Дослідження можливості проведення селективної лазерної обробки тонких композитних електрохромних плівок Ni(OH)2-ПВС

Автор(и)

  • Валерій Анатолійович Коток Український державний хіміко-технологічний університет; В’ятський державний університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-8879-7189
  • Вадим Леонідович Коваленко Український державний хіміко-технологічний університет; В’ятський державний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-8012-6732

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.225355

Ключові слова:

лазерна обробка, селективна обробка, електрохромізм, електрохромне покриття, осадження, гідроксид нікелю, полівініловий спирт, адгезія

Анотація

Поверхню тонких композитних електрохромних плівок Ni(OH)2-полівініловий спирт, осаджених катодним темплатним методом на підложках із FTO стекла, запропоновано оброблювати за допомогою лазерного випромінювання. Обробка вказаних плівок здійснювалась в забарвленому стані лазерним променем напівпровідникового випромінювача з довжиною хвилі 650 нм (червоний) при тривалості імпульсу 3000 мкс, діаметр променя становив близько 40 мкм. Енергія в одиничній точці складала 37,5 Дж/см2.

У результаті була отримана плівка з отворами близько 80 мкм. Прозорі ділянки поверхні не проявляли електрохромних властивостей, що вказувало на відсутність вихідного електрохромного покриття.

Дослідження властивостей обробленої лазерним випромінюванням плівки у відповідності з певним малюнком показало, що характеристики композитних покриттів Ni(OH)2-полівініловий спирт значно змінилися. З одного боку, глибина затемнення плівок знизилася на кілька відсотків, з іншого боку, питомі електрохімічні характеристики значно зросли.

У дослідженні також було показано, що обробка лазерним випромінюванням не призводить до значних змін основних властивостей прозорого електропровідного шару – кольору та опору. До і після лазерної обробки поверхневий опір FTO скла складав відповідно 12,1 ± 0,9 і 14,4 ± 1,2 Ом/кв.

Крім того, було виявлено, що в результаті обробки плівок Ni(OH)2-полівініловий спирт поліпшується адгезія останньої до поверхні FTO скла.

Виходячи з отриманих даних, запропоновано селективний метод модифікування тонких забарвлених плівок, осаджених на прозорі електропровідні оксиди (FTO, ITO, AZO) видимим лазерним випромінюванням. Даний підхід в зміні властивостей плівок може бути корисний для напрямків, пов'язаних з розробкою сенсорів, мікроелектроніки, сонячних елементів, малогабаритних джерел струму, електродів з високою ефективністю та ін.

Біографії авторів

Валерій Анатолійович Коток , Український державний хіміко-технологічний університет; В’ятський державний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра процесів і апаратів, та загальної хімічної технології

Старший науковий співробітник

Центр компетенцій «Екологічні технології та системи»

Вадим Леонідович Коваленко , Український державний хіміко-технологічний університет; В’ятський державний університет

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. Ash, B., Nalajala, V. S., Popuri, A. K., Subbaiah, T., Minakshi, M. (2020). Perspectives on Nickel Hydroxide Electrodes Suitable for Rechargeable Batteries: Electrolytic vs. Chemical Synthesis Routes. Nanomaterials, 10 (9), 1878. doi: https://doi.org/10.3390/nano10091878
  2. Hall, D. S., Lockwood, D. J., Bock, C., MacDougall, B. R. (2015). Nickel hydroxides and related materials: a review of their structures, synthesis and properties. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 471 (2174), 20140792. doi: https://doi.org/10.1098/rspa.2014.0792
  3. Firat, Y. E. (2020). Influence of current density on Al:NiO thin films via electrochemical deposition: Semiconducting and electrochromic properties. Materials Science in Semiconductor Processing, 109, 104958. doi: http://doi.org/10.1016/j.mssp.2020.104958
  4. 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. URL: http://www.arpnjournals.org/jeas/research_papers/rp_2019/jeas_0119_7562.pdf
  5. Guo, Q., Yuan, J., Tang, Y., Song, C., Wang, D. (2021). Self-assembled PANI/CeO2/Ni(OH)2 hierarchical hybrid spheres with improved energy storage capacity for high-performance supercapacitors. Electrochimica Acta, 367, 137525. doi: http://doi.org/10.1016/j.electacta.2020.137525
  6. Kovalenko, V. L., Kotok, V. A., Sykchin, A., Ananchenko, B. A., Chernyad'ev, A. V., Burkov, A. A. et. al. (2020). Al3+ Additive in the nickel hydroxide obtained by high-temperature two-step synthesis: Activator or poisoner for chemical power source application? Journal of the Electrochemical Society, 167 (10). doi: http://doi.org/10.1149/1945-7111/ab9a2a
  7. Zeng, H., Zhang, W., Deng, L., Luo, J., Zhou, S., Liu, X. et. al. (2018). Degradation of dyes by peroxymonosulfate activated by ternary CoFeNi-layered double hydroxide: Catalytic performance, mechanism and kinetic modeling. Journal of Colloid and Interface Science, 515, 92–100. doi: http://doi.org/10.1016/j.jcis.2018.01.016
  8. Wang, Q., Wang, X., Tian, B. (2018). Catalytic performances of Ni/Fe layered double hydroxides fabricated via different methods in Fenton-like processes. Water Science and Technology, 77 (12), 2772–2780. doi: https://doi.org/10.2166/wst.2018.265
  9. Zhao, Z., Sun, Y., Song, J., Li, Y., Xie, Y., Cui, H. et. al. (2021). Highly sensitive nonenzymetic glucose sensing based on multicomponent hierarchical NiCo-LDH/CCCH/CuF nanostructures. Sensors and Actuators B: Chemical, 326, 128811. doi: https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.128811
  10. Gualandi, I., Tessarolo, M., Mariani, F., Arcangeli, D., Possanzini, L., Tonelli, D. et. al. (2020). Layered double hydroxide-modified organic electrochemical transistor for glucose and lactate biosensing. Sensors, 20 (12), 3453. doi: http://doi.org/10.3390/s20123453
  11. Zhao, J., Yang, H., Wu, W., Shui, Z., Dong, J., Wen, L. et. al. (2021). Flexible nickel–cobalt double hydroxides micro-nano arrays for cellular secreted hydrogen peroxide in-situ electrochemical detection. Analytica Chimica Acta, 1143, 135–143. doi: http://doi.org/10.1016/j.aca.2020.11.047
  12. Zhou, J., Min, M., Liu, Y., Tang, J., Tang, W. (2018). Layered assembly of NiMn-layered double hydroxide on graphene oxide for enhanced non-enzymatic sugars and hydrogen peroxide detection. Sensors and Actuators B: Chemical, 260, 408–417. doi: http://doi.org/10.1016/j.snb.2018.01.072
  13. Sun, J., Li, Y., Chen, C., Qi, T., Xia, D., Mao, W. et. al. (2018). Magnetic Ni/Fe layered double hydroxide nanosheets as enhancer for DNA hairpin sensitive detection of miRNA. Talanta, 187, 265–271. doi: https://doi.org/10.1016/j.talanta.2018.05.037
  14. Koussi-Daoud, S., Planchat, A., Renaud, A., Pellegrin, Y., Odobel, F., Pauporté, T. (2017). Solvent-Templated Electrodeposition of Mesoporous Nickel Oxide Layers for Solar Cell Applications. ChemElectroChem, 4 (10), 2618–2625. doi: https://doi.org/10.1002/celc.201700495
  15. Liu, X., He, Y., Zhang, G., Wang, R., Zhou, J., Zhang, L. et. al. (2020). Preparation and High Photocurrent Generation Enhancement of Self-Assembled Layered Double Hydroxide-Based Composite Dye Films. Langmuir, 36 (26), 7483–7493. doi: https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.0c01085
  16. Nie, Y., Yang, H., Pan, J., Li, W., Sun, Y., Niu, H. (2017). Synthesis of nano-Ni(OH)2/porous carbon composite as superior cathode materials for alkaline power batteries. Electrochimica Acta, 252, 558–567. doi: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.09.016
  17. Gonçalves, J. M., Martins, P. R., Araki, K., Angnes, L. (2021). Recent progress in water splitting and hybrid supercapacitors based on nickel-vanadium layered double hydroxides. Journal of Energy Chemistry, 57, 496–515. doi: https://doi.org/10.1016/j.jechem.2020.08.047
  18. Sun, H., Zhang, W., Li, J.-G., Li, Z., Ao, X., Xue, K.-H. et. al. (2021). Rh-engineered ultrathin NiFe-LDH nanosheets enable highly-efficient overall water splitting and urea electrolysis. Applied Catalysis B: Environmental, 284, 119740. doi: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2020.119740
  19. Cagnetta, G., Zhang, K., Zhang, Q., Huang, J., Yu, G. (2019). Augmented hydrogen production by gasification of ball milled polyethylene with Ca(OH)2 and Ni(OH)2. Frontiers of Environmental Science & Engineering, 13 (1). doi: https://doi.org/10.1007/s11783-019-1096-5
  20. Zhong, W., Huang, X., Lin, Y., Cao, Y., Wang, Z. (2021). Compact Co3O4/Co in-situ nanocomposites prepared by pulsed laser sintering as anode materials for lithium-ion batteries. Journal of Energy Chemistry, 58, 386–390. doi: https://doi.org/10.1016/j.jechem.2020.10.013
  21. Acord, K. A., Dupuy, A. D., Scipioni Bertoli, U., Zheng, B., West, W. C., Chen, Q. N. et. al. (2021). Morphology, microstructure, and phase states in selective laser sintered lithium ion battery cathodes. Journal of Materials Processing Technology, 288, 116827. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2020.116827
  22. Park, J., Jeon, C., Kim, W., Bong, S.-J., Jeong, S., Kim, H.-J. (2021). Challenges, laser processing and electrochemical characteristics on application of ultra-thick electrode for high-energy lithium-ion battery. Journal of Power Sources, 482, 228948. doi: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228948
  23. Li, Z., Jin, J., Yuan, Z., Yang, W. (2021). Surface modification of SiOx film anodes by laser annealing and improvement of cyclability for lithium-ion batteries. Materials Science in Semiconductor Processing, 121, 105300. doi: https://doi.org/10.1016/j.mssp.2020.105300
  24. Zhang, C., Peng, Z., Huang, C., Zhang, B., Xing, C., Chen, H. et. al. (2021). High-energy all-in-one stretchable micro-supercapacitor arrays based on 3D laser-induced graphene foams decorated with mesoporous ZnP nanosheets for self-powered stretchable systems. Nano Energy, 81, 105609. doi: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105609
  25. Olejnik, A., Śliwiński, G., Karczewski, J., Ryl, J., Siuzdak, K., Grochowska, K. (2021). Laser-assisted approach for improved performance of Au-Ti based glucose sensing electrodes. Applied Surface Science, 543, 148788. doi: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.148788
  26. Dotan, T., Berg, Y., Migliorini, L., Villa, S. M., Santaniello, T., Milani, P., Shacham-Diamand, Y. (2021). Soft and flexible gold microelectrodes by supersonic cluster beam deposition and femtosecond laser processing. Microelectronic Engineering, 237, 111478. doi: https://doi.org/10.1016/j.mee.2020.111478
  27. Nagle Travessa, D., Vilas Boas Guedes, G., Capella de Oliveira, A., Regina Cardoso, K., Roche, V., Moreira Jorge Jr, A. (2021). The effect of surface laser texturing on the corrosion performance of the biocompatible β-Ti12Mo6Zr2Fe alloy. Surface and Coatings Technology, 405, 126628. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.126628
  28. Chu, D., Yao, P., Huang, C. (2021). Anti-reflection silicon with self-cleaning processed by femtosecond laser. Optics & Laser Technology, 136, 106790. doi: https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2020.106790
  29. Kennedy-Hoyland, C., Aboud, D. G. K., Guermonprez, P., Kietzig, A.-M. (2021). Recovery behaviour of shape memory polymer with laser-inscribed hierarchical micro/nanoscale features. Applied Surface Science, 538, 147863. doi: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.147863
  30. Kotok, V., Kovalenko, V. (2020). A study of the influence of polyvinyl pyrrolidone concentration in the deposition electrolyte on the properties of electrochromic Ni(OH)2 films. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (6 (106)), 31–37. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.210857
  31. Kotok, V., Kovalenko, V., Kirillova, E., Efimov, A., Sykchin, A., Kamalov, K. et. al. (2020). Study of the Ni(OH)2 electrochromic properties of films deposited on fto glass with an additional conducting layer. EUREKA: Physics and Engineering, 4, 70–77. doi: https://doi.org/10.21303/2461-4262.2020.001359
  32. Kotok, V., Kovalenko, V. (2020). Study of the Mn2+ ions influence in the deposition electrolyte on the electrochromic properties of obtained Ni(OH)2 films. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (6 (103)), 12–17. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.194468
  33. Kotok, V., Kovalenko, V., Kovalenko, I., Stoliarenko, V., Vlasov, S., Ved, V. et. al. (2019). The study of activation impact during formation and testing of Ni(OH)2 electrochromic films in the presence of Al3+ and WO42- ions. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (5 (102)), 6–13. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.185822
  34. 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
  35. 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
  36. Pröll, J., Kim, H., Piqué, A., Seifert, H. J., Pfleging, W. (2014). Laser-printing and femtosecond-laser structuring of LiMn2O4 composite cathodes for Li-ion microbatteries. Journal of Power Sources, 255, 116–124. doi: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.12.132
  37. 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

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-02-26

Як цитувати

Коток , В. А., & Коваленко , В. Л. (2021). Дослідження можливості проведення селективної лазерної обробки тонких композитних електрохромних плівок Ni(OH)2-ПВС. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(12 (109), 6–15. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.225355

Номер

Том 1 № 12 (109) (2021): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Валерий Анатольевич Коток , Вадим Леонидович Коваленко

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.