Визначення ролі полівінілового спирту при формуванні та в структурі катодно синтезованого композитного елетрохромного гідроксиднонікелевого шару: темплат або поверхнево-активна речовина
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.255482Ключові слова:
гідроксид нікелю, електрохромна плівка, полівініловий спирт, темплат, ПАР, ступінь полімеризаціїАнотація
Одним із перспективних напрямів використання гідроксиду нікелю є електрохімічні електрохромні пристрої. Для суттєвого покращення характеристик було досліджено роль полівініловий спирт (ПВС) при синтезі та в структурі композитних плівок Ni(OH)2-ПВС шляхом вивчення впливу його концентрації (30, 40, 50 г/л) та ступеню полімеризації (типи 17-99, 24-99, 30-99). Адгезія досліджувалася візуально, електрохімічні та електрохромні властивості – методом циклічної вольтамперометрії із одночасною фіксацією оптичних характеристик. Показано, що при концентрації 30 г/л плівка відшаровується та має слабкі електрохімічні та електрохромні властивості. Наявність двох катодних піків (Е=500–510 мВ і Е=560 мВ) на циклічній вольтамперограмі показує наявність гідроксиду нікелю в матриці ПВС та гідроксиду нікелю з адсорбованим ПВС. Це вказує на подвійну роль ПВС – як ПАР та як темплата. При низьких концентраціях роль ПВС як ПАР превалює. Підвищення концентрації призводить до збільшення характеристик плівки за рахунок підсилення ролі ПВС як темплата: при 50 г/л плівка не відшаровується та має добрі електрохімічні та електрохромні характеристики.
Показано, що при низькому ступеню полімеризації ПВС (тип 17-99) переважно грає роль ПАР, однак також є темплатом. Плівка при цьому розтріскується та має посередні характеристики. Використання ПВС середнього ступеня полімеризації (тип 24-99) дозволяє отримати плівку з високими адгезійними, електрохімічними та електрохромними характеристиками. Показано, що в цьому випадку ПВС виконує функцію темплату, на вольтамперограмі є тільки один катодний пік при Е=500–510 мВ. Виявлено, що використання ПВС з високим ступенем полімеризації (тип 30-99) призводить до суттєвого погіршення характеристик, в том числі до повного відшаровування плівки. Ймовірно, це пов’язано із збитковою кількістю ПВС в плівці
Посилання
- 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
- Kovalenko, V., Kotok, V., Yeroshkina, A., Zaychuk, A. (2017). Synthesis and characterisation of dyeintercalated nickelaluminium layereddouble hydroxide as a cosmetic pigment. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (12 (89)), 27–33. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.109814
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2019). Influence of the carbonate ion on characteristics of electrochemically synthesized layered (α+β) nickel hydroxide. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (6 (97)), 40–46. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.155738
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2019). The effect of template residual content on supercapacitive characteristics of Ni(OH)2, obtained by template homogeneous precipitation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (12 (101)), 29–37. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.181020
- Kotok, V., Kovalenko, V. (2017). The properties investigation of the faradaic supercapacitor electrode formed on foamed nickel substrate with polyvinyl alcohol using. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (12 (88)), 31–37. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.108839
- Fomanyuk, S. S., Kolbasov, G. Y., Chernii, V. Y., Tretyakova, I. N. (2017). Gasochromic α,β–Ni(OH)2 films for the determination of CO and chlorine content. Sensors and Actuators B: Chemical, 244, 717–726. doi: https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.01.062
- ironyak, M., Volnyanska, O., Labyak, O., Kovalenko, V., Kotok, V. (2019). Development of a potentiometric sensor sensitive to polysorbate 20. EUREKA: Physics and Engineering, 4, 3–9. doi: https://doi.org/10.21303/2461-4262.2019.00942
- Fomanyuk, S. S., Krasnov, Y. S., Kolbasov, G. Y. (2013). Kinetics of electrochromic process in thin films of cathodically deposited nickel hydroxide. Journal of Solid State Electrochemistry, 17 (10), 2643–2649. doi: https://doi.org/10.1007/s10008-013-2169-1
- 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
- Araceli, M., Vidales-Hurtado, Mendoza, A. (2006). Electrochromic Nickel Hydroxide Thin Films Chemically Deposited. MRS Proceedings, 972. doi: https://doi.org/10.1557/proc-0972-aa09-08
- Vidales-Hurtado, M. A., Mendoza-Galván, A. (2014). Electrochromic Properties of Nanoporous α and β Nickel Hydroxide Thin Films Obtained by Chemical Bath Deposition. Journal of Nano Research, 28, 63–72. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/jnanor.28.63
- Torresi, R. M., Vázquez, M. V., Gorenstein, A., de Torresi, S. I. C. (1993). Infrared characterization of electrochromic nickel hydroxide prepared by homogeneous chemical precipitation. Thin Solid Films, 229 (2), 180–186. doi: https://doi.org/10.1016/0040-6090(93)90361-r
- Liu, J., Chiam, S. Y., Pan, J., Wong, L. M., Li, S. F. Y., Ren, Y. (2018). Solution layer-by-layer uniform thin film dip coating of nickel hydroxide and metal incorporated nickel hydroxide and its improved electrochromic performance. Solar Energy Materials and Solar Cells, 185, 318–324. doi: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2018.05.044
- Al-Kahlout, A., Pawlicka, A., Aegerter, M. (2006). Brown coloring electrochromic devices based on NiO–TiO2 layers. Solar Energy Materials and Solar Cells, 90 (20), 3583–3601. doi: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2006.06.053
- Jiao, Z., Wu, M., Qin, Z., Xu, H. (2003). The electrochromic characteristics of sol gel-prepared NiO thin film. Nanotechnology, 14 (4), 458–461. doi: https://doi.org/10.1088/0957-4484/14/4/310
- Dalavi, D. S., Devan, R. S., Patil, R. S., Ma, Y.-R., Patil, P. S. (2013). Electrochromic performance of sol–gel deposited NiO thin film. Materials Letters, 90, 60–63. doi: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2012.08.108
- Martini, M., Brito, G. E. S., Fantini, M. C. A., Craievich, A. F., Gorenstein, A. (2001). Electrochromic properties of NiO-based thin films prepared by sol–gel and dip coating. Electrochimica Acta, 46 (13-14), 2275–2279. doi: https://doi.org/10.1016/s0013-4686(01)00396-6
- Ferreira, F. (1996). Electrochromic nickel oxide thin films deposited under different sputtering conditions. Solid State Ionics, 86-88, 971–976. doi: https://doi.org/10.1016/0167-2738(96)00236-6
- Chen, Y., Deng, H., Xu, Z., Luo, D., Zhu, Y., Zhao, S. (2014). Electrochromic Properties of Ni-W Oxide Thin Films by Reactive Magnetron Sputtering. Energy Procedia, 57, 1834–1841. doi: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.10.047
- Crnjak Orel, Z., Hutchins, M. G., McMeeking, G. (1993). The electrochromic properties of hydrated nickel oxide films formed by colloidal and anodic deposition. Solar Energy Materials and Solar Cells, 30 (4), 327–337. doi: https://doi.org/10.1016/0927-0248(93)90110-o
- 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
- Chen, N., Su, G., Liu, W., et. al. (2014). Electrodeposition and properties of Mn-doped NiO thin films. Journal of Materials Engineering, 11, 67–72.
- Umeokwonna, N. S., Ekpunobi, A. J., Ekwo, P. I. (2015). Effect of cobalt doping on the optical properties of nickel cobalt oxide nanofilms deposited by electrodeposition method. International Journal of Technical Research and Applications, 4 (3), 347–351. Available at: https://www.ijtra.com/view/effect-of-cobalt-doping-on-the-optical-properties-of-nickel-cobalt-oxide-nanofilms-deposited-by-electrodeposition-method.pdf?paper=effect-of-cobalt-doping-on-the-optical-properties-of-nickel-cobalt-oxide-nanofilms-deposited-by-electrodeposition-method.pdf
- Liao, C.-C. (2012). Lithium-driven electrochromic properties of electrodeposited nickel hydroxide electrodes. Solar Energy Materials and Solar Cells, 99, 26–30. doi: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2011.12.001
- Niklasson, G. A., Wen, R.-T., Qu, H.-Y., Arvizu, M. A., Granqvist, C.-G. (2017). (Invited) Durability of Electrochromic Films: Aging Kinetics and Rejuvenation. ECS Transactions, 77 (11), 1659–1669. doi: https://doi.org/10.1149/07711.1659ecst
- Qu, H.-Y., Primetzhofer, D., Arvizu, M. A., Qiu, Z., Cindemir, U., Granqvist, C. G., Niklasson, G. A. (2017). Electrochemical Rejuvenation of Anodically Coloring Electrochromic Nickel Oxide Thin Films. ACS Applied Materials & Interfaces, 9 (49), 42420–42424. doi: https://doi.org/10.1021/acsami.7b13815
- 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
- Ragan, D. D., Svedlindh, P., Granqvist, C. G. (1998). Electrochromic Ni oxide films studied by magnetic measurements. Solar Energy Materials and Solar Cells, 54 (1-4), 247–254. doi: https://doi.org/10.1016/s0927-0248(98)00076-2
- Burmistr, M. V., Boiko, V. S., Lipko, E. O., Gerasimenko, K. O., Gomza, Y. P., Vesnin, R. L. et. al. (2014). Antifriction and Construction Materials Based on Modified Phenol-Formaldehyde Resins Reinforced with Mineral and Synthetic Fibrous Fillers. Mechanics of Composite Materials, 50 (2), 213–222. doi: https://doi.org/10.1007/s11029-014-9408-0
- Кovalenko, V., Kotok, V. (2017). Selective anodic treatment of W(WC)-based superalloy scrap. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (5 (85)), 53–58. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.91205
- 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.
- Tan, Y., Srinivasan, S., Choi, K.-S. (2005). Electrochemical Deposition of Mesoporous Nickel Hydroxide Films from Dilute Surfactant Solutions. Journal of the American Chemical Society, 127 (10), 3596–3604. doi: https://doi.org/10.1021/ja0434329
- Gu, W., Liao, L. S., Cai, S. D., Zhou, D. Y., Jin, Z. M., Shi, X. B., Lei, Y. L. (2012). Adhesive modification of indium–tin-oxide surface for template attachment for deposition of highly ordered nanostructure arrays. Applied Surface Science, 258 (20), 8139–8145. doi: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.05.009
- 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
- Thomas, D., Cebe, P. (2016). Self-nucleation and crystallization of polyvinyl alcohol. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 127 (1), 885–894. doi: https://doi.org/10.1007/s10973-016-5811-1
- Aslam, M., Kalyar, M. A., Raza, Z. A. (2018). Polyvinyl alcohol: A review of research status and use of polyvinyl alcohol based nanocomposites. Polymer Engineering & Science, 58 (12), 2119–2132. doi: https://doi.org/10.1002/pen.24855
- Chana, J., Forbes, B., Jones, S. A. (2008). The Synthesis of High Molecular Weight Partially Hydrolysed Poly(vinyl alcohol) Grades Suitable for Nanoparticle Fabrication. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 8 (11), 5739–5747. doi: https://doi.org/10.1166/jnn.2008.475
- Dunn, A. S., Naravane, S. R. (1980). Structural Differences Between Similar Commercial Grades of Polyvinyl Alcohol-Acetate. British Polymer Journal, 12 (2), 75–77. doi: https://doi.org/10.1002/pi.4980120207
- Kawakami, H., Mori, N., Kawashima, K., Sumi, M. (1963). The relationship between manufacturing conditions of polyvinyl alcohol and the properties polyvinyl alcohol fibers. Sen’i Gakkaishi, 19 (3), 192–197. doi: https://doi.org/10.2115/fiber.19.192
- 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
- Brough, C., Miller, D. A., Keen, J. M., Kucera, S. A., Lubda, D., Williams, R. O. (2015). Use of Polyvinyl Alcohol as a Solubility-Enhancing Polymer for Poorly Water Soluble Drug Delivery (Part 1). AAPS PharmSciTech, 17 (1), 167–179. doi: https://doi.org/10.1208/s12249-015-0458-y
- Niu, C., Wu, X., Ren, W., Chen, X., Shi, P. (2015). Mechanical properties of low k SiO2 thin films templated by PVA. Ceramics International, 41, S365–S369. doi: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.03.242
- Ecsedi, Z., Lazău, I., Păcurariu, C. (2007). Synthesis of mesoporous alumina using polyvinyl alcohol template as porosity control additive. Processing and Application of Ceramics, 1 (1-2), 5–9. doi: https://doi.org/10.2298/pac0702005e
- Pon-On, W., Meejoo, S., Tang, I.-M. (2008). Formation of hydroxyapatite crystallites using organic template of polyvinyl alcohol (PVA) and sodium dodecyl sulfate (SDS). Materials Chemistry and Physics, 112 (2), 453–460. doi: https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2008.05.082
- Miyake, K., Hirota, Y., Uchida, Y., Nishiyama, N. (2016). Synthesis of mesoporous MFI zeolite using PVA as a secondary template. Journal of Porous Materials, 23 (5), 1395–1399. doi: https://doi.org/10.1007/s10934-016-0199-7
- Wanchanthu, R., Thapol, A. (2011). The Kinetic Study of Methylene Blue Adsorption over MgO from PVA Template Preparation. Journal of Environmental Science and Technology, 4 (5), 552–559. doi: https://doi.org/10.3923/jest.2011.552.559
- Parkhomchuk, E. V., Sashkina, K. A., Rudina, N. A., Kulikovskaya, N. A., Parmon, V. N. (2013). Template synthesis of 3D-structured macroporous oxides and hierarchical zeolites. Catalysis in Industry, 5 (1), 80–89. doi: https://doi.org/10.1134/s2070050412040150
- Kabita, B. et. al. (2015). Polypyrrole Nanonetwork Embedded in Polyvinyl Alcohol as Ammonia Gas Sensor. Res. J. Chem. Sci., 5 (5), 61–68.
- 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
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2017). Study of the influence of the template concentration under homogeneous precepitation on the properties of Ni(OH)2 for supercapacitors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (6 (88)), 17–22. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.106813
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2018). Synthesis of Ni(OH)2 by template homogeneous precipitation for application in the binderfree electrode of supercapacitor. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(12 (94)), 29–35. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.140899
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2021). Synthesis of Ni(OH)2, suitable for supercapacitor application, by the cold template homogeneous precipitation method. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(6 (110)), 45–51. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.227952
- 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
- 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, 9 (13), 3076–3086.
- Kotok, V., Kovalenko, V. (2021). Definition of the influence of pulsed deposition modes on the electrochromic properties of Ni(OH)2-polyvinyl alcohol films. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (6 (111)), 53–58. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.233510
- Kotok, V. A., Kovalenko, V. L., Zima, A. S., Kirillova, E. A., Burkov, A. А., 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.
- Kotok, V., Kovalenko, V. (2018). A study of the effect of tungstate ions on the electrochromic properties of Ni(OH)2 films. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (12 (95)), 18–24. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.145223
- 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
- POVAL (PVOH). Available at: https://www.j-vp.co.jp/english/pva
- Basic Physical Properties of PVOH Resin. Available at: https://www.kuraray-poval.com/fileadmin/technical_information/brochures/poval/kuraray_poval_basic_physical_properties_web.pdf
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Vadym Kovalenko, Valerii Kotok, Oleksandra Zima, Rovil Nafeev, Volodymyr Verbitskiy, Olena Melnyk
![Creative Commons License](http://i.creativecommons.org/l/by/4.0/88x31.png)
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.