Termal buharlaştırma yöntemi ile üretilen Ag katkılı tungsten oksit ince filmlerinin elektrokromik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of electrochromic properties of Ag-doped tungsten oxide thin films produced by thermal evaporation
Yazar: SERHAT SARSICI
Danışman: PROF. DR. SERTAN KEMAL AKAY
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Genel Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Termal buharlaştırma yöntemi kullanılarak WO3 materyali yüzde 0, 2,5 ve 8 gibi üç faklı oranda gümüş ile katkılandı. Daha sonra 450 derecede 1 saat hava ortamında boyunca fırınlandı. Böylece, dört farklı Ag katkılı WO3 ince filmi elektrokromik özelliklerinin belirlenmesi amacıyla hazır hale getirilmiş oldu. Söz konusu elektrokromik özellikleri belirlemek amacıyla 1 M LiClO4/propilen karbonat elektrolit çözeltisi içeren 3-elektrotlu bir hücre ortamında döngüsel voltametri, tekrarlı kronoamperometri, sabit potansiyelde kronokulometri, EIS ve Mott-Scottky ölçümleri gerçekleştirildi. WO3 ince filmlerinin rengi, -1.8 V'ta mavi ve +1.9 V'ta ise şeffaf olduğu gözlemlenmiştir. Üretilen filmler arasında en iyi renklenme ve şeffaflaşma süreleri (2,33 ve 1,25 s), yüksek tersinirlik (%39,6/69,1), yüksek renklenme verimliliği (26,3/141,2 cm2/C) Ag(%2):WO3 ince filmi için elde edilmiştir. Yüzde 5 ve 8 gibi daha yüksek oranlarda katkılamanın WO3 materyalinin elektrokromik performansını düşürdüğü gözlemlenmiştir. EIS verisine eşdeğer elektronik devre fiti yapılmıştır. Yük transfer direnci en düşük yüzde 2 katkılı Ag için elde edilmiştir. Düşük yük transfer direnci elektrot/elektrolit ara yüzeyinde reaksiyon kinetiklerinin daha etkin olduğunu göstermektedir. Bu sonuçlar da FESEM ve EDS haritalamaların dan elde edilen sonuçları desteklemektedir. Ayrıca, Üretilen filmler, FESEM, EDS haritalama, XPS, XRD ve Raman ölçümleri ile karakterize edilmiştir. Termal buharlaştırma yöntemiyle elektrokromik ince filmlerin üretilmesi ve karakterizasyonu ile ilgili literatürde sınırlı sayıda çalışma bulunduğundan, bu çalışmada elde edilen sonuçlar elektrokromik uygulamalar için umut verici niteliktedir.

Abstract:
Using the thermal evaporation method, WO3 material was doped with silver in three different ratios: 0, 2, 5, and 8 percent. The samples were then annealed at 450 degrees Celsius for 1 hour in an air environment. Thus, four different Ag-doped WO3 thin films were prepared to determine their electrochromic properties. Cyclic voltammetry, repetitive chronoamperometry, constant potential chronocoulometry, EIS, and Mott-Schottky measurements were performed in a 3-electrode cell containing 1 M LiClO4/propylene carbonate electrolyte. The color of WO3 thin films was observed to be blue at -1,8 V and transparent at +1,9 V. The best coloration and transparency times (2,33 and 1,25 s), high reversibility (39,6/69,1%), and high coloration efficiency (26,3/141, cm²/C) were obtained for Ag(%2) thin film. It was observed that higher doping rates, such as 5 percent and 8 percent, deteriorate the electrochromic performance of the WO3 material. An equivalent electronic circuit fit was applied to the EIS data, with the lowest charge transfer resistance obtained for Ag(%2) thin film. The low charge transfer resistance indicates more efficient reaction kinetics at the electrode/electrolyte interface. These results also support those obtained from FESEM and EDS mapping. Additionally, the produced films were characterized by FESEM, EDS mapping, XPS, XRD, and Raman measurements. The study's findings are promising for electrochromic applications, given the limited literature on producing and characterizing electrochromic thin films via thermal evaporation.