NiO ince film bazlı elektrokromik kaplama/cihaz tasarımı, hazırlanması ve karakterizasyonu
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fizik Mühendisliği A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2017
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: GAMZE ATAK
Danışman: Özlem Duyar Coşkun
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Elektrokromizm temelde, elektrokromik malzeme üzerine uygulanan elektriksel gerilim ile tersinir olarak malzemenin optik özelliklerinin değişmesi mekanizmasıdır. Malzemenin rengi, optik geçirgenliği, yansıtması ve soğurganlığı gibi özellikleri değişmektedir. Optik özelliklerinin değişmesi görsel olarak kendini renk değişimi ile göstermektedir. Ekran, cam, ayna gibi temel kullanım alanı olan elektrokromik (EC) kaplamalar/aygıtlar günlük hayatımızda yerini almaya başlamıştır. Özellikle mevcut enerji kaynaklarının verimli kullanımının önemli olduğu günümüz şartlarında, güneş ışınımının etkin kullanımı bir başka deyişle enerji tasarrufunun sağlanmasında akıllı camlar ön plana çıkmaktadır. Mevcut kullanımda olan elektrokromik aygıtların kararlılık ve yaşam ömürleri ile ilgili sorunlar bu konuda araştırmaların hız kazanmasını sağlamaktadır. Geniş yüzeylerde renklenmenin/şeffaflaşmanın homojen olmayışı da çalışmaların bu alanda yapılmasını gerektirmektedir. 1980'li yıllardan bu yana çalışılan metal oksit elektrokromik malzemelerde halen renklenme mekanizması tam olarak anlaşılmamıştır. Kullanıcı kontrollü olarak anahtarlama süresinin ayarlanması da bir başka sorundur. Özellikle en çok çalışılan anodik elektrokromik malzemelerin başında gelen NiO ince filmlerde renklenme/şeffaflaşma sürecinin film büyütme parametrelerine göre optimize edilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada RF magnetron kopartma yöntemi ile hazırlanan ince filmlerin büyütme koşullarına bağlı olarak optimizasyonu yapılmıştır. Aygıt üretimi için kullanılacak NiO ince filmlerin optik, elektrokimyasal, yapısal özellikleri ayrıntılı olarak incelenmiştir. Bu amaçla farklı alttaş sıcaklıklarında, farklı kalınlıklarda, farklı argon kısmi basınçlarında, farklı RF kopartma güçlerinde, farklı oksijen ve hidrojen kısmi basınçlarında ve tavlama sıcaklıklarında NiO ince filmler hazırlanmıştır. Filmlerin elektrokromik özellikleri üzerinde çözelti molaritesinin, tarama hızının, çevrim sayısının etkisi incelenmiştir. Yüksek renklenme verimi ve optik modülasyon değerine sahip NiO ince filmlerde renklenme ve şeffaflaşma süreçlerinin anlaşılabilmesi için renkli ve şeffaf hallerde XPS ve XRD ölçümleri yapılmıştır. Tezin sonraki aşamasında, yüksek renklenme verimi ve optik modülasyona sahip NiO ince filmlerin kullanıldığı lamine ve tamamen katı hal ince film yapısında EC aygıt tasarlanarak, fabrikasyonları ve karakterizasyonları yapılmıştır. Bu amaçla aygıtlar içinde kullanılacak diğer katmanların da optik ve elektrokromik özellikleri incelenmiştir. Bu çalışmada NiO anodik elektrokromik katman olarak farklı konfigürasyonlara sahip özel tasarım elektrokromik aygıtların (ECD) fabrikasyonu yapılmıştır. ECD'ler lamine ve tamamen katı bir yapıda üretilmiştir. Aygıtlarda kullanılan tüm ince filmler RF magnetron kopartma tekniği kullanılarak büyütülmüştür. Aygıtlarda ITO ve WO3 ince filmleri sırasıyla şeffaf iletken katman ve katodik katman olarak kullanılmıştır. Islak ve kuru lityumlama süreçleri ticari uygulamalar için üretimi yapılacak EC aygıtlar için ayrıntılı olarak incelenmiştir. Propilen karbonat içinde çözünmüş lityum perklorat, propionik asit, potasyum klorat çözeltileri lamine ECD'ler için iyon iletken katman olarak seçilmiştir. Tamamen katı hal aygıtlar için, iyon iletken katman olarak ZrO2, Ta2O5 ve LiNbO3 gibi oksit ince filmler kullanılmıştır. Bu aygıtların elektrokromik performansı araştırılmıştır.