Ventanas inteligentes, una de las aplicaciones más prometedoras de las películas delgadas de óxido de tungsteno (WO3), son ventanas controlables por transmitancia utilizadas en automóviles, aeronave, y aplicaciones de construcción. Crédito:Joel Filipe de Stocksnap
Materiales electrocrómicos (EC), entre los componentes tecnológicos "verdes" clave para la sostenibilidad y el ahorro de energía, han despertado el interés de la academia y la industria por igual. Óxido de tungsteno (WO 3 ) es un material EC ampliamente investigado que se usa ampliamente en las ventanas inteligentes de hoy. Un enfoque de EC popular es la inserción reversible de iones pequeños en los materiales de los electrodos. Películas delgadas de WO 3 por lo tanto, puede cambiar su color de azul claro a azul profundo ajustando los iones de litio (Li + ) inserción bajo una polarización de bajo voltaje. Como las operaciones de bajo voltaje son beneficiosas para una multitud de aplicaciones, Li + WO intercalado 3 (Li X WO 3 ) es una opción viable para aplicaciones de dispositivos EC.
Sin embargo, Li + las inserciones no siempre son reversibles. Después de varios ciclos, estos iones se agregan en la película y erosionan el efecto electrocrómico. Esta, Sucesivamente, afecta la modulación óptica y la durabilidad a largo plazo, ambos son esenciales para el despliegue práctico de dispositivos EC. Las inserciones dan como resultado Li reversible + , Li irreversible 2 WO 4 formación, y Li irreversible + captura. La "formación irreversible de Li 2 WO 4 "degrada el electrocromismo, y el Li + 'atrapado' en sitios profundos hace que los iones sean inmóviles, resultando en irreversibilidad. En esencia, evaluar las implicaciones de ambos tipos de irreversibilidad es fundamental.
En un estudio reciente publicado en Ciencia de superficies aplicadas , científicos de la Universidad de Ciencias de Tokio y el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (NIMS), Japón, colaboró para evaluar cuantitativamente la irreversibilidad de Li X WO 3 Peliculas delgadas. Discutir las preocupaciones clave que aborda el estudio, El profesor asociado Tohru Higuchi de la Universidad de Ciencias de Tokio, quien dirigió el estudio, observa "Hay dos preguntas críticas que surgen:Primero, es irreversible Li 2 WO 4 formación diferente de Li irreversible + ¿captura? Segundo, ¿Pueden coexistir estos componentes irreversibles? ", añade, "Las medidas convencionales no pueden diferenciar entre los dos componentes irreversibles. Como resultado, realizamos un examen cuantitativo para ofrecer respuestas sólidas a estas preguntas ".
Los científicos idearon un método de evaluación cuantitativa que combina espectroscopía fotoelectrónica de rayos X duros in situ (HAXPES) y mediciones electroquímicas. HAXPES se utiliza para investigar interfaces enterradas, mientras que las pruebas electroquímicas se utilizan para examinar las propiedades de corrosión. La intercalación de Li + da como resultado una reacción redox que cambia el estado de oxidación de los iones de tungsteno (W) de W 6+ a W 5+ . Basado en este cambio, HAXPES puede evaluar "Li reversible + "y" Li irreversible + trampa. "Sin embargo, evaluando "Li irreversible 2 WO 4 formación "utilizando HAXPES es un desafío. Dr. Takashi Tsuchiya, investigador principal del NIMS y coautor del estudio, explica por qué:"W iones en Li 2 WO 4 tienen un estado de oxidación estable porque existen en el W 6+ formulario. Como resultado, HAXPES no puede evaluar la irreversibilidad causada por Li 2 WO 4 formación. Medidas electroquímicas, de lo contrario, puede distinguir 'Li + reversible' de los dos componentes irreversibles. Por lo tanto, la integración de ambos métodos permite la distinción y evaluación cuantitativa de los tres componentes ".
Para realizar las mediciones electroquímicas, los científicos construyeron un Li X WO 3 transistor redox basado en la superficie plana de una vitrocerámica conductora de iones de litio (LICGC). También construyeron una celda electroquímica con un WO 3 una película delgada como semiconductor y un sustrato LICGC como electrolito para realizar mediciones HAXPES. Es más, Emplearon espectroscopía Raman in situ para evaluar la influencia de Li + inserción en el Li X WO 3 estructura. Pudieron determinar con éxito el aumento de cristalinidad causado por Li + inserción. Las proporciones de Li reversible + , Li irreversible 2 WO 4 formación, y Li irreversible + el trampeo se calculó en 41,4%, 50,9%, y 7,7%, respectivamente.
Los científicos creen que su estudio ayudará a desarrollar y diseñar mejores materiales y dispositivos de EC. "Por muchos años, el principal impulso de la investigación y el desarrollo de la CE han sido las aplicaciones potenciales en edificios y aeronaves energéticamente eficientes. Sin embargo, también hay varias otras aplicaciones, como las pantallas de papel electrónicas que ahorran energía y son amigables con la visión, "dice el Dr. Kazuya Terabe, investigador principal del Centro Internacional de Nanoarquitectónica de Materiales en NIMS y coautor del estudio, "Es más, Nuestros hallazgos amplían las posibilidades de aplicación al proporcionar la base para el futuro desarrollo de WO de alto rendimiento. 3 dispositivos EC basados en ".
