Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Ranjbar,Hadi Salamati mashhad,Ismaeil Abdolhosseini Sarsari
مهدی رنجبر (استاد راهنما) هادی سلامتی مشهد (استاد راهنما) اسماعیل عبدالحسینی سارسری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Shirin Hajian
شیرین حاجیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Investigation of Electrochromic Properties of Tungsten Oxide (WO3) and Pd Doped Tungsten Oxide (WO3-Pd) Thin Films
Electrochromic (EC) property is the continuous reversible changing of optical transmission, absorption or reflection of materials by applying electric voltage. Tungsten oxide is one of the most applicable EC materials due to its high response velocity, appropriate coloring performance and good chemical stability near electrolyte solutions. EC devices are extensively used in smart windows, rear-view mirror s in automobile, digital displays, photo-electrochemical cells, etc. These devices play an important role in controlling and saving energy. The aim of this study is to enhance the efficiency of WO 3 - based EC devices. The crystal structure of tungsten oxide is one of the effective factors in EC performance of WO 3 thin films. WO 3 crystals transform structurally under heat treatment. Therefore, first the effect of heat treatment on EC characteristic of WO 3 thin films was investigated.It was observed that heat treatment leads to the reduction of ionic species penetration into the structure by compacting the crystal structure of WO 3 and hence cuases a decrease in EC efficiency of films. Since electrochemical reactions have significant influence on EC efficiency, the selection of a suitable electrolyte solution in the presence of an ion storage material is of interest. Phosphoric acid electrolyte solution is an appropriate ion conductor because of its small light H + ions. Moreover, Palladium (Pd) is a well-known hydrogen storage metal with high speed of storage. So, the effect of Pd on H + absorption rate in WO 3 thin films and EC response was explored. Our findings show that although Pd is capable to store electric energy by decreasing the reduction energy of tungsten oxide, it can act as a barrier against H + penetration into WO 3 structure. Furthermore, the effect of aging on electrochemical characteristics of pure and Pd doped samples was tested. Our results indicate that Pd increases the chemical stability of WO 3 thin films as well as EC durability. To prepare pure and Pd doped WO 3 thin films, the obtained tungstic acid via sol-gel route was doped with Pd in different molar ratios. The final sol was deposited on traarent conducting glass substrates (FTO) by dip coating method. The characterization of samples was achieved using cyclic voltammetry (CV) technique, X-ray diffraction (XRD), atomic force microscope (AFM), field emission scanning electron microscope (FE-SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), UV-Vis spectroscopy and a designed setup for recording optical transmittance. It has been demonstrated that the presence of pd in the WO 3 sol in the vicinity of phosphoric acid won’t increase the EC efficiency of films generally.
به تغییرات مداوم و برگشت پذیر، در عبور، جذب و یا بازتاب اپتیکی مواد، با اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی جزئی، خاصیت الکتروکرومیک گویند. تنگستن اکسید با سرعت پاسخ بالا، بازده رنگی شدن موردقبول و پایداری شیمیایی خوبی که از خود در مجاورت محلول های الکترولیت نشان می دهد، یکی از پرکاربردترین مواد الکتروکرومیک محسوب می شود. از کاربردهای مواد الکتروکرومیک می توان به پنجره های هوشمند، آیینه های کاهنده دید عقب اتومبیل، صفحات دیجیتال، ذخیره‌سازهای فوتوالکتروشیمیایی و غیره اشاره کرد. این دستگاه ها نقش مهمی در کنترل و ذخیره انرژی دارند. هدف از این پروژه، افزایش بازده و کارایی این دستگاه هاست که حائز اهمیت است. ساختار بلورین لایه های نازک تنگستن اکسید، یکی از عوامل مؤثر بر عملکرد الکتروکرومیکی لایه های نازک تنگستن اکسید است. ساختار بلورین این لایه ها، با عملیات حرارتی تغییر می کند. بنابراین در ابتدا، اثر عملیات حرارتی را بر روی مشخصه های الکتروکرومیکی لایه های نازک تنگستن اکسید بررسی کردیم. مشاهده شد که عملیات حرارتی، با متراکم کردن ساختار بلورین تنگستن اکسید، باعث کاهش نفوذ گونه های یونی به ساختار و در نتیجه کاهش بازده الکتروکرومیکی لایه ها می شود. همچنین، ازآنجاکه واکنش های الکتروشیمیایی نقش عمده ای در عملکرد این دستگاه ها دارند، انتخاب محلول الکترولیت مناسب در حضور یک ماده ذخیره ساز یونی، می تواند قابل‌توجه باشد. محلول الکترولیت فسفریک اسید، به دلیل داشتن یون های کوچک و سبک H + ، دارای رسانایی خوب یونی است. بعلاوه پالادیم، یکی از بهترین ذخیره‌سازهای هیدروژن، با سرعت پاسخ بالا برای ذخیره و تخلیه هیدروژن است. ازاین‌رو، اثر حضور پالادیم را بر روی میزان جذب گونه های یونی H + توسط لایه های نازک تنگستن اکسید و درنتیجه بر روی خواص الکتروکرومیکی این لایه ها در مجاورت محلول الکترولیتی فسفریک اسید، بررسی کردیم. مشخص شد، باوجود اینکه پالادیم به عنوان یک کاتالیست، با کاهش انرژی واکنش کاهش شیمیایی تنگستن اکسید می تواند در ذخیره سازی انرژی الکتریکی نقش داشته باشد، اما حضور آن می تواند مانعی برای نفوذ یون های H + به لایه های نازک تنگستن اکسید باشد. همچنین، تأثیر زمان (فواصل زمانی میان ساخت و آنالیز نمونه ها) را بر روی مشخصه های الکتروشیمیایی لایه های نازک تنگستن اکسید و تنگستن اکسید آلایش یافته با پالادیم، مورد مطالعه قرار دادیم. نتایج نشان داد که، حضور پالادیم باعث افزایش پایداری شیمیایی لایه های نازک تنگستن اکسید و درنتیجه باعث ثبات عملکرد الکتروکرومیکی این لایه ها می شود. برای تهیه لایه های نازک تنگستن اکسید و تنگستن اکسید آلایش یافته با پالادیم، سل تنگستیک اسید به دست آمده از روش سل-ژل را با نسبت های مختلف مولی پالادیم آلایش داده و به روش غوطه وری بر روی زیر لایه های شیشه ای رسانای شفاف، لایه نشانی کردیم. مشخصه های الکتروکرومیکی این لایه ها را به کمک تکنیک های ولتامتری چرخه ای (CV)، پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM)، اسپکتروسکوپی مادون‌قرمز (FTIR)، اسپکتروسکوپی UV-Vis و چیدمان طراحی شده برای ثبت طیف عبور، بررسی کردیم. به طور خلاصه، مشاهده شد که حضور پالادیم درون سل تنگستن اکسید، و در مجاورت با محلول الکترولیت فسفریک اسید، در کل باعث افزایش بازده الکتروکرومیکی این لایه ها نخواهد شد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی