Authors: Julien Gagnon
Source: PolyPublie (École Polytechnique de Montréal) (article, 2018-07-01)
Field: Materials Science — Polymers and Plastics

Dépôt de couches minces de WO3 à incidence rasante pour un électrochromisme stable et la sélectivité angulaire Les materiaux electrochromiques peuvent changer leurs proprietes optiques lors de l’intercalation d’ion et d’electrons dans leurs mailles. Cet effet a ete utilise pour la creation de verre intelligent, avec des applications comme les fenetres intelligentes pour l’efficacite energetique des bâtiments ou des filtres optiques interferentiels actifs, principalement a base d’oxyde de tungstene (WO3). Afin d’assurer un transport efficace des ions dans les materiaux electrochromiques a l’etat solide, il est generalement requis que ces derniers soient poreux. A cette fin, nous avons etudie des couches minces de WO3 realisees par la methode de depot a incidence rasante (GLancing Angle Deposition, ou GLAD), une technique qui exploite l’effet d’ombrage atomique afin de creer des materiaux tres poreux comportant une grande surface efficace et un indice de refraction faible. Les couches ainsi obtenues sont etudiees par imagerie MEB, voltammetrie cyclique en solution acide (ions H+), ellipsometrie spectroscopique a angle variable (VASE) et par spectrophotometrie a angle variable. L’assistance par bombardement d’ions d’oxygene est aussi etudiee comme etant un moyen de controler la porosite du materiau tout en ameliorant la stabilite electrochimique des couches et en conservant la structure colonnaire typique des couches GLAD. Enfin, la selectivite angulaire du materiau est etudiee par une approche de modelisation informatique de la reponse optique du WO3 GLAD colore qui est comparee a des resultats empiriques. Nous trouvons donc que les couches minces de WO3 GLAD deposees avec une assistance ionique sont plus stables et possedent des coefficients de diffusion ioniques plus elevees que les couches classiques deposees par pulverisation, tout en offrant un autre mode de controle des constantes optiques. Nous montrons enfin que les couches GLAD permettent selectivite angulaire de la lumiere en transmission en raison de leur structure anisotrope. En effet, la lumiere polarisee selon l’axe des colonnes (p). En utilisant la modelisation, des avenues d’optimisation sont presentees.----------Abstract Electrochromic materials are able to change their optical properties upon the intercalation of electrons and ions into their lattice. This effect has been applied to create smart glass, with applications such as energy-efficient smart windows as well as tunable optical filters. In order to ensure high ionic diffusion coefficients, WO3 films are typically required to be porous. In this respect, we have studied such films made by GLancing Angle Deposition (GLAD), a technique which exploits atomic shadowing effects to generate highly porous thin films possessing a high specific area as well as low refractive indices. The resulting films are studied by cyclic voltammetry under hydrogen insertion, SEM imaging as well as angular-resolved spectrophotometry and ellipsommetry. Ion assisted deposition by oxygen ions is also studied as a means of densifying the porous coatings to improve their long term electrochromic stability while still preserving their characteristic columnar microstructure. Finally, we study the angular selectivity of the coatings via a modelling approach which is compared to empiric measurements. We find that the GLAD technique offers a wide range of refractive indices, which are correlated with column tilt. Ionassisted (IA) WO3 GLAD coatings are shown to be more stable and to possess higher ionic diffusion coefficients when compared to regular dense sputtered films. Thus, IA is a suitable technique for more stable porous EC films, in addition of offering a second way to fine-tune optical constants. Finally, we show that the anisotropic structure of the films interacts asymmetrically with p-polarized light when it is incident in-plane with the nanocolumns. This angular selectivity is described and computer modeling is used to propose optimization avenues. Physics ; Humanities ; Art Transition Metal Oxide Nanomaterials ; Analytical Chemistry and Sensors ; Advanced Memory and Neural Computing