Polimer, inorganik, hibrit sistemlere dayalı esnek elektrokromik filmlerin hazırlanması ve elektrokromik özelliklerinin incelenmesi
Preparation of polymer, inorganic, hybrid-based flexible electrochromic films and investigation of electrochromic properties
Yazar: ESİN EREN
Danışman: PROF. DR. AYŞEGÜL ÖKSÜZ ; PROF. DR. GREGORY A. SOTZING
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu tez çalışmasında Polietilen tereftalat (PET)-silika/ Polietilendioksitiyofenpolistiren
sülfonat (PEDOT:PSS)/Polimer filmler püskürtmeli kaplama
yöntemiyle, inorganik bazlı filmler (PET/Altın (Au)/ Tungsten trioksit (WO3),
PET/PEDOT:PSS/ Vanadyum pentaoksit (V2O5), PET film/ İndiyum Kalay Oksit
(ITO)/WO3) Rf magnetron sıçratma tekniği ile, inorganik ve hibrit bazlı filmler
(PET/PEDOT:PSS/WO3, PET/PEDOT:PSS/ V2O5, PET/PEDOT:PSS/WO3-PEDOT,
PET/PEDOT:PSS/V2O5-PEDOT) elektron bombardıman yöntemi ile, PEDOT
filmler şablon yöntemiyle hazırlanarak elektrokromik özellikleri detaylı olarak
incelenmiştir.
PET-silika(sız) nanolifler, elektroeğirme yöntemiyle başarılı bir şekilde elde
edilmiştir ve bu çalışmada elektrot olarak kullanılmıştır. PET-silika(sız) nanolif
elektrotlarına %5 katkılı dimetil sülfoksit (DMSO) içeren PEDOT:PSS çözeltisiyle
iletkenlik kazandırılmıştır. Altın (Au)'da PET elektrotları iletken hale getirmek
için kullanılmıştır.
Püskürtmeli kaplama yöntemiyle hazırlanan PET-silika/PEDOTPSS/(
poli(bis[3,4-etilendioksitiyofen]-tiyofen-dioktilsilan) (PBEDOT-TSi[
Octyl]2) elektrokromik filmi, hem kimyasal hem de elektrokimyasal yöntemle
tersinir renk değişimi göstermiştir. Kimyasal yöntemle yükseltgendiğinde ve
indirgendiğinde gözlenen renk, sırasıyla mavi ve kırmızıdır. 0.15 M lityum
triflorometan sülfonat (LiTRIF)/Asetonitril (ACN) elektrolit ortamında 1.6 V ve
-1 V uygulanmasıyla koyu ve açık renkli elektrokromik filmler elde edilmiştir.
PET/Au/WO3 elektrokromik sisteminde WO3'e ait karakteristik yükseltgenme
piki 0.35 V'da görülmüştür ve kararlı bir film elde edilmiştir.
Rf magnetron sıçratma tekniğiyle hazırlanan farklı kalınlığa sahip olan V2O5 (50,
100 nm) filmler arasında, en hızlı anahtarlama süresi PET/PEDOT:PSS/V2O5
(100 nm) filminde elde edilmiştir (ts:5.7 s, tr:5.5 s). XRD analizlerine göre,
hazırlanan V2O5 filmlerin amorf yapıda olduğu görülmüştür.
Diğer bir çalışmada, farklı kalınlığa sahip olan PET film/ITO/WO3 (223, 465,
650 nm) filmlerin elektrokromik parametreleri (anahtarlama süresi, renk
verimi vb.) incelenmiştir. 223 nm kalınlıklı WO3 filmi içeren elektrokromik cihaz
(ECD) yüksek renk verimine sahipken, 465 nm kalınlıklı WO3 içeren ECD daha
hızlı anahtarlama süresine ve daha yüksek optiksel kontrasta sahiptir. Ayrıca,
PET film/ITO/WO3 (465 nm) elektrokromik filmlerin anahtarlama süresi ve
tersinirlikleri iki farklı elektrolit ortamında karşılaştırılmıştır. Lityum
triflorometan sülfonat (LiTRIF) ortamında daha iyi elektrokromik tersinirlik
elde edilirken lityum perklorat (LiClO4) ortamında ise daha hızlı anahtarlama
süresi bulunmuştur.
Elektron demeti buharlaştırma yöntemiyle hazırlanan tüm filmler
(PET/PEDOT:PSS/WO3, PET/PEDOT:PSS/V2O5, PET/PEDOT:PSS/WO3-PEDOT,
PET/PEDOT:PSS/V2O5-PEDOT) amorf yapıdadır. Elde edilen tüm filmlerin
anahtarlama süreleri, PET/PEDOT:PSS filmin anahtarlama süresinden daha
yavaştır. En iyi elektrokromik tersinirlik PET/PEDOT:PSS/V2O5-PEDOT nanolif
için bulunmuştur (%97.58).
Şablon yöntemiyle elde edilen PEDOT nanotellere dayalı ECD için optiksel
geçirgenlik %16 ve renk verimi 481 cm2/C olarak hesaplanmıştır.
Esnek elektrokromik uygulamalarda (tekstil, vb.) ümit verici bir aday olan bu
yeni elektrokromik elektrot sistemler, basit ve kolay üretim imkanı
sağlamaktadır.

Anahtar Kelimeler: Elektrokromik, tekstil, nanolif, metal oksit, hibrit, polimer

Abstract:
In this thesis study, electrochromic properties of polyethylene terephthalate
(PET)-silica/ Poly[3,4-ethylenedioxythiophene]-polystyrene sulfonate
(PEDOT:PSS)/Polymer films prepared by spray coating methods, inorganic
materials-based films (PET/Gold (Au)/WO3, PET/PEDOT:PSS/V2O5, PET
film/ITO/WO3) fabricated by Rf magnetron sputtering technique, inorganic and
hybrid materials-based films prepared via electron beam evaporation
technique, PEDOT films prepared via template method were investigated in
detail.
PET nanofibers with(out) silica were successfully obtained via electrospinning
method and were used as electrode in this study. Conductive PET nanofiber
with(out) silica was attained using 5% dimethyl sulfoxide (DMSO) doped
PEDOT:PSS solutions. Au was also used to prepare conductive PET electrode.
PET-silica/PEDOT:PSS/poly(bis[EDOT]-thiophene-dioctyl silane) (PBEDOT-TSi[
Octyl]2) electrochromic film that was prepared via spray coating methods,
showed reversible color changes via both chemically and electrochemically.
The observed color in film using chemical conversion was blue and red for
oxidation and reduction, respectively. Dark and light coloured electrochromic
films were obtained upon the application of 1.6 V, -1 V in 0.15 M LiTRIF/ACN
electrolyte media, respectively.
In PET/Au/WO3 electrochromic system, the characteristic anodic peak that
belongs to WO3 was observed at 0.35 V and a stable film was achieved.
Among the prepared V2O5 films with different thickness layer (50 nm, 100 nm)
using rf magnetron sputtering technique, the fastest switching time was
obtained for PET/PEDOT:PSS/V2O5 (100 nm) (tb:5.7 s, tc:5.5 s). According to
XRD analyses, it was observed that the prepared V2O5 films had amorphous
structure.
In another study, electrochromic parameters (switching time, coloration
efficiency, vb.) of PET film/ITO/WO3 (223, 465, 650 nm) were examined.
Whereas ECD including WO3 film with 223 nm thickness has high coloration
efficiency, ECD including WO3 film with 465 nm thickness has faster switching
time and higher optical contrast. Besides, switching time and reversibility of
PET film/ITO/WO3 (465 nm) electrochromic films were compared in two
different electrolyte systems. Whereas better electrochromic reversibility was
obtained in lithium trifluoromethanesulfonate (LiTRIF) electrolyte media, faster
switching time was found in lithium perchlorate (LiClO4) electrolyte media.
All prepared films using electron beam evaporation methods
(PET/PEDOT:PSS/WO3, PET/PEDOT:PSS/V2O5, PET/PEDOT:PSS/WO3-PEDOT,
PET/PEDOT:PSS/V2O5-PEDOT) had amorphous structure. Switching times of all
obtained films were slower than switching time of PET/PEDOT:PSS film. The
best reversibility was found for PET/PEDOT:PSS/V2O5-PEDOT nanofiber
(%97.58).
Optical transmittance of %16 and coloration efficiency of 481 cm2/C were
measured for ECD based on PEDOT nanowires prepared via template method.
These new electrochromic electrode systems that can be promising candidates
for flexible electrochromic applications (textile, etc. ), provide simple and easy
production opportunity.

Keywords: Electrochromic, textile, nanofiber, metal oxide, hybrid, polymer