апрель 2019

Умные окна: синтез электрохромных пленок гидроксида никеля c улучшенными оптическими характеристиками


Лавриненко Софія Євгенівна Лавриненко С. Є. , Коваленко Вадим Леонидович Коваленко В. Л. , Коток Валерий Анатолиевич Коток В. А.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

Лавриненко С. Е., Коваленко В. Л., Коток В. А. Умные окна: синтез электрохромных пленок гидроксида никеля c улучшенными оптическими характеристиками / Химия и современные технологии : Метериалы ІХ Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Химия и современные технологии», 2019. – C. 109-110


Современный вектор развития стран − использование технологий, снижающих энергопотребление за счет внедрения специальных алгоритмов. Одним из таких видов является использование так называемых «умных окон», которые позволяют экономить электроэнергию на кондиционирование воздуха до 49%, снижают нагрузку на электрические сети в «пиковые» периоды на 16%, а также снижают затраты на освещение на 51%. «Умные окна», реализованные на базе специальных систем, которые они используют, могут обеспечить переменное освещение путем изменения светопропускания.

Электрохимические электрохромные материалы (например, гидроксид никеля) не требуют постоянного потребления электроэнергии − только в момент изменения оптического состояния, и они намного дешевле жидкокристаллических и взвешенных систем частиц.

Основной целью данного исследования является получение прозрачных однородных пленок Ni(OH)2 с высокими удельными характеристиками для электрохромных устройств. Для достижения этой цели могут быть решены следующие задачи: 1) нанести пленки на FTO стекле с различными темплатами (ПВА, ПВБ) и без них; 2) исследовать свойства, особенно оптические, полученных пленок.

Способы получения пленки. Предложено получение компози-ционного материала на основе Ni(OH)2 и поливинилового спирта (ПВС) методом катодного темплатного синтеза из водных растворов. В этом методе в качестве темплатов использовалась ПВС, которая образовывала матрицу в растворе и осаждалась вместе с Ni(OH)2. Этот композиционный материал показал высокие электрохромные характеристики. В данном исследовании вместо ПВС использовался поливинилбутираль (ПВБ). Предпосылкой для применения ПВБ стало то, что это вещество используется для формирования прозрачных пленок для оптических приборов, а также для прочного сцепления и склеивания стекла. Поскольку ПВБ не растворяется в воде, для катодного осаждения использовали водно-спиртовый раствор (11% воды).

Способы изучения характеристик пленки: 1) циклическая вольт-амперометрия с параллельной регистрацией изменений прозрачности покрытия (CVA); 2) регистрация изменений в прозрачности покрытия в процессе самостопроизвольного осветления при хранении; 3) адгезионные испытания окрашенного покрытия под цифровым микроскопом путем царапин для проверки пластичности пленки и адгезии

Рисунок 1 − Кривые «затемнение-осветление» образцов электро-хромной пленки а) с темплатом ПВС, i=0,1 мА/см2; б) с темплатом ПВБ, i=0,05 мА/см2; в) с темплатом ПВБ, i=0,1 мА/см2; а) без темплата, i=0,1 мА/см2.

Рисунок 2 − Скорость само осветления  различных образцов пленки

Выводы: 1) в процессе осаждения получен ряд высококачественных пленок в прозрачном состоянии; 2) электрохимическими и оптическим измерениями показаны высокие удельные характеристики, высокая обратимость процесса затемнения-осветления; 3) выявлено, что образцы с ПВБ-темплатом являются лучшими по высокой адгезии к поверхности, прозрачности и степени затемнения; 4) предложенный впервые в качестве темплата, поливинилбутираль для нанесения электрохромных покрытий, не растворимых в воде. Это дает возможность использовать пленки, полученные в присутствии ПВБ, при высоких температурах, что важно, исходя из возможности сильного нагрева в их солнечном свете.