاوت راستای زیرلایهها، یکی با زاویهی صفر درجه - W-0 - و دیگری با زاویهی 75 درجه - W-75 - نسبت به راستای تبخیر، لایهنشانی شدهاند. - شکل - 1ر351 در فرآیند لایهنشانی فشار محفظهی خلاء، آهنگ لایهنشانی و ضخامت لایهها توسط نمایشگرهای دستگاه لایهنشانی تبخیر حرارتی ساخت شرکت مکا فرانسه، کنترل گردید. به منظور ثابت نگه داشتن پارامترهای لایهنشانی در هر دو حالت، آهنگ لایه نشانی 0/2 آنگستروم بر ثانیه ثابت نگه داشته شد و به مدت 2 ساعت لایهنشانی انجام پذیرفت. در مرحلهی دوم لایهنشانی، نانو ذرات نقره به عنوان آلاینده با آهنگ 0/1 انگستروم بر ثانیه و به مدت 2 دقیقه لایه نشانی گردید. سرانجام برای نفوذ نانوذرات نقره به داخل سطح اکسید تنگستن، فرآیند بازپخت در خلاء به مدت یک دقیقه در دمای 400 درجه سانتیگراد انجام پذیرفته است.
.2 مطالعهی خواص اپتیکی و چرخهی ولتامتری طیفهای جذب نمونههای نانوکامپوزیتی WAg-0 و WAg-75 در بازهی طول موج 300 تا 800 نانومتر در شکل 2 نشان داده شده است. همانطور که ملاحظه میشود، میزان جذب نمونه WAg-0 در بازهی 350 تا 450 نانومتر و 650 تا 800 نانومتر از نمونهی WAg-75 بیشتر است. مقادیر گاف نواری با استفاده از رابطهی K $ - K - Eg - n به ازای n برابر با 0/5 مربوط به گذار مجاز مستقیم برای نمونهها در شکل 3 نشان داده شده است. برای نمونههای WAg-0 و WAg-75 مقدار گاف نواری به ترتیب 3,78 و 3,85 الکترون ولت محاسبه گردید.
شکل.2 طیفهای جذب اپتیکی در بازهی 300 تا 800 نانومتر منحنیهای چرخهی ولتامتری نمونهها در محلول نیم مولار LiClO4-PC در بازهی پتانسیل مثبت و منقی یک ولت و با شکل.1 نحوهی قرارگرفتن زیرلایهها در دو حالت مختلف
آهنگ روبش 50 mV/s انجام شده است و نتایج در شکل 4 نمایش داده شده است. نتایج نشان میدهد که نمونهی WAg-75 جریانهای کاتدی و آندی بهتری را نسبت به نمونهی WAg-0 داراست. ر352 میگردد. این نتیجه به طور کامل با افزایش جریان مبادله شده از سطح نمونه در طیف چرخهی ولتامتری نیز تطابق دارد. شکل .3 نمودار - h - 2 برحسب انرژی فوتون برای دو نمونه شکل.4 منحنیهای چرخهی ولتامتری دو نمونه با آهنگ روبش 50 mV/s
.3 بررسی سطح لایهها
به منظور بررسی ساختار سطح و مورفولوژی دو نمونهی لایه نشانی شده، تصاویر SEM و AFM آنها مورد مطالعه قرار گرفت. شکل 5 تصاویر SEM نمونههای مذکور را در مقیاس 500 نانومتر نشان میدهد. همانطور که ملاحظه میشود، سطح نمونهی دوم نه تنها به علت دارا بودن خلل و فرج بیشتر جهت نفوذ نانوذرات نقره بهتر به نظر میرسد، بلکه به علت فراهم نمودن سطح بیشتر در مجاورت الکترولیت، باعث افزایش بازدهی الکتروکرومیکی نیز شکل.5 تصاویر SEM - الف - WAg-0 و - ب - WAg-75 شکل 6 نیز تصاویر سه بعدی AFM در مد تماسی برای دو نمونهی لایهنازک نانوکامپوزیتی را نشان میدهد. مورفولوژی سطح نمونهی WAg-0 زبری 14 نانومتر را نشان میدهد و این در حالی است که نمونهی WAg-75 زیری سطح 20 نانومتر را برآورد میکند.
.4 بررسی خواص الکتروکرومیکی
به منظور بررسی خواص الکتروکرومیکی نمونههای نانوکامپوزیتی WAg-0 و WAg-75، تغییرات اپتیکی و بازده الکتروکرومیکی مطالعه شدهاند. شکل 7 تغییرات اپتیکی را برای دو حالت رنگی و شفاف برای هر دو نمونه را نشان میدهد. همانطور که مشاهده میشود، مطابق با نتایج حاصل از مورفولوژی سطح و همچنین چرخهی ولتامتری، نمونهی WAg-75 دارای تغییرات اپتیکی بالاتری نسبت به نمونهی WAg-0 است. به طور خاص میزان این تغییرات در طول موج 623,8 نانومتر برای نمونههای WAg-0 و WAg-75 به ترتیب برابر با 37,03 و 40,59 درصد میباشد.
