Ανάπτυξη και μελέτη καινοτόμων χρωμικών επιστρώσεων και διατάξεων για εφαρμογή σε έξυπνα παράθυρα
Authors: Λουλουδάκης Δημήτριος 
Published: August 2021

Τα τελευταία χρόνια έχει δοθεί ιδιαίτερο ενδιαφέρον στην μελέτη των χρωμικών επιστρώσεων, αφενός για την κατανόηση των φυσικών μηχανισμών και αφετέρου στη βελτιστοποίηση της λειτουργικότητας τους, λόγω του μεγάλου πλήθους καινοτόμων τεχνολογικών εφαρμογών στις οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν όπως οπτικοί διακόπτες, θερμικά ρελέ, αισθητήρες, τρανζίστορ, θερμοχρωμικά και ηλεκτροχρωμικά παράθυρα. Η διατριβή αυτή εστιάζεται σε θερμοχρωμικές και ηλεκτροχρωμικές επιστρώσεις οξειδίων του βαναδίου και οξειδίων του βολφραμίου αντίστοιχα, με έμφαση στην ανάπτυξη εφαρμογών σε «έξυπνα παράθυρα». Ειδικότερα, η διατριβή αφορά μία παραμετρική μελέτη σχετική με την ανάπτυξη και την διερεύνηση της λειτουργικότητας θερμοχρωμικών και ηλεκτροχρωμικών επιστρώσεων με στόχο αφενός την κατανόηση των φυσικών μηχανισμών που καθορίζουν την λειτουργικότητα τους και αφετέρου την καταγραφή των συνθηκών εναπόθεσης και των βασικών χαρακτηριστικών που οδηγούν σε βέλτιστη λειτουργικότητα σε συνδυασμό με απλότητα και χαμηλό κόστος παραγωγής, χρησιμοποιώντας τις τεχνικές της χημικής εναπόθεσης ατμών και της υδρόθερμης σύνθεσης.Ο βασικός χαρακτηρισμός των επιστρώσεων περιλαμβάνει περιθλασίμετρο ακτίνων X, φασματοσκοπία Raman, ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης, οπτικές μετρήσεις διαπερατότητας, X-ray photoelectron spectroscopy και κυκλική βολτραμετρία με στόχο την διερεύνηση του πως τα βασικά χαρακτηριστικά επηρεάζουν την λειτουργικότητα καθώς και πως επιτυγχάνουμε τα βασικά χαρακτηριστικά που οδηγούν σε βελτιστοποίηση συμπεριφοράς.Χρησιμοποιώντας ένα σύστημα χημικής εναπόθεσης ατμών σε ατμοσφαιρική πίεση επιτεύχθηκαν επιστρώσεις διοξειδίου του βαναδίου χαμηλής κρυσταλλικότητας αλλά με σημαντική θερμοχρωμική συμπεριφορά πάνω σε υποστρώματα γυαλιού με προ-εναποτεθειμένη επίστρωση διοξειδίου του κασσιτέρου σε χαμηλές θερμοκρασίες οι οποίες έφτασαν τους 350οC, καθώς και μείωση της θερμοκρασίας μετάβασης, από τους 68οC στους 44οC, με την εισαγωγή προσμίξεων βολφραμίου. Επίσης έγινε παραμετρική μελέτη και σε πιο υψηλές θερμοκρασίες έτσι ώστε να βρεθούν οι συνθήκες αυτές που βελτιστοποιούν την λειτουργικότητα. Ακόμα, έγιναν επιστρώσεις με καλές θερμοχρωμικές ιδιότητες πάνω σε εύκαμπτα υποστρώματα γυαλιού κάτι που μπορεί να διευρύνει το φάσμα των εφαρμογών στις οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν και η θερμοκρασία μετάβασής τους έφτασε τους 38οC με την εισαγωγή προσμίξεων βολφραμίου. Σε όλες τις περιπτώσεις έγινε σύνδεση των βασικών χαρακτηριστικών των επιστρώσεων με την λειτουργικότητά τους και βρέθηκε ότι η μορφολογία, η κρυσταλλικότητα και η φάση τους συνδέονται ισχυρά με την λειτουργικότητα. Ακόμα, επιτεύχθηκαν ηλεκτροχρωμικές επιστρώσεις τριοξειδίου του βολφραμίου, με ένα σύστημα χημικής εναπόθεσης ατμών σε χαμηλή πίεση, με βελτιωμένη οπτική απόδοση χρωματισμού και βρέθηκε, πως τα βασικά χαρακτηριστικά των επιστρώσεων όπως το πάχος, η κρυσταλλικότητα και η προτιμητέα κατεύθυνση ανάπτυξης επηρεάζουν την ηλεκτροχημική συμπεριφορά τους. Τέλος, έγινε παραμετρική μελέτη επιστρώσεων πεντοξειδίου του βαναδίου με την τεχνική της υδρόθερμης σύνθεσης, η οποία προσφέρει εναποθέσεις σε χαμηλές θερμοκρασίες (95οC), και βρέθηκε πως επηρεάζει η τιμή του pH του αρχικού διαλύματος, αλλά και το είδος του ρυθμιστικού του pH, τα βασικά χαρακτηριστικά των επιστρώσεων, την σταθερότητα και την λειτουργικότητά τους.