بخشی از مقاله
چکیده - در این پژوهش شیشه های الکتروکرومیک با لایه نازک اکسید نیکل با استفاده از روش لایه نشانی چرخشی طراحی و ساختهشده است. ساختار در نظر گرفتهشده در این مقاله بدین شرح است: Glass/FTO/NiO/electrolyte/FTO/Glass که یک لایه نازک الکتروکرومیک - NiO - روی سه FTO به روش لایه نشانی چرخشی، لایه نشانی و سپس در سه دمای 250، 350 و 450 درجهسانتیگراد بازپخت شد. پس از آن با استفاده از سه FTO دیگر و تزریق الکترولیت مایع، سلولهای الکتروکرومیک ساخته شدند. با اعمال ولتاژ به سلولهای ساخته شده، زمان پاسخ و میزان عبور اندازه گیری و سپس نتایج بدست آمده با هم مقایسه شدند.
-1 مقدمه
یکی از موضوعات چالش برانگیز قرن جاری در سراسر جهان مسئله انرژی و جلوگیری از اتلاف آن است. پنجره ها مهم ترین جزء ساختمان در اتلاف انرژی محسوب میشوند. ازاین رو استفاده از شیشههای الکتروکرومیک که خود نوعی شیشه هوشمند محسوب میشوند کمک شایانی به کاهش مصرف انرژی از طریق کاهش تقاضا جهت گرمایش، سرمایش و روشنایی داخل ساختمان مینماید .[1] پدیدههای الکتروکرومیک درواقع شامل تغییرات برگشت پذیر در خواص نوری - شفافیت، جذب و تابش - یک ماده، ناشی از اعمال یک میدان یا جریان الکتریکی و حاصل یک واکنش اکسایش- کاهش است.
مواد الکترومیک غیرآلی شاملWO3 ، MoO، NiO ،NbO و... مورد توجه قرار گرفته اند[4] که بخشی از آنها به عنوان مواد کاتدی رنگی - رنگی شده در حالت کاهیده - شامل NiO و بخش دیگر آنها به عنوان مواد آندی رنگی - رنگی شده در حالت اکسایش - شامل WO3 بررسی شده اند.[5] اکسید نیکل در حالت بدون اعمال ولتاژ بی رنگ و در حالت اعمال ولتاژ قهوه ای تیره است.[6] روشهای مختلفی برای لایهنشانی NiO وجود دارد که شامل لایه نشانی چرخشی، غوطهوری و تبخیری حرارتی است.
-2 روش و مواد آزمایش
بهمنظور تهیه محلول اکسید نیکل، ابتدا نیکل استات 0/5 مولار در 10 میلیلیتر متوکسی اتانول حل شده و سپس 0/3 میلیلیتر مونو اتانول آمین به آن اضافه شد و به مدت یک ساعت بوسیله همزن مغناطیسی هم زده شد. بهمنظور ساخت نمونهها، شیشهها دارای لایه FTO به مساحت 2 25 mm 15 با شوینده، آب مقطر، پروپانول، استون آزمایشگاهی و بار دیگر آب مقطر در حمام فراصوتی هرکدام به مدت 10 دقیقه شستشو داده شدند و درنهایت در دمای 120 درجه سانتی گراد به مدت 15 دقیقه خشک شدند.
با استفاده از دستگاه لایهنشانی چرخشی با سرعت 3600 دور بر ثانیه و به مدت 30 ثانیه برای سه بار روی سه FTO کهقبلاً شسته شده بودند، لایه نشانی انجام شد. سپس این زیر لایهها در دمای250، 350 و 450 درجه سانتیگراد به مدت 45 دقیقه بازپخت شدند. با استفاده از دستگاه ضخامتسنج سوزنی - دستگاه surface profilometer با تکنیک سوزنی و با دقت 10 نانومتر - ، ضخامت لایه اندازهگیری شد که مقدار آن 300 نانومتر بدست آمد. سپس سه FTO دیگر به منظور تزریق الکترولیت با مته به قطر0/7 میلیمتر سوراخ گردیدند.
-3 ساخت سلول الکتروکرومیک
برای ساخت سلول الکتروکرومیک از دو شیشه رسانا - FTO - استفادهشده است که روی یکی از آنها همانطور که گفته شد اکسید نیکل لایه نشانی شده است و شیشه دیگر که روزنهای در آن بهوسیله مته ایجادشده، بدون لایه است. این دو بهوسیلهی یک لایهی پلیمری جداکننده - اسپیسر - که مربعی به ابعاد 1*1 سانتی متر مربع از وسط آن جدا شده است،به هم چسبانده شدند. سپس در فضای خالی ایجاد شده بین آنها از طریق روزنه، الکترولیت لیتیم کلراید 1 مولار تزریق شد. برای تزریق بهتر الکترولیت، نمونه ساخته شده در خلأ گذاشته شد. برای جلوگیری از تبخیر الکترولیت، روزنه با استفاده از چسبی که مخلوطی از دو ماده رزین اپوکسی و هاردنر است، بسته شد.
-4 اندازهگیری سلولهای ساخته شده
1؛-4 آنالیز :XRD
محلول سنتز شده NiO بر روی FTO لایهنشانی شد و از آن آنالیز XRD گرفته شد که با توجه به شکل 5 مشاهده میشود که ماده اکسید نیکل لایه نشانی شده دارای سه پیک برجسته است که این پیکها مطابق الگوی اصلی بوده و درنتیجه سنتز بهدرستی انجامشده است.
2؛-4 طیف عبور:
طیف عبور با استفاده از دستگاه اسپکتروفوتومتری دو پرتویی برای گستره طول موجی 360 تا 1100 نانومتر و با گام 1 نانومتر بدست آمده است. در شکل 6 میزان عبور از لایهی اکسید نیکل لایه نشانی شده بر روی FTO و با دماهای بازپخت 250، 350 و 450 درجه سانتیگراد بر حسب طول موج نشان داده شده است.
3؛-4 آنالیز ریخت شناسی سطحی - : - AFM
همانطور که در شکلهای 7، 8 و 9 مشاهده میشود از لایه اکسید نیکل با دماهای بازپخت 250، 350 و 450 درجه سانتی گراد آنالیز AFM گرفته شد که میانگین پستی و بلندی لایهها بهترتیب 70، 28 و 5 نانومتر است. در نتیجه، بالا رفتن دمای بازپخت باعث یکنواختتر شدن سطح لایه شده است.
4؛-4 زمان پاسخ:
مدت زمان رنگی شدن و بیرنگ شدن نمونه را زمان پاسخ میگویند که با استفاده از دستگاه آنالیز شامل فوتودیود، لیزر و اسیلوسکوپ برای نمونهها اندازهگیری شد که در شکل 10 نمای شماتیکی آن مشاهده میشود.
نمای شماتیک از دستگاه آنالیزور
برای تعیین زمان پاسخ نمونه، 70 درصد تغییرات عبور که اختلاف بین زمان کمینه و بیشینهی ولتاژ در نمودار ولتاژ-زمان است، محاسبه شد. نمودارهای ولتاژ-زمان در شکلهای 11 و 12 مشاهده میشوند.
