照片和电致变色的活化反应蒸发的属性薄膜生长在柔性基板

文摘

三氧化钼()薄膜生长到ITO-coated柔性聚酰亚胺薄膜基板使用等离子体辅助活化反应蒸发技术。这部电影口供进行恒定发光8 W和电力和氧气分压分别托。衬底温度的影响的微观结构和光学特性进行了研究。的薄膜制备的衬底温度523 K被发现是由均匀分布的纳米颗粒的斜方晶系的结构- - - - - -。这些纳米晶体薄膜表现出更高的光学透过率约80%的可见区域的光学带隙计算3.29 eV。12.5 mC /插入,40%的电影表现出光学调制在可见区域着色22的效率/ C的波长550 nm。的薄膜沉积在523 K更好的光致变色性质和所表现的颜色中心浓度最高的辐照时间30分钟在100 mW /。

1。介绍

在当前纳米科学和技术的时代,过渡金属氧化物(TMOs)构成一个有趣的和有前途的一类无机固体,收到大量固态/材料化学家的注意,由于新材料的特点。在各种过渡金属氧化物、三氧化钼()已经被认为是一种很有前途的和持续的宽的带隙材料由于其相当激励结构,化学、显色、催化、光学性质。特别是,斜方晶系的分层结构具有高电化学活性、高稳定性和良好的着色的效率很有用的电、照片和gasochromic工业应用。最近,纳米晶体的三氧化钼薄膜配置被认为是适应未来的显色材料作为活性层领域的先进的电致变色的窗口(1,2]。大部分的研究人员调查了广泛的微观结构和electro-photochromic属性薄膜生长在各种固体基质使用各种物理/化学蒸汽薄膜沉积技术,确保在设备效率和耐久性水平(3,4]。然而,目前的设计和制造薄膜涂层在柔性基板已经变成一个主要的挑战和全球尖端技术未来的新研究领域。这些柔性基板比固体独特的玻璃基板由于以下原因:(i)他们是灵活的,所以他们可以弯曲,坚持任何弯曲形状的对象,而不改变其基本属性,(2)他们是重量少了,和(3)携带方便,可以折叠。因此,在柔性基板上沉积薄膜涂层的相辅相成的爆炸科技突破微电子,电子信息显示、光存储器设备,和纳米技术。我们所知,报告没有在增长和铬的应用薄膜柔性基板上。此外,尽管各种物理气相沉积技术,活化反应蒸发(是)是plasma-assisted物理蒸汽薄膜沉积技术来增长近化学计量与更好的均匀性薄膜衬底温度较高的沉积率相对较低。在此沉积技术,反应主要发生在等离子体;因此,化学成分的电影可以控制通过改变反应物种的比例。因此,本调查旨在不断增长的三氧化钼薄膜上ITO-coated柔性聚酰亚胺薄膜基板使用自建活化反应蒸发技术,阐述其微观结构和光学特性作为衬底温度的函数()。电致变色的和纳米晶体的光致变色性质薄膜研究的有效利用电致变色的窗户。

2。实验的细节

等离子体辅助家庭建立活化反应蒸发技术是适应准备三氧化钼薄膜上ITO-coated灵活的聚酰亚胺薄膜基板。ITO透明导电涂层使用溅射沉积技术在聚酰亚胺柔性衬底上可达673 K作为底物(在目前的调查5]。一个常数和高密度的等离子体在两个电极之间成立8 W的发光功率和氧气分压分别托。这部电影口供进行了不同衬底温度从300 K到600 K。as-deposited的结构特点薄膜,研究了用掠入射x射线衍射(GIXRD)技术(塞弗特计算机x射线衍射仪、模型3003 TT)的掠入射角度。原子力显微镜(AFM)(3100系列数字仪表:维度)是用于研究表面形态的电影在一个简单的联系人的操作模式。光学测量是由日立u - 3400 UV-Vis-NIR中双光束分光光度计波长300 - 1500纳米的范围。电致变色的研究被干lithiation调查方法,光致变色行为是研究用100 W钨灯照亮了标本。在光照强度的辐射表面的电影是保持在100 mW /。

3所示。结果与讨论

3.1。结构研究

图1显示了x射线衍射模式薄膜生长在不同衬底温度保持恒定的辉光功率和氧气分压的8 W和分别托。电影在室温下存放被发现是无定形的,和结晶的出现电影是观察在473 K左右。这可能是由于动能的增加等离子体的电离物种的存在(这是高于蒸发物种的动能在热蒸发),这增强了ad-atom流动性在衬底表面。结晶度的提高电影中观察到的增强衬底温度523 K的价值就越高。因此,电影表现出的各自的GIXRD模式(020),(110),(040)和(060)布喇格反射,晶格参数的评估,,是在良好的协议与粉末衍射数据和归因于的斜方晶系的结构吗(JCPDS卡片。05 - 0508)。微晶大小估计使用谢勒的公式,发现大约65海里的电影沉积在523 K。

3.2。表面的研究

三氧化钨薄膜的表面地形调查进行了衬底温度的函数使用原子力显微镜(AFM)。光滑、无特色的AFM表面形态图像电影长大的支持非晶性质的电影。的薄膜沉积在衬底温度523 K(见图2)观察到由针状的约60海里的形态和纳米尺度的颗粒紧密地融合在一起,和均方根表面粗糙度的电影是3海里。电影的表面形态特征对温度的依赖关系可以解释如下。蒸发物种相互作用建立了等离子体和达到的表面基质维持在较高的衬底温度(),获得更大的热能和流动性。这个过程导致的增强扩散距离,启动成核,并增加了岛形成为了增长连续的电影。

3.3。光和电致变色的特性

活化反应蒸发的光学透过率特性研究了三氧化钼薄膜衬底温度的函数。基本吸收对应透光率的大幅减少注意到在300 - 400纳米波长范围。的电影成长较低的衬底温度观察光蓝颜色表示的存在缺氧的电影。光学透射率的增加电影的注意到随着衬底温度的增加价值越高,和观察到的基本吸收边缘转向低波长,通过指示增加光学带隙值。纳米晶体的三氧化钼薄膜生长表现出更高的光学透光率80%的可见区域如图3。估计光学带隙值从3.18 eV增加到3.29 eV随着衬底温度的增加从300 K到523 K值越高,分别。光学带隙值的增加作为衬底温度的函数可以解释如下。的电影准备以较低的衬底温度()可能包含减少氧化态的“莫”等和州氧气空位形成密切相关的沉积期间的电影。这些氧离子空位出现在电影能够捕获一个或两个电子,因此激发态的电子被困网站开始重叠与空“4 d”国家相邻网站。合成,氧气空缺被电子作为捐赠中心,形成一个狭窄的捐赠者乐队在禁止差距约0.3电动汽车传导带以下。这捐赠乐队深深延伸到主带隙,导致较低的非晶态的光学带隙值电影发展较低的衬底温度。随着衬底温度的增加价值更高,缺氧的电影减少和负责的退化州电影(6]。

电致变色的研究进行了纳米晶体薄膜沉积在在ITO-coated柔性基板使用干lithiation方法(7]。在这种方法中,粉在真空热处理驱逐锂原子,插入薄膜保持在373 K的温度,给色彩的电影。相应的光学调制在光透射比彩色电影的状态如图3。当锂原子到达暴露出来薄膜表面,扩散到电影,成为负责以下反应: 厚度没有变化的电影后锂离子插进电影证实的扩散离子进入电影。然而,电影的颜色出现蓝色的插入离子相似电影lithiated使用湿法。石英监视器用于膜厚度的测量和lithiation过程控制。电影的厚度和锂插入到电影的数量是衡量监测的频率改变石英晶体的质量,分别和李层沉积。lithiation的程度是衡量注意石英晶体厚度的变化(有效质量)对电化学插入和校准。最大的色彩研究是20 nm有效质量厚度大约12.5 mC /相对应的锂从电化学方法多种多样。这些电影显示平均光学调制在可见的地区(40%),和颜色(CE)的效率电影是评估通过使用关系,其中OD是光学密度和(mC)是在染色周期中电荷注入。的电影在证明了最大CE值22/ C的波长()比传统的550海里电影。许et al。8]报道45%的光学调制颜色23.7的效率/ C的波长550纳米溶胶-凝胶法spin-coated在573 K薄膜退火,Sivakumar et al。9]报道最大颜色30的效率在波长633 nm / C电子束蒸发了薄膜生长到FTO-coated玻璃基板在室温下。在设置过程中,电子注入纳米晶体电影在钼原子从而创建本地化网站和极化周围晶格形成小极化子。结果,小重叠出现相对应的波函数相邻站点之间的导电极化子的形成。入射光子吸收这些小极化子,可以跳的网站一个相邻的(intervalence电荷转换)的吸收入射光子能量。因此,电镀铬纳米晶体薄膜是由于小极化子的吸收。

3.4。光致变色性质

沉积纳米晶体的光致变色性质薄膜进行了辐照时间间隔的函数从10分钟到150分钟。图4表明as-deposited的光学吸收谱和辐照ITO-coated聚酰亚胺薄膜/样本。广泛的观察到微弱的吸收带近850海里as-deposited电影。观察到的宽带吸收强度随照射时间的增加增加。这些电影往往会增加离子辐照的空缺()由于捕获释放电子的氧空位。吸收带的峰值在850海里(1.46 eV) G-band可能归因于类型的水平接近传导带的底部。辐照后的颜色电影起源于电子从价氧2 p轨道的转移到空的(4 d)水平产生的公司更低的价在晶格内。电影的颜色变化从浅蓝到深蓝颜色随照射时间的增加。因此,被困的照明产生的自由电子离子空缺从而形成颜色中心。颜色中心浓度估计的估计使用Smakula的方程。折射率的值和振子强度分别为1.9和0.18。积分计算的光谱范围400 - 1200 nm,颜色中心生成通过使用高斯近似如图4。最大的吸收G-band位于近红外区域(<我>≈ )被认为是起源于intervalence电子转移局部过渡金属离子。这吸收带的形状将高斯从intervalence转移模型。不对称形状的光谱被解释为随机的存在潜在的波动的电影。图5显示颜色的变异中心浓度与辐照时间电影。中心显示颜色的浓度与辐照时间非线性变化。灵活的聚酰亚胺薄膜/、样品辐照30分钟表现出色彩中心的浓度最高。从图5,很明显,有一个时间阈值浓度达到最大值。当电影辐照超出阈值的时候,颜色中心浓度明显降低由于颜色中心的毁灭。

4所示。结论

的纳米晶体薄膜沉积用房子,活化反应蒸发技术。电影在衬底温度523 K斜方晶系的结构,观察晶粒生长与3 nm均方根粗糙度针状的形态,这可能略有减少电致变色的属性。的as-deposited电影在衬底温度523 K显示近80%的光学透过率在可见区域,表明40%的光学调制在电致变色的研究与着色22的效率/ C的波长550 nm。的纳米晶体电影准备到灵活的聚酰亚胺薄膜基板展示了更好的最大颜色中心浓度的光致变色性质强烈的辐射暴露30分钟时100 mW /。

承认

ITO涂料的发展一直支持西班牙教育部和科学通过tec2007 - 66506 - co2 - 01 /麦克风项目。

引用

1. c . g . Granqvist e .阿根廷,a . azen牌”电致变色的涂料和设备:调查的一些最新进展,”<我>薄固体电影,卷442,不。1 - 2、201 - 211年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. a·k·普拉萨德·d·j . Kubinski和p i Gouma比较溶胶-凝胶法和离子束沉积<米ath id="M92" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> MoO 3 薄膜气体传感器选择性氨检测。”<我>传感器和执行器B,卷93,不。1 - 3,25 - 30,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. n Miyata t铃木,r .高手,“蒸发氧化钼的物理性质的电影,”<我>薄固体电影卷,281 - 282。1 - 2、218 - 222年,1996页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. o·m·侯赛因和k . s . Rao”活化反应蒸发的特性<米ath id="M93" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> MoO 3 薄膜气体传感器应用程序。”<我>材料化学与物理,卷80,不。3、638 - 646年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. Guillen c . j .写到,“多晶生长和再结晶过程在气急败坏的ITO薄膜,”<我>薄固体电影,卷510,不。1 - 2、260 - 264年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. t . s .西安和g . b . Reddy红外光谱研究Mg夹层的水晶<米ath id="M94" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> MoO 3 薄膜,”<我>应用表面科学,卷236,不。1 - 4、1 - 5,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. g . Beydaghyan g·巴德,p . v . Ashrit“电致变色和dry-lithiated纳米三氧化钨薄膜的形态调查,“<我>薄固体电影,卷516,不。8,1646 - 1650年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. c。许,c c。Chan H.-T。黄,学术界。彭和观测。许”,电致变色的纳米晶体的性质<米ath id="M95" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> MoO 3 薄膜,”<我>薄固体电影,卷516,不。15日,第4844 - 4839页,2008年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. r . Sivakumar p . Manisankar m . Jayachandran和c . Sanjeeviraja夹层研究电子束蒸发<米ath id="M96" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> MoO 3 电影对于电化学设备,”<我>太阳能材料和太阳能电池,卷90,不。15日,第2448 - 2438页,2006年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权©2008 K。哈里克里希纳等。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。