Оксид никеля (NiO) — это дешевое неорганическое соединение, широко используемое в качестве анодного материала внутри умных окон, поскольку оно обратимо меняет цвет. Однако, в отличие от других электрохромных веществ, исследователи изо всех сил пытались понять, как происходит окрашивание в NiO в присутствии обычных водных электролитов. Частично проблема заключается в том, что NiO может образовывать различные кристаллические структуры в своем обесцвеченном и окрашенном состоянии, в зависимости от того, сколько воды становится включенным в материал.Чиам и его команда решили разгадать эту загадку с помощью техники «химического осаждения в ванне», которая позволила быстро изготавливать тонкие пленки NiO, просто погружая предметное стекло из проводящего стекла в раствор прекурсора никеля (см.
Изображение). Исследователи отжигали пленки при все более высоких температурах, чтобы постепенно вытеснить воду из NiO, попутно проверяя его структуру с помощью дифракции рентгеновских лучей и инфракрасной спектроскопии.
Они также исследовали, как эти структуры изменились после нескольких циклов электрохромного изменения цвета.Эксперименты команды выявили сложный механизм окраски с участием воды и частиц NiO. Первоначально две взаимосвязанные реакции гидратировали тонкую пленку, превращая NiO в гидроксид никеля.
Этот процесс улучшил оптическую реакцию материала на электрические сигналы, позволив большей части тонкой пленки участвовать в реакциях окрашивания. Однако повторяющиеся циклы вызвали «чрезмерную гидратацию», которая захватывала молекулы воды внутри тонкопленочной структуры — явление, которое ухудшает электрохромную активность за счет образования необратимо окрашенных зерен гидроксида оксида никеля.Исследователи обнаружили, что простой процесс высокотемпературного отжига может смягчить эффекты чрезмерной гидратации тонкой пленки NiO.
Это улучшенное знание механики — в сочетании с их простой и масштабируемой техникой химического покрытия окунанием — помогло им достичь одной из лучших оптических модуляций, о которых сообщалось для пленок NiO.В настоящее время команда изучает, как расширить свою работу на гибкие подложки. «Изготовление электрохромных тонких пленок на рулонах пластика может сделать модернизацию существующих окон доступной и простой», — объясняет Чиам.
Аффилированные с A * STAR исследователи, участвующие в этом исследовании, из Института исследования материалов и инженерии.