بخشی از مقاله
چکیده
لایه هاي نازك WO3 با قابلیت بالاي خواص الکتروکرومیکی به روش فیزیکی تبخیر حرارتی در خلاء لایه نشانی شده اند. در این مطالعه لایه هاي WO3 بر روي بستر شیشه اي پوشیده با هادي شفاف SnO2:F با مقاومت الکتریکی پایین - 29Ω/□ - به روش اسپري پایرولیزیز جایگذاري گردیده است. براي تحلیل خواص الکترواپتیکی این قطعه از الکترولیت HclO4 استفاده شده و طیفهاي عبوري و جذبی در حضور میدان الکتریکی پائین و همچنین چرخه ولتامتري این قطعه مورد تحلیل قرار گرفته اند. همچنین بررسی ساختاري لایه WO3 توسط XRD انجام شده است.
.1 مقدمه
در چند سال اخیر محققین زیادي به توسعه و بهبود کارایی سوئیچ هاي نوري پرداخته اند. یکی از مهمترین عوامل آن جهت گیري علوم بسمت استفاده بهینه از انرژي ، بخصوص استفاده از انرژي هاي سبز نظیر نور خورشید است. قطعات الکتروکرومیک بعنوان سوئیچ نوري تنها به یک منبع ولتاژ DC ضعیف در حدود چند ولت براي تغییر رفتار اپتیکی خود نیاز دارند. این تکنولوژي قابل قیاس با بلور مایع است. در بین موادي که قابلیت استفاده به عنوان قطعه الکتروکرومیک را دارند، WO3 از مناسب ترین مواد بوده و لذا تحقیق در زمینه بهینه سازي این قطعات از نقطه نظر کاربردي داراي اهمیت زیادي می باشد. از کاربردهاي خواص الکتروکرومیک می توان به استفاده در باتري ها، سلول هاي خورشیدي، پنجره هاي هوشمند، قطعات حافظه و قطعات الکتروکرومیک اشاره کرد1]و. [ 2 از آنجا که ساختار بلوري WO3 در فرآیند تهیه آن به روش تبخیر حرارتی از نظر استوکیومتريدارايبه فرم WO3-x بوده و کمبود اکسیژن می باشد، بازپخت مجدد آن می تواند منجر به بازپس گیري اکسیژن ونهایتاً بسمت بلوري شدن پیش رود.[3]
اما در عین حال بازپخت مجدد نمونه ها باعث بالا رفتن مقاومت الکتریکی زیر لایه SnO2:F گردیده و هدایت الکتریکی بالاي آنرا که به عنوان الکترود در عمل سوئیچ نوري بکار می رود، تضعیف می کند. WO3 داراي شکاف انرژي پهن است و فاز مونو کلینیک آن داراي لبه جذبی حدود 2/6ev است که بسته به نوع لایه گذاري و حتی دماي بازپخت متغییر است. در مطالعه اخیر خواص الکتریکی، اپتیکی و ساختاري Glass/SnO2:F/WO3/HClO4 - مطابقعنوان با شکل - 1 به یک قعطه الکتروکرومیک مورد بررسی قرار گرفته اند.
.2 روش تهیه نمونه
براي تهیه نمونه ، اسلایدهاي شیشه اي به مساحت 2/5 Cm2 و ضخامت 2mm که با استون و آب مقطرکاملاً تمیز شده اند به عنوان بستر لایه گذاري انتخاب و سپس با روش اسپري پایرولیزیز، لایه هادي شفاف SnO2:F با مقاومت الکتریکی 29Ω/□ لایه نشانی شدند. پس از آن لایه الکتروکرومیک WO3 توسط دستگاه لایه نشانی VAS به روش تبخیر حرارتی به ضخامت 200nm و در یک محفظه خلاء با فشار حدود 10-6torr که توسط دو پمپ روتاري و توربو در دستگاه ایجاد می شود، لایه نشانی شده است. ضخامت لایه ها در حین لایه گذاري توسط ضخامت سنج ادواردز کنترل و اندازه گیري شده اند. همچنین الکترولیت انتخابی براي ورود و خروج یونهاي H+ با لایه WO3، محلول یک مولار HClO4 انتخاب گردیده است. طیف هاي اپتیکی توسط اسپکتروفوتومتر JASCO در محدوده UV-VIS و چرخه ولتامتري آن با دستگاه معمول CV با سه الکترود و طیف XRD لایه نازك توسط دستگاه XRD در طول موج λ =1/5405A گرفته شده اند. همچنین گاف انرژي از تحلیل داده هاي جذبی و یک برنامه کامپیوتري با استفاده از رابطه - - 1 حاصل شده است.[4]
.3 بحث و تحلیل داده ها
.1,3 خواص اپتیکی و ساختاري WO3
طیف هاي عبوري و جذبی لایه WO3 در دماهاي بازپخت متفاوت در شکل 2 نشان داده شده است. با افزایش دماي بازپخت خاصیت عبوري لایه ها کاهش یافته و بطور عکس میزان جذب
افزایش یافته است. به همین علت براي استفاده در قطعهالکتروکرومیک لایه WO3 بدون بازپخت مناسب تر خواهد بود.
بازپخت متفاوت
همانطور که اشاره شد، با استفاده از رابطه 1 و مقادیر جذبی - αhυ - 1/2 بر حسب hυ مقدار گاف انرژي محاسبه شده است. مقدار گاف انرژي براي لایه بدون بازپخت مطابق با شکل 3 ، 3/2ev می باشد. مقدار گاف انرژي براي لایه هاي بازپخت شده نتیجه نیز محاسبهآن شده و در شکل 4 نشان داده شده است. ملاحظه می شود که افزایش دماي بازپخت نمونه ها گاف انرژي کاهش را نشان می دهد.
.2,3 خواص الکتروکرومیکی قطعه الکتروکرومیک
با لستفاده از دستگاه CV شامل سه الکترود، که الکترود مرجع از سیم پلاتین انتخاب شده است ، طیفCV لایه SnO2:F-WO3-HClO4 تهیه و در شکل 6 نشان داده شده است. همانطور که ملاحظه می شود اختلاف پتانسیل اعمالی +1/5 تا -1/5 با پله هاي 3mv بوده و در اختلاف پتانسیل +1 ولت بالاترین جریان عبوري در چرخه CV مشاهده می شود. طیف عبوري و جذبی این قطعه الکتروکرومیک در شکلهاي 7و8 در دو حالت رنگی و بی رنگ با یکدیگر مقایسه شده اند که نشان دهنده قابلیت بالاي قطعه الکتروکرومیک ساخته شده است. اختلاف پتانسیل اعمالی در دو حالت رنگی و بی رنگ +1/5 و -1/5 ولت بوده که با ورود یون H با لایه WO3 میزان عبور از حدوداز %80 به کمتر %20 کاهش را نشان می دهد.
