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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.75.2015.tde-03062015-085927
Documento
Autor
Nome completo
Juliana Ramos de Andrade
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2015
Orientador
Banca examinadora
Cavalheiro, Carla Cristina Schmitt (Presidente)
Nogueira, Ana Flavia
Oliveira, Adilson Jesus Aparecido de
Bernardez, Andréa Simone Stucchi de Camargo Alvarez
Leite, Edson Roberto
Título em português
Desenvolvimento de dispositivos eletrocrômicos
Palavras-chave em português
dispositivos eletrocrômicos.
eletrodeposição
Filmes finos
WO3
Resumo em português

Foram estudados os filmes finos eletrocrômicos de WO3, MoO3 e PEDOT:PSS e aplicados em pequenos dispositivos eletrocrômicos. Os filmes finos de WO3 foram produzidos por meio do processo de eletrodeposição galvanostática a partir de um sol de ácido peroxotungstênico. Realizaram-se dois estudos de eletrodeposição dos filmes de WO3: 1º) produziu-se filmes em diferentes correntes -0,45 -0,50, -0,60 e -1,0 mA com tempo de 600 segundos; 2º) produziu-se filmes variando os tempos de eletrodeposição de 100, 200, 300, 400, 500 e 600 s com corrente de -0,45 mA. O tratamento térmico foi efetuado a 120 ºC por 1 hora. Os filmes de WO3 eletrodepositados com corrente -0,45 mA no tempo de 600 s foram estudados com maiores detalhes. Os filmes com espessura de 140 nm apresentaram mudança na coloração de transparente para azul em resposta a aplicação de potencial de -1,0 a 1,0 V. A variação em transmitância foi medida no visível (λ = 633 nm) resultando em ΔT = 61 %. A densidade de carga foi de 35 mC/cm2 e a estabilidade eletroquímica foi de até 3.000 ciclos. As medidas de difração de raios-X mostraram que a estrutura dos filmes de WO3 é amorfa e as imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) evidenciaram uma superfície homogênea e sem rachaduras. O filme de PEDOT:PSS depositado por dip-coating apresentou uma espessura em torno de 400 nm, mudança de coloração de azul para transparente com a aplicação do potencial de -1,0 a 1,0 V e ΔT= 50 % para o filme de uma camada. Os filmes de MoO3 foram depositados pela técnica de spin-coating e avaliados conforme o número de camadas (1 a 10 camadas) sendo os melhores resultados foram obtidos para a amostra composta por 9 camadas. Este filme apresentou densidade de carga em torno de 25 mC/cm2 e uma mudança de cor de transparente (T= 80%) para azul (T=38%) após a aplicação de potencial de 1,5 e -1,5 V, respectivamente. Foram confeccionados e estudados dispositivos eletrocrômicos (ECDs) com os filmes finos de WO3 e PEDOT:PSS, eletrólitos poliméricos a base de hidroxipropilcelulose (HPC) e goma gelana (GGLA) e contra eletrodo de CeO2-TiO2. As melhores respostas óticas foram obtidas com o dispositivo eletrocrômico WO3/HPC/CeO2-TiO2, sendo ΔT=29% e a densidade de carga de 12 mC/cm2. A melhor estabilidade em função do número de ciclos de coloração/descoloração de 5.500 foi obtido com o dispositivo eletrocrômico WO3|GGLA-PVP-NHS|CeO2-TiO2 com glicerol.

Título em inglês
Development of electrochromic devices
Palavras-chave em inglês
electrochromic devices
electrodeposition
Thin films
WO3
Resumo em inglês
Electrochromic WO3, MoO3 and PEDOT: PSS thin films were deposited and characterized. WO3 thin films were produced using the galvanostatic electrodeposition process from peroxotungstic acid sol. There were two studies of electrodeposition of WO3 films: 1) films were produced in different streams -0.45 -0.50, -0.60 and -1.0 mA with a time of 600 seconds, and 2) produced films were electrodeposited varying times 100, 200, 300, 400, 500 and 600 s with a current of -0.45 mA. The heat treatment was performed at 120 °C for 1 hour. The WO3 films electrodeposited with -0.45 mA current for 600 s were chosen and studied deeply. These films with a thickness of 140 nm showed change in color from transparent to blue in response to applied potential of -1.0 to 1.0 V. The variation in transmittance was measured at λ = 633 nm, resulting in ΔT = 61%, charge density of about 35 mC/cm2 and electrochemical stability up to 3,000 cycles. X-ray diffractograms showed that the structure of the films is amorphous and scanning electron microscopy (SEM) images showed a homogeneous surface without cracks. The film of PEDOT: PSS deposited by dip-coating had a thickness around 400 nm, color change from blue to transparent upon applied potential of -1.0 to 1.0 V and ΔT = 50% for the one layer film. The MoO3 films were deposited by spin-coating and evaluated as the number of layers (1 to 10 layers) appointing the best results for the sample with 9 layers. This displayed the charge density of around 25 mC/cm2 and a color change from transparent (T = 80%) to blue (T = 38%) after applying the potential of 1.5 and -1.5 V, respectively. Furthermore, the electrochromic devices containing WO3 and/or PEDOT: PSS thin films, polymer electrolytes based cellulose and/or gellan gum and counter electrode of CeO2-TiO2 were assembled and characterized. The best responses of ΔT = 29% and charge density of 12 mC/cm2 were obtained for the electrochromic device with WO3/cellulose/CeO2-TiO2 configuration. However, the best coloring/bleaching stability of 5,500 cycles was obtained with the electrochromic device WO3|GGLA-PVP-NHS|CeO2-TiO2 with glycerol configuration.
 
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Data de Publicação
2015-06-03
 
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