Grafen tabanlı elektrokromik aygıtların in-situ karakterizasyonu
In-situ characterization of graphene based electrochromic devices
Yazar: PINAR KÖÇ
Danışman: PROF. DR. SEBAHATTİN TÜZEMEN ; DOÇ. DR. COŞKUN KOCABAŞ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Elektrokromik (EC) malzemeler ve elektrolitler bir elektrokromik cihazda (ECD) en zorunlu ve aktif bileşenlerdir. EC malzemeler, redoks reaksiyonları vasıtasıyla belli bir dalga boyu aralığında kendi ışık emilimi özelliklerini tersine değiştirebilir. Elektrokromik aygıtın bütün yüzeyleri kavrayabilecek kadar esnek olması ve farklı optik bölgelerinde özelliklere sahip olması oldukça arzu edilen bir durumdur. Grafen esnek olmasının yanısıra görünür, kızıl ötesi ve mikrodalga gibi üç optik bölgede optik özellikleri olan nadir materyallerden biridir.
Tez kapsamında çok katmanlı grafen (multi layer graphene (MLG)) elektrotlar kimyasal buhar biriktirme yöntemi ile dört farklı sıcaklıkta nikel alttaşlar üzerine sentezlendi. Büyütme sıcaklığında oluşturulan değişim ile dört farklı kalınlıkta MLG elektrot elde edildi. MLG elektrotlar Polivinil klorür (PVC) ve iki farklı polietilen alttaş üzerine ısıl laminasyon ve su banyosu ile transfer edildi. MLG elektrotlar kullanılarak oluşturulan elektrokromik aygıtların optik (FTIR ve Raman spektroskopisi), yapısal (X-ışını kırınım (XRD), Taramalı elektron mikroskobu (SEM), Enerji dağılımlı X-ışını Spektroskopisi (EDX) ve Atomik kuvvet Mikroskobu (AFM)), aygıt yaşam süresi (görünür bölge dedektörü) ve elektriksel karakterizasyonları (dört nokta prob (Four probe)) farklı ölçüm teknikleriyle karakterize edilmiştir. MLG elektrotların kalınlığı arttıkça araya ekleme voltaj değeri artarken, tabaka direncinin azaldığı görüldü. Uygulanan potansiyel değeri arttıkça grafen elektrotların optik geçirgenliklerinin arttığı +5V değerinde maksimum olduğu sonucna ulaşıldı. İkinci kısımda farklı anyon ve katyon içeriğine sahip imidazolium, amonyum ve pirilidinyum bazlı dört farklı elektrolit kullanılarak oluşturulan MLG elektrot tabanlı elektrokromik aygıtların değişen elektrolite bağlı olarak performansları karakterize edildi. Kristal yapı analizleri sonucu grafenin n-doping durumunu elde etmenin p-doping durumuna göre daha yüksek voltaj değeri gerektirdiği sonucuna ulaşıldı. Ayrıca tez kapsamında geliştirilen ve oldukça pratik bir yapı olan eş düzlemli elektrot yapısı elektrokromik aygıt tasarımında kolaylıklar sağlamaktadır

Abstract:
Electrochromic (EC) materials and electrolytes are the most imperative and active components in an electrochromic device (ECD). EC materials are able to reversibly change their light absorption properties in a certain wavelength range via redox reactions. It is highly desirable that the electrochromic device be flexible enough to grasp surfaces and be used in different optical fields. Grafen is one of the rare materials that have flexible properties as well as optical properties in three optical regions such as visible region, infrared and microwave region.
In the thesis, multi layer grafen (MLG) electrodes were synthesized on nickel substratum at four different temperatures by chemical vapor deposition method. MLG electrodes that have four different thickness were obtained via change in the growth temperature. MLG electrodes were first transferred on polyvinyl chloride (PVC) and two different polyethylene substrates for flexible electrochromic device construction by thermal lamination and water bath. Characterizations of electrochromic devices formed using MLG electrodes were characterized by different measurement techniques, such as optical (FTIR and Raman spectroscopy), structural (X-ray diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and Atomic Force Microscopy (AFM)) life time (visible region detector) and electrical characterizations (four probe). According to optical measurements; As the thickness of the MLG electrodes increased, the intercalation voltage value increased, while the layer resistance decreased. In addition, as the applied potential increases, the optical permeability of the grafic electrodes increases, reaching the maximum at + 5V. In the second part, MLG electrode-based electrochromic devices formed using four different electrolytes with different anion and cation contents were characterized by varying electrolyte performance. Crystal structure analysis has been achieved to obtain the n-doping state of the resultant graphite, which requires a higher voltage value than the p-doping state.