Вплив використовуваного полівінілового спирту різних марок на електрохромні властивості композитних плівок Ni(OH)2-ПВС

Автор(и)

  • Valerii Kotok Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005 В’ятський державний університет вул. Московська, 36, м. Кіров, Російська Федерація, 610000, Україна https://orcid.org/0000-0001-8879-7189
  • Vadym Kovalenko Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005 В’ятський державний університет вул. Московська, 36, м. Кіров, Російська Федерація, 610000, Україна https://orcid.org/0000-0002-8012-6732

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.214239

Ключові слова:

електрохромний пристрій, електрохромізм, електрохімічне осадження, гідроксид нікелю, полівініловий спирт, ацетатна група, гідрофільність, гідрофобність, адгезія, темплат

Анотація

Плівки на основі оксидів та гідроксидів нікелю (ІІ) використовуються у електрохромних елементах як один з активних матеріалів, що змінює свої оптичні характеристики під дією електричного струму. Електрохімічне нанесення, завдяки якому можуть формуватись композитні плівки Ni(OH)2- полівініловий спирт (ПВС) на електропровідні субстрати, може стати альтернативою дорогих вакуумних методів. Представлене дослідження присвячене вивченню та покращенню електрохімічного методу осадження електрохромних композитних плівок Ni(OH)2-ПВС.

Приведене дослідження ілюструє вплив марки використовуваного полівінілового спирту на основні якісні характеристики електрохромних композитів Ni(OH)2-ПВС. Для дослідження використані чотири марки ПВС: 17–99, 24–99, 30–99 та 30–88, які розрізняються за в’язкістю розчинів та ступенем гідролізу. Нанесення було реалізовано електрохімічним методом у присутності перелічених розчинених у електроліті марках полімерів.

У результаті проведення дослідження показано, що властивості електрохромних плівок залежать від використовуваної марки ПВС – в більшій мірі від ступеня гідролізу і в меншій від молекулярної маси полімеру вираженою через в'язкість. Аналіз отриманих даних дозволив стверджувати, що ступінь гідролізу ПВС має більший вплив на кінцеві характеристики плівок, чим в’язкість розчинів. Тим не менш в’язкість теж впливає на властивості при чому було виявлено, що є деякий оптимум для цієї величини. При цьому оптимальним, з точки зору характеристик одержуваних плівок, був ПВС із середньою в'язкістю (ПВС 24-99) серед полівінілових спиртів трьох марок з однаковим ступенем гідролізу. Отримані результати дозволили рекомендувати використовувати ПВС з середньою в’язкістю зі ступеню гідролізу менше 99 %. На основі літературних даних зроблені припущення, які дозволяють пояснити отримані результати через зміну гідрофобності плівки та властивості прозорого SnO2:F шару на склі

Біографії авторів

Valerii Kotok, Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005 В’ятський державний університет вул. Московська, 36, м. Кіров, Російська Федерація, 610000

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра процесів і апаратів, та загальної хімічної технології

Старший науковий співробітник

Центр компетенцій «Екологічні технології та системи»

Vadym Kovalenko, Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005 В’ятський державний університет вул. Московська, 36, м. Кіров, Російська Федерація, 610000

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра аналітичної хімії та хімічної технології харчових добавок і косметичних засобів

Старший науковий співробітник

Центр компетенцій «Екологічні технології та системи»

Посилання

  1. Tong, Z., Liu, S., Li, X., Zhao, J., Li, Y. (2018). Self-supported one-dimensional materials for enhanced electrochromism. Nanoscale Horizons, 3 (3), 261–292. doi: https://doi.org/10.1039/c8nh00016f
  2. Zhou, D., Xie, D., Xia, X., Wang, X., Gu, C., Tu, J. (2016). All-solid-state electrochromic devices based on WO3||NiO films: material developments and future applications. Science China Chemistry, 60 (1), 3–12. doi: https://doi.org/10.1007/s11426-016-0279-3
  3. Ko, I. J., Park, J. H., Kim, G. W., Lampande, R., Kwon, J. H. (2019). An optically efficient full-color reflective display with an electrochromic device and color production units. Journal of Information Display, 20 (3), 155–160. doi: https://doi.org/10.1080/15980316.2019.1649310
  4. Jamdegni, M., Kaur, A. (2020). Highly efficient dark to transparent electrochromic electrode with charge storing ability based on polyaniline and functionalized nickel oxide composite linked through a binding agent. Electrochimica Acta, 331, 135359. doi: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135359
  5. Nicoletta, F. P., Chidichimo, G., Cupelli, D., De Filpo, G., De Benedittis, M., Gabriele, B. et. al. (2005). Electrochromic Polymer-Dispersed Liquid-Crystal Film: A New Bifunctional Device. Advanced Functional Materials, 15 (6), 995–999. doi: https://doi.org/10.1002/adfm.200400403
  6. Oikawa, M., Onodera, R., Seki, S., Yamada, K., Harada, E., Sawada, Y. et. al. (2013). Transparent-mirror-black three-way electrochromic smart window composed of a pair of ITO-coated flexible plastic films. Proceedings of the International Display Workshops, 2, 1351–1352.
  7. Cupelli, D., De Filpo, G., Chidichimo, G., Nicoletta, F. P. (2006). The electro-optical and electrochromic properties of electrolyte-liquid crystal dispersions. Journal of Applied Physics, 100 (2), 024515. doi: https://doi.org/10.1063/1.2219696
  8. Yasutake, M., Takatsudo, M., Tamura, T., Yamada, K., Kamiya, T., Hirose, T. (2017). Development of Liquid Crystal Materials Having an Anthraquinone and Bithiophene Moieties, and Their Electrochromic Properties. Electrochemistry, 85 (12), 768–774. doi: https://doi.org/10.5796/electrochemistry.85.768
  9. Lampert, C. M. (2004). Chromogenic smart materials. Materials Today, 7 (3), 28–35. doi: https://doi.org/10.1016/s1369-7021(04)00123-3
  10. Ghosh, A., Norton, B. (2019). Optimization of PV powered SPD switchable glazing to minimise probability of loss of power supply. Renewable Energy, 131, 993–1001. doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.07.115
  11. Park, K.-W., Song, Y.-J., Lee, J.-M., Han, S.-B. (2007). Influence of Pt and Au nanophases on electrochromism of WO3 in nanostructure thin-film electrodes. Electrochemistry Communications, 9 (8), 2111–2115. doi: https://doi.org/10.1016/j.elecom.2007.05.027
  12. Kotok, V., Kovalenko, V. (2020). A study of the increased temperature influence on the electrochromic and electrochemical characteristics of Ni(OH)2-PVA composite films. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (6 (105)), 6–12. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.205352
  13. Solovov, V. A., Nikolenko, N. V., Kovalenko, V. L., Kotok, V. A., Burkov, A. А., Kondrat’ev, D. A. et. al. (2018). Synthesis of Ni(II)-Ti(IV) Layered Double Hydroxides Using Coprecipitation At High Supersaturation Method. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 13 (24), 9652–9656.
  14. Kotok, V. A., Kovalenko, V. L., Kovalenko, P. V., Solovov, V. A., Deabate, S., Mehdi, A. et. al. (2017). Advanced electrochromic Ni(OH)2/PVA films formed by electrochemical template synthesis. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 12 (13), 3962–3977.
  15. Kotok, V. A., Malyshev, V. V., Solovov, V. A., Kovalenko, V. L. (2017). Soft Electrochemical Etching of FTO-Coated Glass for Use in Ni(OH)2-Based Electrochromic Devices. ECS Journal of Solid State Science and Technology, 6 (12), P772–P777. doi: https://doi.org/10.1149/2.0071712jss
  16. Polyvinyl Alcohol (PVA) Price Analysis. Available at: https://www.echemi.com/productsInformation/pd20150901224-polyvinyl-alcohol.html#:~:text=Reference%20price%20of%20Polyvinyl%20Alcohol,on%202020%2D03%2D12.&text=Reference%20price%20of%20Polyvinyl%20Alcohol%20(PVA)%20is%202084.262USD%2F,on%202020%2D03%2D11
  17. Murovhi, P., Tarimo, D. J., Oyedotun, K. O., Manyala, N. (2020). High specific energy asymmetric supercapacitor based on alpha-manganese dioxide/activated expanded graphite composite and activated carbon-polyvinyl alcohol. Journal of Energy Storage, 32, 101797. doi: https://doi.org/10.1016/j.est.2020.101797
  18. Guo, L., Ma, W.-B., Wang, Y., Song, X.-Z., Ma, J., Han, X.-D. et. al. (2020). A chemically crosslinked hydrogel electrolyte based all-in-one flexible supercapacitor with superior performance. Journal of Alloys and Compounds, 843, 155895. doi: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.155895
  19. Li, Q., Cui, X., Pan, Q. (2019). Self-Healable Hydrogel Electrolyte toward High-Performance and Reliable Quasi-Solid-State Zn–MnO2 Batteries. ACS Applied Materials & Interfaces, 11 (42), 38762–38770. doi: https://doi.org/10.1021/acsami.9b13553
  20. Hatemura, K., Maesowa, S., Komoto, T., Endo, N., Higa, M. (2005). Preparation and characterization of solid polymer electrolytes for DMFC prepared from poly (vinyl alcohol) and polyanion. Polymer Preprints, Japan, 54 (2), 4529–4530. Available at: https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-33645558423&origin=inward&txGid=a8e9e11c1295bd7f2e14bbd37457afe4
  21. Meng, N., Wang, X., Xin, B., Chen, Z., Liu, Y. (2018). Preparation, structure and electrochromic behavior of PANI/PVA composite electrospun nanofiber. Textile Research Journal, 89 (12), 2490–2499. doi: https://doi.org/10.1177/0040517518797345
  22. Ganesh, G. P. T., Deb, B. (2017). Designing an All‐Solid‐State Tungsten Oxide Based Electrochromic Switch with a Superior Cycling Efficiency. Advanced Materials Interfaces, 4 (14), 1700124. doi: https://doi.org/10.1002/admi.201700124
  23. Ye, T., Zou, Y., Xu, W., Zhan, T., Sun, J., Xia, Y. et. al. (2020). Poorly-crystallized poly(vinyl alcohol)/carrageenan matrix: Highly ionic conductive and flame-retardant gel polymer electrolytes for safe and flexible solid-state supercapacitors. Journal of Power Sources, 475, 228688. doi: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228688
  24. Ben, J., Song, Z., Liu, X., Lü, W., Li, X. (2020). Fabrication and Electrochemical Performance of PVA/CNT/PANI Flexible Films as Electrodes for Supercapacitors. Nanoscale Research Letters, 15(1). doi: https://doi.org/10.1186/s11671-020-03379-w
  25. Polivinilovyj spirt (PVS, PVOH, PVC, PVAL). Available at: http://silkor.com.ua/ru/polyvinyl-alcohol/pvs-polyvinilovyj-spirt-18-88.html
  26. Kuraray Poval Tm & Exceval Tm. Available at: https://www.kuraray-poval.com/fileadmin/user_upload/KURARAY_POVAL/technical_information/grades_by_region/grades_poval/TDS_KURARAYPOVAL_RUSSIAN_08.04.2020.pdf
  27. Henderson, B., Loveridge, N., Robertson, W. R. (1978). A quantitative study of the effects of different grades of polyvinyl alcohol on the activities of certain enzymes in unfixed tissue sections. The Histochemical Journal, 10 (4), 453–463. doi: https://doi.org/10.1007/bf01003008
  28. Martiyanovа, O. S., Govyazin, I. O. (2019). Analogues-grades of polyvinyl alcohol comparison and its effect on print paper properties. Forestry Bulletin, 23 (3), 101–106. doi: https://doi.org/10.18698/2542-1468-2019-3-101-106
  29. Toxqui-López, S., Olivares-Pérez, A., Marroquín-Ramírez, J., Fuentes-Tapia, I. (2018). Effect of degree of hydrolysis of polyvinyl alcohol on the diffraction efficiency from the gratings recorded in polyvinyl alcohol with ferric chloride films. Practical Holography XXXII: Displays, Materials, and Applications. doi: https://doi.org/10.1117/12.2291050
  30. Kotok, V., Kovalenko, V. (2018). Investigation of the properties of Ni(OH)2 electrochrome films obtained in the presence of different types of polyvinyl alcohol. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (6 (94)), 42–47. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.140560
  31. Kotok, V. A., Kovalenko, V. L., Zima, A. S., Kirillova, E. A., Burkov, A. A., Kobylinska, N. G. et. al. (2019). Optimization of electrolyte composition for the cathodic template deposition of Ni(OH)2 -based electrochromic films on FTO glass. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 14 (2), 344–353.
  32. Kotok, V., Kovalenko, V. (2017). The electrochemical cathodic template synthesis of nickel hydroxide thin films for electrochromic devices: role of temperature. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (11 (86)), 28–34. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.97371
  33. Kotok, V. A., Kovalenko, V. L. (2019). Non-Metallic Films Electroplating on the Low-Conductivity Substrates: The Conscious Selection of Conditions Using Ni(OH)2 Deposition as an Example. Journal of The Electrochemical Society, 166 (10), D395–D408. doi: https://doi.org/10.1149/2.0561910jes
  34. O polivinilovom spirte. Available at: http://j-poval.ru/o-polivinilovom-spirte
  35. Lee, K.-T., Liu, D.-M., Liang, Y.-Y., Matsushita, N., Ikoma, T., Lu, S.-Y. (2014). Porous fluorine-doped tin oxide as a promising substrate for electrochemical biosensors—demonstration in hydrogen peroxide sensing. J. Mater. Chem. B, 2 (44), 7779–7784. doi: https://doi.org/10.1039/c4tb01191k
  36. Kotok, V., Kovalenko, V. (2018). A study of the effect of cycling modes on the electrochromic properties of Ni(OH)2 films. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(5 (96)), 62–69. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.150577
  37. Kotok, V., Kovalenko, V. (2018). Investigation of the electrochromic properties of Ni(OH)2 films on glass with ITO­Ni bilayer coating. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(5 (93)), 55–61. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133387
  38. Kotok, V., Kovalenko, V. (2018). A study of multilayered electrochromic platings based on nickel and cobalt hydroxides. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (12 (91)), 29–35. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.121679

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-10-23

Як цитувати

Kotok, V., & Kovalenko, V. (2020). Вплив використовуваного полівінілового спирту різних марок на електрохромні властивості композитних плівок Ni(OH)2-ПВС. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(6 (107), 58–65. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.214239

Номер

Том 5 № 6 (107) (2020): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Valerii Kotok, Vadym Kovalenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.