Дослідження фізико-хімічних характеристик електрохромних плівок Ni(OH)2-ПВС на FTO склі при різній тривалості осадження

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
  • Rovil Nafeev Державний університет телекомунікацій, Україна https://orcid.org/0000-0003-2721-9718
  • Володимир Валентинович Вербицький Національний педагогічний університет імені М. П. Драгоманова; Національний еколого-натуралістичний центр учнівської молоді, Україна https://orcid.org/0000-0001-7045-8293
  • Олена Сергіївна Мельник Сумський національний аграрний університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-5763-0431
  • Ірина Леонідівна Плаксієнко Полтавський державний аграрний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-1002-4984
  • Дмитро Андрійович Cухомлин Український державний хіміко-технологічний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-5714-3454
  • Сергій Васильович Філоненко Полтавський державний аграрний університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-8360-8852
  • Анатолій Андрійович Кочерга Полтавський державний аграрний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-2076-4230
  • Наталія Петрівна Макарченко Український державний хіміко-технологічний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-0676-1148

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.242853

Ключові слова:

електрохромізм, електроосадження, гідроксид нікелю, полівініловий спирт, тривалість осадження, товщина покриття, адгезія

Анотація

Використання електрохромних елементів в «розумних» вікнах веде до значної економії електроенергії необхідної для охолодження приміщень. Проте, висока вартість цих пристроїв не дозволяє широко використовувати технологію. Оскільки вартість визначається витратними вакуумними методами нанесення, розробка інших більш дешевих методів нанесення шарів електрохромного елементу актуальна.

Було досліджено аспекти альтернативного вакуумним методам формування – катодного темплатного електрохімічного осадження композитних електрохромних плівок Ni(OH)2-ПВС.

Дослідження присвячено визначенню впливу тривалості осадження електрохромного шару на їх фізико-хімічні характеристики зокрема на оптичні і електрохімічні властивості. Осадження проводили на скло з нанесеним оксидом олова допованим фтором (FTO скло). Тривалість осадження була обрана рівною 5, 10, 20, 40, 60 і 80 хвилин.

В результаті проведення експериментів було показано, що оптимальною тривалістю осадження при вибраних умовах формування електрохромного шару є інтервал від 5 до 20 хвилин включно. Тривалість осадження в 40 хвилин не давала виграшу в оптичних характеристиках плівки. У той же час при тривалості осадження 60 і 80 хвилин електрохімічні та оптичні параметри різко знижувалися – зменшувалася глибина затемнення і незворотність при освітленні, а також питомі ємності процесів.

В процесі обробки даних були розраховані товщини плівок в залежності від тривалості осадження декількома варіантами. Порівняння отриманих графіків дозволило визначити приблизну кількість полівінілового спирту в електрохромному композитному покритті, а також оцінити вихід за струмом процесу електроосадження. При цьому об’єм полівінілового спирту у композиті приблизно дорівнює об’єму гідроксиду нікелю, а ефективності процесів осадження та забарвлення-знебарвлення Ni(OH)2 були приблизно 100 %

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»

Rovil Nafeev, Державний університет телекомунікацій

Кандидат фізико-математичних наук, доцент

Кафедра фізики

Володимир Валентинович Вербицький, Національний педагогічний університет імені М. П. Драгоманова; Національний еколого-натуралістичний центр учнівської молоді

Доктор педагогічних наук, професор

Кафедра медико-біологічних та валеологічних основ охорони життя і здоров'я

Директор

Олена Сергіївна Мельник, Сумський національний аграрний університет

Кандидат технічних наук, доцент, старший науковий співробітник

Науково-дослідна частина

Ірина Леонідівна Плаксієнко, Полтавський державний аграрний університет

Кандидат хімічних наук, доцент

Кафедра екології, збалансованого природокористування та захисту довкілля

Дмитро Андрійович Cухомлин, Український державний хіміко-технологічний університет

Кандидат хімічних наук, доцент

Кафедра фізичної хімії

Сергій Васильович Філоненко, Полтавський державний аграрний університет

Кандидат сільськогосподарських наук, доцент

Кафедра рослинництва

Анатолій Андрійович Кочерга, Полтавський державний аграрний університет

Кандидат сільськогосподарських наук, доцент

Кафедра рослинництва

Наталія Петрівна Макарченко, Український державний хіміко-технологічний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технології неорганічних речовин та екології

Посилання

  1. Deb, S. K. (1987). Some Perspectives On Electrochromic Device Research. Materials and Optics for Solar Energy Conversion and Advanced Lightning Technology. doi: https://doi.org/10.1117/12.936663
  2. Green, M., Richman, D. (1974). A solid state electrochromic cell – the RbAg4I5/WO3 system. Thin Solid Films, 24 (2), S45–S46. doi: https://doi.org/10.1016/0040-6090(74)90189-8
  3. About SageGlass. Available at: https://www.sageglass.com/en/company
  4. Electronically Dimming Glass From Boeing's Dreamliner Is Headed For Your Next Car. Available at: https://www.motortrend.com/news/electrochromic-glass-gentex-boeing-dreamliner-future-tech/
  5. Hardiman, J. (2021). Why The Boeing 787 Has Dimmable Windows. Simple Flying. Available at: https://simpleflying.com/boeing-787-dimmable-windows-why/
  6. Smart Windows: Energy Efficiency with a View. Available at: https://www.nrel.gov/news/features/2010/1555.html
  7. Smart windows: electrochromic windows for building optimization. Available at: https://www.sageglass.com/sites/default/files/masdar_technology_journal_issue_5_september_2018_smart_windows.pdf
  8. Shchegolkov, A. V., Jang, S.-H., Shchegolkov, A. V., Rodionov, Y. V., Sukhova, A. O., Lipkin, M. S. (2021). A Brief Overview of Electrochromic Materials and Related Devices: A Nanostructured Materials Perspective. Nanomaterials, 11 (9), 2376. doi: https://doi.org/10.3390/nano11092376
  9. Cheng, W., Moreno-Gonzalez, M., Hu, K., Krzyszkowski, C., Dvorak, D. J., Weekes, D. M. et. al. (2018). Solution-Deposited Solid-State Electrochromic Windows. iScience, 10, 80–86. doi: https://doi.org/10.1016/j.isci.2018.11.014
  10. 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. Available at: http://www.arpnjournals.org/jeas/research_papers/rp_2017/jeas_0717_6156.pdf
  11. 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
  12. Wruck, D. A., Dixon, M. A., Rubin, M., Bogy, S. N. (1991). As‐sputtered electrochromic films of nickel oxide. Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films, 9 (4), 2170–2173. doi: https://doi.org/10.1116/1.577245
  13. Velevska, J., Ristova, M. (2002). Electrochromic properties of NiOx prepared by low vacuum evaporation. Solar Energy Materials and Solar Cells, 73 (2), 131–139. doi: https://doi.org/10.1016/s0927-0248(01)00118-0
  14. Kotok, V., Kovalenko, V. (2017). Electrochromism of Ni(OH)2 films obtained by cathode template method with addition of Al, Zn, Co ions. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (12 (87)), 38–43. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.103010
  15. Kotok, V., Kovalenko, V. (2021). A study of the possibility of conducting selective laser processing of thin composite electrochromic Ni(OH)2-PVA films. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (12 (109)), 6–15. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.225355
  16. Zhou, J., Luo, G., Wei, Y., Zheng, J., Xu, C. (2015). Enhanced electrochromic performances and cycle stability of NiO-based thin films via Li–Ti co-doping prepared by sol–gel method. Electrochimica Acta, 186, 182–191. doi: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2015.10.154
  17. Yu, J.-H., Nam, S.-H., Gil, Y. E., Boo, J.-H. (2020). The effect of ammonia concentration on the microstructure and electrochemical properties of NiO nanoflakes array prepared by chemical bath deposition. Applied Surface Science, 532, 147441. doi: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.147441
  18. Sonavane, A. C., Inamdar, A. I., Shinde, P. S., Deshmukh, H. P., Patil, R. S., Patil, P. S. (2010). Efficient electrochromic nickel oxide thin films by electrodeposition. Journal of Alloys and Compounds, 489 (2), 667–673. doi: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.09.146
  19. Kamal, H., Elmaghraby, E. K., Ali, S. A., Abdel-Hady, K. (2005). The electrochromic behavior of nickel oxide films sprayed at different preparative conditions. Thin Solid Films, 483 (1-2), 330–339. doi: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2004.12.022
  20. Carpenter, M. K., Conell, R. S., Corrigan, D. A. (1987). The electrochromic properties of hydrous nickel oxide. Solar Energy Materials, 16 (4), 333–346. doi: https://doi.org/10.1016/0165-1633(87)90082-7
  21. Dalavi, D. S., Suryavanshi, M. J., Patil, D. S., Mali, S. S., Moholkar, A. V., Kalagi, S. S. et. al. (2011). Nanoporous nickel oxide thin films and its improved electrochromic performance: Effect of thickness. Applied Surface Science, 257 (7), 2647–2656. doi: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.10.037
  22. Sahu, D. R., Wu, T.-J., Wang, S.-C., Huang, J.-L. (2017). Electrochromic behavior of NiO film prepared by e-beam evaporation. Journal of Science: Advanced Materials and Devices, 2 (2), 225–232. doi: https://doi.org/10.1016/j.jsamd.2017.05.001
  23. Kotok, V. A., Kovalenko, V. L., Solovov, V. A., Kovalenko, P. V., Ananchenko, B. A. (2018). Effect of deposition time on properties of electrochromic nickel hydroxide films prepared by cathodic template synthesis. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 13 (9), 3076–3086.
  24. 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
  25. Ban, S., Hasegawa, J. (2002). Morphological regulation and crystal growth of hydrothermal-electrochemically deposited apatite. Biomaterials, 23 (14), 2965–2972. doi: https://doi.org/10.1016/s0142-9612(02)00025-x
  26. Zhitomirsky, I., Petric, A. (2000). Electrochemical deposition of yttrium oxide. Journal of Materials Chemistry, 10 (5), 1215–1218. doi: https://doi.org/10.1039/b000311p
  27. 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
  28. Jayashree, R. S., Kamath, P. V. (1999). Factors governing the electrochemical synthesis of α-nickel (II) hydroxide. Journal of Applied Electrochemistry, 29 (4), 449–454. doi: https://doi.org/10.1023/a:1003493711239
  29. Visscher, W. (1983). Ellipsometry of nickel-oxides and -hydroxides in alkaline electrolyte. Journal de Physique Colloques, 44 (C10), C10-213–C10-216. doi: https://doi.org/10.1051/jphyscol:19831044
  30. Kovalenko, V., Kotok, V. (2017). Definition of effectiveness of β-Ni(OH)2 application in the alkaline secondary cells and hybrid supercapacitors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (6 (89)), 17–22. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.110390
  31. Kovalenko, V., Kotok, V. (2018). Influence of ultrasound and template on the properties of nickel hydroxide as an active substance of supercapacitors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (12 (93)), 32–39. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133548
  32. Kovalenko, V. L., Kotok, V. A., Sykchin, A. A., Mudryi, I. A., Ananchenko, B. A., Burkov, A. A. et. al. (2016). Nickel hydroxide obtained by high-temperature two-step synthesis as an effective material for supercapacitor applications. Journal of Solid State Electrochemistry, 21 (3), 683–691. doi: https://doi.org/10.1007/s10008-016-3405-2

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-10-31

Як цитувати

Коток, В. А., Коваленко, В. Л., Nafeev, R., Вербицький, В. В., Мельник, О. С., Плаксієнко, І. Л., Cухомлин Д. А., Філоненко, С. В., Кочерга, А. А., & Макарченко, Н. П. (2021). Дослідження фізико-хімічних характеристик електрохромних плівок Ni(OH)2-ПВС на FTO склі при різній тривалості осадження. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(12(113), 39–46. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.242853

Номер

Том 5 № 12(113) (2021): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Valerii Kotok, Vadym Kovalenko, Rovil Nafeev, Volodymyr Verbitskiy, Olena Melnyk, Iryna Plaksiienko, Dmitry Sukhomlyn, Sergey Filonenko, Anatolii Kocherga, Natalia Makarchenko

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.