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研究生： 邱世鴻
論文名稱： 電鍍氧化鎢奈米複合結構薄膜在軟質基板上之電致色變性質研究
The Study of the Electrochromic Properties of Nano-composite WO3 films on the Flexible Substrate by Electrodeposited Method
指導教授： 陳福榮
開執中
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 原子科學院 - 工程與系統科學系
Department of Engineering and System Science
論文出版年： 2006
畢業學年度： 94
語文別： 中文
論文頁數： 105
中文關鍵詞： 電鍍氧化鎢 、導電塑膠軟板 、多孔性結構 、奈米複合結構
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    • 本論文目的是以電鍍的方式，將氧化鎢薄膜以奈米複合材料結構的觀念成長至導電塑膠軟板(ITO-PET Substrate)上，利用此奈米技術來改善氧化鎢薄膜以電鍍法成長至導電塑膠軟板上附著性不佳的問題。
    實驗方法是利用導電奈米顆粒先行噴塗於導電塑膠軟板上，使其在基板上形成一層多孔性結構，再以定電流的方式將氧化鎢薄膜成長至此多孔性結構上。以此結構可讓氧化鎢薄膜有更大的反應表面積，可使著色時的穿透率壓至更低，並且增加氧化鎢薄膜在此基材上的附著性，以提高電致色變元件反應壽命。
    XRD及TEM 繞射圖形顯示以電鍍成長出的氧化鎢薄膜為一多晶之Orthorhombic WO3˙H2O結構，此含水氧化鎢結構有研究指出其鋰離子的擴散速度較在無水氧化鎢結構中快。光譜分析顯示奈米結構之氧化鎢薄膜其著色穿透率較純氧化鎢薄膜低。而以循環伏安電化學法測試其壽命，其結果顯示在以電鍍時間300秒為例，奈米結構之氧化鎢薄膜其反應之電量在經過200次循環後，其著色反應電量之衰退幅度約18%，而經過1000次循環後著色反應電量約衰退22%;而單純之氧化鎢薄膜在經過200次循環幅安測試後，其著色反應電量卻已衰退達88%。此結果亦指出氧化鎢薄膜以電鍍的方式成長至導電塑膠軟板之附著性極差，薄膜在經過數十次循環後即開始分解剝落，而奈米複合結構之氧化鎢薄膜則可彌補此缺點，大幅提升氧化鎢薄膜在基材上之附著性及其薄膜強度以提高其反應壽命。

    目錄 摘要-----------------------------------------------------Ⅰ 致謝-----------------------------------------------------Ⅱ 目錄-----------------------------------------------------Ⅲ 圖目錄---------------------------------------------------Ⅵ 表目錄---------------------------------------------------Ⅹ 第一章 前言----------------------------------------------1 第二章 文獻回顧------------------------------------------3 2-1 電致色變系統------------------------------------------3 2-1-1 簡介------------------------------------------------3 2-1-2 電致色變元件的結構----------------------------------3 2-1-3 電致色變材料----------------------------------------5 2-1-4 傳導離子電解質--------------------------------------7 2-1-5 電致色變系統設計------------------------------------7 2-2 氧化鎢材料簡介---------------------------------------8 2-2-1 晶體結構-------------------------------------------8 2-2-2 三氧化鎢電致色變機制------------------------------10 2-2-3 三氧化鎢穩定性與水的關係--------------------------12 2-3 電鍍法製備氧化鎢------------------------------------12 2-3-1 電鍍氧化鎢結構------------------------------------13 2-4 電致色變材料在塑膠基板上的運用----------------------13 第三章 實驗步驟與分析方法-------------------------------22 3-1 實驗流程--------------------------------------------22 3-2 電鍍系統--------------------------------------------22 3-3 氧化鎢薄膜之製備------------------------------------23 3-3-1 電鍍液製備----------------------------------------23 3-3-2 基板前處理----------------------------------------23 3-3-3 電鍍條件------------------------------------------23 3-4 分析設備與方法--------------------------------------24 3-4-1 掃瞄式電子顯微鏡----------------------------------24 3-4-2 穿透式電子顯微鏡----------------------------------24 3-4-2-1 電子顯微鏡系統----------------------------------25 3-4-2-2 電子束與物質作用--------------------------------27 3-4-2-3 電鏡試片的製備----------------------------------28 3-4-3 X光繞射分析---------------------------------------28 3-5 電致色變元件製作------------------------------------29 3-6 電化學特性分析--------------------------------------29 3-7 In-situ UV-VIS 光譜分析-----------------------------30 第四章 實驗結果與討論-----------------------------------40 4-1 氧化鎢薄膜的成長------------------------------------40 4-2 氧化鎢薄膜之成份與結構分析--------------------------41 4-2-1 成分分析------------------------------------------41 4-2-2 結構分析------------------------------------------41 4-3 氧化鎢在ITO-PET塑膠軟板上之電致色變特性-------------42 4-3-1 外觀型態------------------------------------------42 4-3-2 穿透率及反應時間----------------------------------42 4-3-3 記憶效應------------------------------------------44 4-3-4 壽命測試------------------------------------------45 4-4 添加導電奈米顆粒對氧化鎢薄膜特性之影響--------------46 4-4-1 外觀型態------------------------------------------47 4-4-2 穿透率及反應時間----------------------------------48 4-4-3 記憶效應------------------------------------------48 4-4-4 壽命測試------------------------------------------49 4-5 電致色變元件-----------------------------------------50 第五章 結論--------------------------------------------100 第六章 未來研究方向------------------------------------102 參考文獻------------------------------------------------103 圖目錄 圖2-1 典型電致色變元件結構-------------------------------15 圖2-2 週期表中有顏色的方塊分別為其元素之氧化物具有還原態著色或氧化態著色的性質。-------------------------------------15 圖2-3 電致色變元件四種主要應用的原理，箭頭指出電磁輻射的強度。-----------------------------------------------------16 圖2-4 WO3結構及還原反應後MWO3 bronze之扭曲結構----------17 圖2-5 著色前後的能帶密度曲線-----------------------------17 圖2-6 光密度能量變化曲線---------------------------------18 圖2-7 WO3˙H2O結構示意圖--------------------------------18 圖2-8 PEDOT在軟質基板上之應用---------------------------19 圖2-9 電致色變材料運用至安全帽鏡片上---------------------19 圖3-1 實驗流程圖-----------------------------------------31 圖3-2 電鍍系統簡圖---------------------------------------32 圖3-3 JEOL JEM-2000 FXII LaB6 TEM------------------------33 圖3-4電子束與試片作用產生之訊號示------------------------34 圖3-5 奈米線電鏡試片製備方法-----------------------------35 圖3-6 電致色變元件製作流程-------------------------------36 圖3-7 (a) 激發三角波-------------------------------------36 圖3-7 (b) 循環伏安掃瞄圖---------------------------------37 圖3-8 單一氧化鎢薄膜電極之三極式電化學實驗裝置圖---------37 圖3-9 單一薄膜電極實驗裝置，同步量測電極之電化學與光學特性。-----------------------------------------------------38 圖4-1(a) 左圖為pH<1薄膜呈粉狀，右圖為pH=1.2薄膜呈透明狀--52 圖4-1(b) 氧化鎢薄膜在(左圖)電鍍過程中與(右圖)移除電流後之外觀-------------------------------------------------------52 圖4-2 JEOL JSM-6330F SEM 成分分析-----------------------53 圖4-3 JOEL JEM2000FXII TEM Image and Diffraction pattern53 圖4-4 氧化鎢薄膜之XRD圖形---------------------------------54 圖4-5 (a) 電鍍時間 300秒之SEM Image ----------------------55 圖4-5 (b) 電鍍時間 420秒之SEM Image ----------------------55 圖4-5 (c) 電鍍時間 540秒之SEM Image ----------------------56 圖4-5 (d) 電鍍時間 660秒之SEM Image ----------------------56 圖4-6 (a) 施予不同電壓之穿透率變化(300s) -----------------57 圖4-6 (b) 施予不同電壓之穿透率變化(420s) -----------------58 圖4-6 (c) 施予不同電壓之穿透率變化(540s) -----------------59 圖4-6 (d) 施予不同電壓之穿透率變化(660s) -----------------60 圖4-7 (a) 電鍍時間300秒，著色-1V、褪色0.8V----------------61 圖4-7 (b) 電鍍時間420秒，著色-1V、褪色0.8V----------------61 圖4-7 (c) 電鍍時間540秒，著色-1V、褪色0.8V----------------62 圖4-7 (d) 電鍍時間660秒，著色-1V、褪色0.8V----------------62 圖4-8 (a) 記憶效應測試光譜圖，電鍍時間300s----------------63 圖4-8 (b) 記憶效應測試光譜圖，電鍍時間420s----------------64 圖4-8 (c) 記憶效應測試光譜圖，電鍍時間540s----------------65 圖4-8 (d) 記憶效應測試光譜圖，電鍍時間660s----------------66 圖4-9 氧化鎢薄膜電鍍速率圖--------------------------------67 圖4-10 (a) 含ITO奈米導電顆粒之SEM Image (300s) -----------68 圖4-10 (b) 含ITO奈米導電顆粒之SEM Image (420s) -----------68 圖4-10 (c) 含ITO奈米導電顆粒之SEM Image (540s) -----------69 圖4-10 (d) 含ITO奈米導電顆粒之SEM Image (660s) -----------69 圖4-11 (a) 含奈米導電顆粒之薄膜施予不同電壓之穿透率變化(300s) ---------------------------------------------------70 圖4-11 (b) 含奈米導電顆粒之薄膜施予不同電壓之穿透率變化(420s) ---------------------------------------------------71 圖4-11 (c) 含奈米導電顆粒之薄膜施予不同電壓之穿透率變化(540s) ---------------------------------------------------72 圖4-11 (d) 含奈米導電顆粒之薄膜施予不同電壓之穿透率變化(660s) ---------------------------------------------------73 圖4-12 (a) 電鍍時間300秒，著色-1V、褪色0.8V---------------74 圖4-12 (b) 電鍍時間420秒，著色-1V、褪色0.8V---------------74 圖4-12 (c) 電鍍時間540秒，著色-1V、褪色0.8V---------------75 圖4-12 (d) 電鍍時間660秒，著色-1V、褪色0.8V---------------75 圖4-13 (a) 記憶效應測試光譜圖，含ITO奈米顆粒，時間300s----76 圖4-13 (b) 記憶效應測試光譜圖，含ITO奈米顆粒，時間420s----77 圖4-13 (c) 記憶效應測試光譜圖，含ITO奈米顆粒，時間540s----78 圖4-13 (d) 記憶效應測試光譜圖，含ITO奈米顆粒，時間660s----79 圖4-14 (a) 循環伏安圖，純氧化鎢薄膜，掃描電壓範圍-1V~1V，掃描速率200mV/s---------------------------------------------80 圖4-14 (b) 循環伏安圖，含ITO奈米顆粒，掃描電壓範圍 -1V~1V，掃描速率200mV/s-------------------------------------------81 圖4-15 氧化鎢薄膜經循環伏安壽命測試後，薄膜表面SEM Images，電鍍時間(a)300s、(b)420s、(c)540s、(d)660s之氧化鎢試片。--82 圖4-16 含ITO奈米導電顆粒氧化鎢薄膜經循環伏安壽命測試後，薄膜表面SEM Images，電鍍時間(a)300s、(b)420s、(c)540s、(d)660s之試片。----------------------------------------------------83 圖4-17(a) 含ITO奈米顆粒之薄膜，其表面型態及EDS成分分析(初鍍) ------------------------------------------------------84 圖4-17(b) 含ITO奈米顆粒之薄膜，其表面型態及EDS成分分析(循環200次) ---------------------------------------------------85 圖4-17(c) 含ITO奈米顆粒之薄膜，其表面型態及EDS成分分析(循環500次) ---------------------------------------------------86 圖4-17(d) 含ITO奈米顆粒之薄膜，其表面型態及EDS成分分析(循環1000次) --------------------------------------------------87 圖4-18 經循環伏安掃描後氧化鎢與CV還原電量減少比例關係圖---88 圖4-19(a) 單純薄膜，其表面型態及EDS成分分析(初鍍) --------89 圖4-19(b) 單純薄膜，其表面型態及EDS成分分析(循環200次) ---90 圖4-19(c) 單純薄膜，其表面型態及EDS成分分析(循環400次) ---91 圖4-20 經循環伏安掃描後氧化鎢與CV還原電量減少比例關係圖---92 圖4-21 ITO玻璃基板上之氧化鎢薄膜與奈米線著褪色速率比較----93 圖4-22 ITO玻璃基板上之氧化鎢薄膜與奈米線記憶效應比較------93 圖4-23(a) 褪色電壓+2V，圖左為氧化鎢薄膜，圖右為含ITO奈米導電顆粒氧化鎢元件。------------------------------------------94 圖4-23(b) 著色電壓-4V，圖左為氧化鎢薄膜，圖右為含ITO奈米導電顆粒氧化鎢元件。------------------------------------------94 圖4-24 8x17cm元件圖---------------------------------------95 圖4-25 A4大小之元件---------------------------------------96 圖4-26 (a)為以plasma clean 後之鍍膜表面，(b)未以plasma clean之鍍膜表面------------------------------------------------97 圖4-27 循環伏安圖，以plasma clean 之試片，掃描電壓範圍，-1V~1V，掃描速率200mV/s------------------------------------97 表目錄 表2-1 各種變色機制比較----------------------------------20 表2-2 三種不同著色方式之電致色變材料所呈現的典型顏色-----21 表3-1 實驗藥品與器材-------------------------------------39 表4-1 著褪色穿透率差整理表-------------------------------98 表4-2 含ITO奈米極導電顆粒薄膜著褪色穿透差整理表----------98 表4-3 氧化鎢薄膜循環伏安還原反應(著色)電量表-------------99 表4-4 含ITO奈米導電顆粒氧化鎢薄膜循環伏安還原反應電量表--99

    參考文獻:
    1.J.R. Platt, J. Chem. Phys. 34 (1961) 862
    2.S. K. Deb, U. S. Patent 3,521,941 (1970)
    3.楊長明，“電致色變系統簡介”，化工，第四卷第2期 (1993) 64
    4.Michael Grätzel, Nature 409 (2001) 575
    5.林保彰，國立台灣大學化學工程研究所碩士論文(1998)
    6.李崇，“電變色ECD的原理及應用”，第四十九期，1，1994
    7.http://eetd.lbl.gov/newsletter/nl5/electro_window.html
    8.http://www.murakami-kaimeido.co.jp/english/mirror/mirror_e_tech.html
    9.James P. Coleman et al., Solar Energy Materials & Solar Cells 56 (1999)395-418
    10.Carl M. Lampert , Solar Energy Materials , 11 (1984) 1
    11.陳壽安、廖建勛，化工技術，第八卷第六期 (2000) 142
    12.葉時傑，國立清華大學化學工程研究所碩士論文(1998)
    13.C. G. Granqvist, A. Azens et al, Solar Energy , 63 (4) (1998) 199
    14.P.M. Woodward, A.W. Sleight, J. Solid State Chem. 131 (1997) 9-17.
    15.B. Reichman and A. J. Bard, J. Electrochem. Soc., 126, 583 (1979)
    16.T. Maruyama and S. Arai, J. Electrochem. Soc., 141, 1021 (1994)
    17.R. A. Batchelor, M. S. Burdis, and J. R. Siddle, J. Electrochem. Soc., 143 (1996) 1050.
    18.P. Judeinstein and J. Livage, J. Mater. Chem., 1 (1991) 621.
    19.M. Regragui, M. Addou, A. Outzourhit, Elb. El Idrissi, A. Kachouane, and A. Bougrine, 77 (2003) 341.
    20.P. K. Shen and A. C. C. Tseung, J. Mater. Chem., 2 (1992) 1141.
    21.A. Donnadieu, Material Science and Engineering, B3 (1989) 185-195.
    22.B. Reichman and A. J. Bard, J.Electrochem. Soc., 126 (1979) 583.
    23.S. Hashimoto and H. Matsuoka, J. Appl. Phys., 69 (1991) 933.
    24.O. F. Schirmer, V. Wittwer, G. Baur and G. Braudt, J. Electrochem. Soc., 124 (1977) 749.
    25.T. C. Arnoldussen, J. Electrochem. Soc., 128 (1981) 117.
    26.P. K. Shen, J. Syed-Bokhari, and A. C. C. Tseung, J. Electrochem. Soc., 138 (1991) 2778.
    27.P. K. Shen and A. C. C. Tseung, J. Mater. Chem., 2 (1992) 1141.
    28.Thierry. Pauporte, J. Electrochemical Soc, 149 ,11 (2002) C539-C545.
    29.汪建民，“材料分析”，1998年，中國材料科學學會
    30.Y.A. Yang et al., J. Phys. Chem. B, 102 (1998) 9392
    31.H. Habazaki, Y. Hayashi, H. Konno. Electrochimica Acta 47 (2002) p4181-4188
    32. 田福助、吳溪煌，“電化學-理論與應用”，1997年，高立圖書
    33. Yu. S. Krasnov, G. Ya. Kolbasov. Electrochimica Acta 49 (2004) p2425-2433
    34. Satoshi Hashimoto, Hideki Matsuoka. J. Appl. Phys. 69 (2) (1991) p933
    35. M. Deepa, A. K. Srivastava, S. Singh, S.A. Agnihotry. J. Mater. Res. 19 (9) (2004) p2576
    36. A. Bessiere et al., J. Appl. Phys. 91 (3) (2002) p1589
    37. Karl Ziemells, Nature, 393, p619 (1998).
    38. A. Bessiere et al., Electrochimica Acta 49 (2004) p2051-2055
    39. David Mecereeyes et al., Electrochimica Acta 49 (2004) p3555-3559
    40. A. Azens et al., Mater. Sci. Engineering, B 119 (2005) p214-223
    41. Paul M. S. Monk et al. “Electrochromism: Fundamentals and Application”. VCH, 1995, p33
    42. Sung Kyu Park et al., Jpn. J. Appl. Phys. 42 (2003) p623-629
    43. 廖家慶, 國立清華大學工程與系統科學系研究所,博士論文計畫報告書, 2006年
    44. Yoon-Chae et al., J. Electrochemical Soc 152 (12) H201-H204 (2005)
    45. B. D. Cullity “Elememts of X-ray Diffraction” Addison-Wesley Publishing Company, INC, 1978
    46. 徐國財，張立德 “奈米複合材料” 五南圖書，2004年

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