Termiyonik vakum ark metodu ile üretilen titanyum dioksit ince filmlerin elektrokromik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bugüne kadar birçok inorganik ve organik malzemenin elektrokromik özellikleri incelenmiş ve çeşitli uygulamalarda kullanılmak üzere ince filmleri hazırlanmıştır. Elektrokromik özelliğe sahip malzemelerin ince filmlerini kullanarak bir camın geçirgenlik ve yansıma özelliklerini elektronik olarak değiştirmek mümkündür. Son yıllarda, elektrokromizm, akıllı camlar, yansıma önleyici kaplamalar, otomatik kararan aynalar, akıllı ısı kontrolü kaplamalar, gösterge ekranlar ve elektronik kağıtlar gibi çok çeşitli elektrokimyasal cihaz uygulamalarında umut vaat etmektedir. Elektrokromik cihazlar, çok çeşitli uygulama alanlarına sahip olmakla birlikte az enerji harcayarak, büyük bir enerji tasarrufu da sağlarlar. Bu tez çalışmasında, termiyonik vakum ark yöntemi (TVA) ile titanyum dioksit (TiO2) ince filmleri flor kalay oksit/cam ve indiyum kalay oksit/cam üzerine kaplanmıştır. Kaplanan filmlerin fazları X-ışını kırınım desenlerinden anataz ve rutil olarak belirlenmiştir. Hazırlanan numunelerin yasak enerji aralığı ~3.0 eV olarak bulunmuştur. TiO2 ince filmlerinin elektrokromik özellikleri çevrimsel voltametri ve kronoamperometri çalışmaları ile araştırılmıştır. Elektrokimyasal katyon girişi 0,1 M LiClO4 propilen karbonatta gerçekleştirilmiştir. Çalışmada, giren/çıkan yük miktarı, difüzyon katsayısı, renklenme verimliliği, optik modülasyon ve tersinebilirlik hesaplanmıştır. En iyi sonuçlar TiO2/FTO örneğinde 18,6 cm2/C renklenme verimliliği ve %8 optik modülasyon ile elde edilmiştir. Bu çalışma, TVA sistemi ile elektrokromik cihaz yapımındaki ilk çalışma olmasına rağmen üretilen cihazın renklenme verimliliği mevcut literatüre göre daha yüksek orandadır ve elde edilen sonuçlar umut vaat etmektedir.

Up to these times, the electrochromic properties of a large number of organic and inorganic materials have been examined, whereby the use of thin films in various applications has arisen. Electronically it is possible to change the transmission and reflection properties of a glass with the use of thin films of electrochromic materials. In recent years, electrochromism has been shown promising applications in a wide variety of electrochemical devices, such as smart windows, antireflection coatings, autodimming mirrors, smart thermal control coatings, displays, and electronic papers. Electrochromic devices have a wide range of application areas, offering energy-saving devices, which have the advantage of very significant energy savings. This thesis study presents a method of titanium dioxide (TiO2) thin films, which were deposited in fluorine tin oxide/glass and indium tin oxide/glass substrates by thermionic vacuum arc (TVA). The deposited films phases were identified as anatase and rutile from X-ray diffractions. The bandgap of prepared samples has been found ~3.0 eV. The electrochromic properties of TiO2 thin films were investigated using cyclic voltammograms and chronoamperometry studies. Electrochemical cation intercalation was promoted using 0.1 M LiClO4 in propylene carbonate. In this work, the amount of inserted/extracted charge, diffusion coefficient, coloration efficiency, optical modulation and reversibility was calculated. The best results were obtained from TiO2/FTO sample with 18.6 cm2/C coloration efficiency and 8% optical modulation. Though this work it is the first time to work with the TVA system in the production of electrochromic devices, the coloration efficiency yield of the device we made is higher than the current literature and these results promise hope.