بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، خواص اپتیکی و الکتروکرومیکی ذرات اکسید مس ساخته شده در لایه نازك SiO2 به روش سل-ژل بررسی گردید. خواص نوري لا یه هاي تهیه شده، توسط دستگاه اسپتکروفوتومتر مطالعه شد. در دماي 220˚C، نمونه ها شفاف و سبزکم رنگ با درصد عبور حدود 85% با گاف انرژي ،3/2 eV بدست آمدند.. با افزایش دما، گاف انرژي کاهش یافته بطوریکه در دماي250˚C، این گاف به2/2 eV تقلیل یافته است.
خواص سطحی نمونه هابا استفاده از میکروسکوپ نیروي اتمی - AFM - ، مورد ارزیابی قرار گرفت ومیانگین اندازه ذرات بعد از پخت در دماي 220˚C، حدود 50 nm اندازه گیري شد. خاصیت الکتروکرومیکی لایه ها با استفاده از دستگاه طیف سنج نور مرئی- فرابنفش و یک سل حاوي الکترولیت اسید سولفوریک تحقیق شد. میزان عبور لایه هاي تهیه شده به ازاي ولتاژهاي مختلف بررسی شد و براي 4 V، در طول موج ثابت 500 نانومترحدود 50 درصد کاهش نشان داد.
مقدمه
مبحث صرفه جویی واستفاده بهینه از انرژي یک مساله مهم درزمینه انرژي می باشد. مقدار زیادي از انرژي تولیدي هر کشور به منظور تامین نور، گرما و سرما در ساختمانها مصرف می شود. بر اساس نتایج مطالعات انجام شده[1]، 25% انرژي مصرف شده براي گرمایش وسرمایش از طریق پنجره ها تلف می شود. یکی از طرحهاي جدیدي که مورد توجه محققین قرار گرفته ، استفاده از فن آوري نوین بکار گیري شیشه با پوشش مواد الکتروکرومیک است.
مواد الکتروکرومیک، موادي هستند که تحت اعمال اختلاف پتانسیل مستقیم به میزان کم - چند ولت - ،علتتغییر رنگ می دهند. این تغییر رنگ، ایجاد یک میدان الکتریکی بین دو سر رساناي الکتریکی و ورود وخروج یونها از لایه الکتروکرومیک است. به علت تعادل بار الکتریکی، جریانی از طریق میدان خارجی منجر به تغییر چگالی الکترونها در ماده الکتروکرومیک می شود و این باعث تغییر خواص نوري ماده می شود.
از دیگرهاي کاربردهاي پوشش الکتروکرومیک، ساخت آینه هاي ضد درخشندگی به عنوان آینه عقب اتومبیل و شیشه هاي الکتروکرومیک با کاربري در سقف خودروها و نمایشگرها را نام برد. اکسید هاي شفاف فلزات عناصر واسطه به علت داشتن چندین درجه ظرفیت، داراي خاصیت الکتروکرومیک می باشند. یکی از این اکسید هاي شفاف ، اکسید مس Cu2O است. تا کنون براي تهیه پوشش الکتروکرومیک اکسید مس، روشهاي لایه نشانی شامل اسپاترینگ [2]، تبخیر درخلا [3]، به کار گرفته شده است. در این تحقیق، از روش سل-ژل، به دلیل کنترل پذیري بالا و انجام واکنشارزان در دماي پایین وهمچنین بودن فرایند ساخت نمونه ها، استفاده شده است.
روش ساخت
به منظور ساخت لایه نازك SiO2 حاوي ذرات اکسید مس، از روشSol-Gel استفاده گردید. براي این کار سل Cu-SiO2 با استفاده از تترا اتیل اورتوسیلیکات - - TEOS، اتانول C2H5OH، آب H2O، نیترات مسCu - NO3 - 2 واسید نیتریک تهیه شد. ابتدا TEOS و اتانول را با حجمهاي مشخص با هم مخلوط نموده و آنرا به مدت نیم ساعت با همزن مغناطیسی هم ماینی زنیم، در فاصله زمانی، حجم مشخصی از آب را با مقدار لازم Cu - NO3 - 2.3H2O و اسید نیتریک به عنوان کاتالیست مخلوط می کنیم. سپس در حالیکه محلول اول با شدت زیاد در حال هم خوردن است قطره قطره محلول دوم را به آن مبرايیافزاییم.
آنکه سل مورد نظر براي انجام فرایند لایهنشانی غوطه وري آماده شود باید ویسکوزیته آن در حدود 5 cp باشد، بدین منظور محلول باید به مدت زمان 3-4 ساعت به حال خود باقی بمانداز.[4] پس آماده شدن سل اولیه، عملیات لایه نشانی روي شیشه هاي سدا- لایم وITO به روشSol-Gel با سرعت 1mm/s انجام شد. لایه هاي نازك تهیه شده، در دماي 100˚C به مدت یک ساعت در هوا خشک شدند. سپس آنها را در محیط N2 ودر دماهاي 200، 215، 230 ,220و 250 ˚C به مدت یک ساعت پخت’گردیدند.
نتایج وبحث
در این تحقیق براي اندازه گیريهاي اپتیکی به روش اسپکتروسکوپی نورمرئی - UV-Vis - استفاده گردید. نمودار طیف عبور لایه ها ي نازك حاوي ذرات اکسید مس در دماهاي مختلف در شکل1 نشان داده شده است. نمونه ها پخت شده در دماي ˚C 200 شفاف نبوده وآبی کم رنگ می باشند با افزایش دما تا ˚C 220، شفافیت لایه ها بیشتر شده و رنگ آنها به سبزکم رنگ تمایل پیدا می کند. نمودار مربوط به دماي 220˚C بیشترین عبور را نشان می دهد.با افزایش بیشتر دما، عبور لایه ها کاهش یافته بطوریکه در دماي 250˚C، میزان عبوردر طول موج 500nm حاندازهود 25% گیري شد.
فرودي در دماهاي مختلف پخت
براي مطالعه خواص الکتروکرومیکی، مقدار عبور لایه هاي نازك اکسید مس بر روي زیر لایه ITO در محلول الکترولیت نیم مولار اسید سولفوریک H2SO4 ، از دستگاه طیف سنج نوري مرفرائی- بنفش استفاده شده است.ITO با پوشش ذرات اکسید مس در بسترSiO2، پخت شده در دماي200 ˚C، به عنوان الکترود مورد آزمایش و میله گرافیتی به عنوان الکترود مقابل، در اسید مذکور قرار گرفتند.
میزان عبور لایه ها بر حسب زمان به ازاي ولتاژهاي 2 الی5V و در طول موج ثابت 500nm، بعد از اعمال ولتاژدرو حین تیره شدن لایه ها و بعد از اعمال ولتاژ در جهت عکسدر و حین روشن شدن لایه ها اندازه گیري شد. با توجه به نمودار سوئیچ نوري شکل3 مشاهده می شود با افزایش ولتاژ، عبور لایه ها کاهش بیشتري نشان می دهند و فرایند الکتروکرومیک تا ولتاژ حدود4 V، کاملا برگشت پذیراست. همچنین به ازاي ولتاژ 4V، میزان کاهش عبور 50% بدست آمد. براي ولتاژ 5V، کاهش عبور باشدلایه اماها، 80% می میزان برگشت پذیري،%60 است.
