Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000427903-Texto+Completo-0.pdf: 145951 bytes, checksum: 25c3a345abd5cb93a9f65fefaf947924 (MD5) Previous issue date: 2010 / The synthesis and application of new organic materials, nanostructured, for the development of technology based in organic devices have received much interest in the scientific community. In recent years entered in the market the first polymeric electronics products (organic semiconductor materials), among them there are the electrochromic devices, which are called smart windows, by controlling the passage of light or heat through a closed environment, like an ordinary window. The main functional aspects of electrochromic devices for use in architectural and automotive industry are to control the passage of light and temperature for thermal and visual comfort. These devices can be flexible and very thin, and do not contain heavy metals. The devices are formed by layers of organic material deposited in various architectures. In this work, the electrodeposition from organic materials in the case Polyaniline, which provides stability in the optical and electrical parameters, were used to develop prototypes of organic electrochromic devices. These materials were characterizated by: absorption spectroscopy ultraviolet-visible (UV-Vis), optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), measurement of thickness and electrical measurements. The objective of this work was the development of electrochromic transmission devices (ETD) that have the Poly (3,4- ethylenedioxythiophene), PEDOT, as the working electrode and vanadium pentoxide, V2O5, as counter-electrode. The proposed architecture uses the electrolyte, LiClO4/PC/PMMA, to separate the counter-electrode, PANI/V2O5, of the PEDOT electrode. The results obtained with optical and electrical characterization revealed that the ETD demonstrated a change in optical absorption when subjected to a voltage difference, and a decrease of three orders of magnitude in electrical resistivity. These results demonstrated the feasibility for the construction of electrochromic devices that have the PEDOT as an electrode surface and PANI/ V2O5 as counter-electrode surface. / A síntese e a aplicação de novos materiais orgânicos, nanoestruturados, para o desenvolvimento de tecnologia em dispositivos orgânicos tem despertado grande interesse na comunidade científica. Atualmente encontram-se no mercado os primeiros produtos eletrônicos poliméricos (materiais orgânicos semicondutores), entre esses há os dispositivos eletrocrômicos, os quais são chamados de janelas inteligentes. Os principais aspectos funcionais de dispositivos eletrocrômicos para aplicação na indústria arquitetônica e automotiva são o controle da passagem de luz e de temperatura para o conforto térmico e visual. Podem ser flexíveis e muito finos, além de não conter metais pesados. Os dispositivos orgânicos são formados por camadas de materiais orgânicos depositados em diversas arquiteturas. Neste trabalho, a partir dos materiais orgânicos eletrodepositados, no caso Polianilina, PANI, que apresenta estabilidade nos parâmetros ópticos e elétricos, desenvolveram-se protótipos de dispositivos orgânicos eletrocrômicos. As técnicas utilizadas na caracterização desses materiais foram: espectroscopia de absorção ultravioleta-visível (UV-Vis), microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (MEV), medida de espessura e medidas elétricas. O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de dispositivos orgânicos eletrocrômicos de transmissão (DETs) que apresentem o Poli(3,4-etilenodioxitiofeno), PEDOT, como eletrodo de trabalho e o Pentóxido de Vanádio, V2O5, como contra-eletrodo. A arquitetura proposta neste trabalho utiliza o eletrólito de LiClO4/PC/PMMA para separar o contra-eletrodo de PANI/V2O5 do eletrodo de PEDOT.A análise dos resultados obtidos com a caracterização óptica e elétrica revelaram que o DET apresentou mudança na absorção óptica, quando submetidos a diferença de potencial, e um decréscimo de três ordens de grandeza na resistividade elétrica. Estes resultados demonstraram a viabilidade para a confecção de dispositivos eletrocrômicos que apresentam o PEDOT como eletrodo de superfície e o PANI/V2O5 como contra-eletrodo de superfície.

Este trabalho apresenta os resultados do preparo e caracterização de janelas eletrocrômicas (ECD) contendo filmes finos de WO3 como camada eletrocrômica, CeO2-TiO2 como contra-eletrodo e eletrólitos a base de polímeros naturais plastificados. Os filmes finos de CeO2-TiO2 e WO3 foram preparados pelo processo sol-gel e usados para montagem de dispositivos (janelas) eletrocrômicas com variados eletrólitos poliméricos. Os filmes finos e as janelas foram caracterizados através de medidas de densidade de carga, voltametria cíclica e transmitância. Os filmes de CeO2-TiO2 e WO3 apresentaram respectivamente, valores de densidade de carga de 11,8 e 27,8 mC/cm2, e razão de carga anódica/catódica de 0,98 e 0,85. As análises voltamétricas dos filmes finos revelaram picos característicos dos processos de oxidação e redução e as análises espectroscópicas a transmitância de 80 e 78 %, respectivamente. Foram preparadas e caracterizadas janelas com eletrólitos a base de gelatina com ácido acético; gelatina com LiI/I2; gelatina com agar; gelatina com líquidos iônicos; gelatina com líquidos iônicos e triflato de európio; poli(vinil butirato) (PVB) com LiI/I2; PVB com LiClO4; agar com LiClO4; agar com líquidos iônicos; DNA; DNA com LiClO4; DNA-cloreto de hexadeciltrimetilamônio (DNA-CTMA) com azul da Prússia; DNA com PEDOT:PSS (poli(3,4-etilenodioxitiofeno):poli(sulfonato de estireno)); DNA-CTMA com PEDOT:PSS. Os melhores resultados de densidade de carga de 5,4 e 6,0 mC/cm2 foram obtidas para os dispositivos com eletrólitos de gelatina com agar e agar com LiClO4. A razão de carga anódica/catódica desses dispositivos foi de 0,98 e 0,99. Os voltamogramas cíclicos das amostras estudadas revelaram picos anódicos e catódicos referentes à extração e inserção de íons lítio e elétrons no filme de WO3. As análises de transmitância em 550 nm entre o estado colorido e descolorido das janelas mostrou os valores de 28% para a janela contendo eletrólito a base de PVB com LiI/I2. Além disso, também foi verificada a estabilidade dos dispositivos revelando a duração entre 100 a 400 ciclos cronoamperometricos, dependendo do eletrólito usado. Os resultados obtidos mostram que as janelas estudadas são potenciais candidatas às aplicações práticas. / This work presents the results of the preparation and characterization of electrochromic windows (ECD) containing thin films of WO3 as electrochromic layer, CeO2-TiO2 as the counter electrode and natural polymer-based electrolytes. Thin films of CeO2-TiO2 and WO3 were prepared by the sol-gel process and used to assembly the electrochromic devices (windows) with different polymer electrolytes. The thin films and windows samples were characterized by charge density, cyclic voltammetry and transmittance measurements. CeO2-TiO2 and WO3 thin films revealed charge density values of 11.8 and 27.8 mC/cm2, and anodic/cathodic charge relation of 0.98 and 0.85, respectively. The cyclic voltammograms revealed the peaks characteristic of the processes of oxidation and reduction and the spectroscopic analysis the transmittance of 80 and 78%, respectively. Electrochromic windows were assembled with electrolytes based on gelatin with acetic acid; gelatina with LiI/I2, gelatin with agar, gelatin with ionic liquids, gelatin with ionic liquids and europium triflate, PVB (poly (vinyl butyrate)) with LiI/I2; PVB with LiClO4; agar with LiClO4, agar with ionic liquids; DNA, DNA with LiClO4; DNA-CTMA (hexadecyltrimethylammonium chloride) with Prussian Blue; DNA with PEDOT:PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrene sulfonate) ) and DNA-CTMA with PEDOT: PSS. The best results of charge density of 5.4 and 6.0 mC/cm2 and anodic/cathodic charge relations of 0.98 and 0.99 were obtained for the samples containing electrolytes based on gelatin with agar and agar with LiClO4, respectively. The cyclic voltammograms of the electrochromic windows showed cathodic and anodic peaks related to the insertion and extraction of lithium ions and electrons in the film of WO3. The transmittance measurements at 550 nm revealed 28% between the colored and discolored state of the windows with PVB-LiI/I2 electrolyte. Moreover, the stability measurements showed that the ECD remain their transmittance difference during of 100 to 400 of chronoaperometric cycling, depending on the electrolyte used. The obtained results indicate the possibility of use the naturalmacromolecules-based electrolytes in practical electrochromic windows.

Os polímeros naturais e macromoléculas, como polissacarídeos, gelatina e DNA têm atraído recentemente a atenção significativa da comunidade científica por suas propriedades estruturais e elétricas. O ácido desoxiribonucleico (DNA) possui propriedades eletrolíticas que aumentam quando dissolvido em água, isso ocorre devido à presença de átomos facilmente ionizáveis, tais como prótons e/ou íons sódio. Membranas ionicamente condutoras à base de DNA plastificadas com glicerol/ polietileno glicol (PEG) e contendo polímeros condutores, tais como, PEDOT:PSS (poli (3,4- etilenodioxitiofeno)): poli(estireno sulfonato), POEA (poli (o - etoxianilina)) ou o corante electrocrômico Azul da Prússia (AzP) foram preparadas, caracterizadas e aplicadas em dispositivos electrocrômicos. Os resultados demonstraram que o DNA pode ser plastificado com glicerol, resultando numa membrana transparente com boa condutividade iônica. A caracterização das amostras foi realizada através de medidas de condutividade iônica em função da temperatura, análise termogravimétrica - TGA, análise estrutural por difração de raios-X, microscopia eletrônica - MEV e análise espectroscópica no UV - Vis. Os valores de condutividade iônica à temperatura ambiente foram em gama de 10-4 a 10-5S/cm e aumentam linearmente com o aumento da temperatura, seguindo a relação de Arrhenius. Os valores de condutividade iônica para as membranas dopadas variaram, dependendo do polímero ou corante adicionado, da ordem de 10-5S/cm para as amostras à base de DNA puro a 10-4S/cm para as amostras contendo POEA, PEDOT ou AzP, em temperatura ambiente. Observou-se que as amostras apresentam boa estabilidade térmica, até 170°C, com transparência variável, dependendo da espécie adicionada. Os resultados de raios-X evidenciaram uma estrutura semicristalina das membranas obtidas. Finalmente, as membranas foram aplicadas em pequenos dispositivos electrocrômicos (ECD) e mostraram uma mudança de transmissão de até 10 % de colorido para estados descoloridos. Os dispositivos montados foram caracterizados através de medidas de voltametria e cronocoulometria para os potenciais de (-2,0 e +1,8; e -3,5 e +3,0)V. Os resultados da preparação e caracterização de janelas eletrocrômicas revelaram melhor valor de densidade de carga de 2,8 mC/cm2 para a janela contendo eletrólito a base de DNA-PEDOT. Todos os resultados obtidos mostraram que as membranas à base de DNA são condutoras ionicamente, têm boa transparência e adesão a propriedades do aço e vidro e são materiais promissores para serem aplicadas em dispositivos eletrocrômicos. / Natural polymers and macromolecules such as polysaccharides, gelatin, and DNA have recently attracted significant attention from the scientific community for their interesting structural and electrical properties. Deoxyribonucleic acid (DNA) has electrolytic properties that are enhanced when dissolved in water due to the presence easily ionizable atoms such as proton and/or sodium. Ionically conductive membranes based on DNA plasticized with glycerol and DNA containing conducting polymers, such as, either PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), POEA (poly (o-ethoxyaniline)) or electrochromic dye Prussian Blue (PB) were prepared, characterized and applied in electrochromic devices. It has been shown that DNA can be plasticized with glycerol, resulting in a transparent membrane with good ionic conductivity. The characterization of the samples was performed by ionic conductivity measurements as a function of temperature, TGA thermal analysis, and structural analysis by X-ray diffraction, microscopic by SEM and UV-Vis spectroscopic analysis. The ionic conductivity values at room temperature were in range of 10-4 to 10-5S/cm and increases linearly with increasing temperature, following the Arrhenius relationship. The ionic conductivity values for the studied doped membranes varied, depending on the added polymer or dye, from order 10-5S/cm for the pure DNA-based samples to 10-4S/cm for the samples containing PEDOT or PB, at room temperature. It was observed that the samples exhibit a good thermal stability up to 170ºC, with variable transparency, depending on the added molecule. The X-ray results evidenced a semicrystalline structure of the obtained membranes. Finally, the membranes were applied in small electrochromic devices (ECDs) and have shown an up to 10% transmission change from colored to bleached states. The inserted/extracted charges were of 2,8 mC/cm2 after applying potential of -2.0/+1.8V and -3.5/+3.0V on ECD with DNA-PEDOT electrolyte. All obtained results showed that DNA-based ionically conducting membranes have good transparency and adhesion to glass and steel properties and are very promising materials to be applied in electrochromic devices.

Os polímeros naturais e macromoléculas, como polissacarídeos, gelatina e DNA têm atraído recentemente a atenção significativa da comunidade científica por suas propriedades estruturais e elétricas. O ácido desoxiribonucleico (DNA) possui propriedades eletrolíticas que aumentam quando dissolvido em água, isso ocorre devido à presença de átomos facilmente ionizáveis, tais como prótons e/ou íons sódio. Membranas ionicamente condutoras à base de DNA plastificadas com glicerol/ polietileno glicol (PEG) e contendo polímeros condutores, tais como, PEDOT:PSS (poli (3,4- etilenodioxitiofeno)): poli(estireno sulfonato), POEA (poli (o - etoxianilina)) ou o corante electrocrômico Azul da Prússia (AzP) foram preparadas, caracterizadas e aplicadas em dispositivos electrocrômicos. Os resultados demonstraram que o DNA pode ser plastificado com glicerol, resultando numa membrana transparente com boa condutividade iônica. A caracterização das amostras foi realizada através de medidas de condutividade iônica em função da temperatura, análise termogravimétrica - TGA, análise estrutural por difração de raios-X, microscopia eletrônica - MEV e análise espectroscópica no UV - Vis. Os valores de condutividade iônica à temperatura ambiente foram em gama de 10-4 a 10-5S/cm e aumentam linearmente com o aumento da temperatura, seguindo a relação de Arrhenius. Os valores de condutividade iônica para as membranas dopadas variaram, dependendo do polímero ou corante adicionado, da ordem de 10-5S/cm para as amostras à base de DNA puro a 10-4S/cm para as amostras contendo POEA, PEDOT ou AzP, em temperatura ambiente. Observou-se que as amostras apresentam boa estabilidade térmica, até 170°C, com transparência variável, dependendo da espécie adicionada. Os resultados de raios-X evidenciaram uma estrutura semicristalina das membranas obtidas. Finalmente, as membranas foram aplicadas em pequenos dispositivos electrocrômicos (ECD) e mostraram uma mudança de transmissão de até 10 % de colorido para estados descoloridos. Os dispositivos montados foram caracterizados através de medidas de voltametria e cronocoulometria para os potenciais de (-2,0 e +1,8; e -3,5 e +3,0)V. Os resultados da preparação e caracterização de janelas eletrocrômicas revelaram melhor valor de densidade de carga de 2,8 mC/cm2 para a janela contendo eletrólito a base de DNA-PEDOT. Todos os resultados obtidos mostraram que as membranas à base de DNA são condutoras ionicamente, têm boa transparência e adesão a propriedades do aço e vidro e são materiais promissores para serem aplicadas em dispositivos eletrocrômicos. / Natural polymers and macromolecules such as polysaccharides, gelatin, and DNA have recently attracted significant attention from the scientific community for their interesting structural and electrical properties. Deoxyribonucleic acid (DNA) has electrolytic properties that are enhanced when dissolved in water due to the presence easily ionizable atoms such as proton and/or sodium. Ionically conductive membranes based on DNA plasticized with glycerol and DNA containing conducting polymers, such as, either PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), POEA (poly (o-ethoxyaniline)) or electrochromic dye Prussian Blue (PB) were prepared, characterized and applied in electrochromic devices. It has been shown that DNA can be plasticized with glycerol, resulting in a transparent membrane with good ionic conductivity. The characterization of the samples was performed by ionic conductivity measurements as a function of temperature, TGA thermal analysis, and structural analysis by X-ray diffraction, microscopic by SEM and UV-Vis spectroscopic analysis. The ionic conductivity values at room temperature were in range of 10-4 to 10-5S/cm and increases linearly with increasing temperature, following the Arrhenius relationship. The ionic conductivity values for the studied doped membranes varied, depending on the added polymer or dye, from order 10-5S/cm for the pure DNA-based samples to 10-4S/cm for the samples containing PEDOT or PB, at room temperature. It was observed that the samples exhibit a good thermal stability up to 170ºC, with variable transparency, depending on the added molecule. The X-ray results evidenced a semicrystalline structure of the obtained membranes. Finally, the membranes were applied in small electrochromic devices (ECDs) and have shown an up to 10% transmission change from colored to bleached states. The inserted/extracted charges were of 2,8 mC/cm2 after applying potential of -2.0/+1.8V and -3.5/+3.0V on ECD with DNA-PEDOT electrolyte. All obtained results showed that DNA-based ionically conducting membranes have good transparency and adhesion to glass and steel properties and are very promising materials to be applied in electrochromic devices.

Este trabalho apresenta os resultados do preparo e caracterização de janelas eletrocrômicas (ECD) contendo filmes finos de WO3 como camada eletrocrômica, CeO2-TiO2 como contra-eletrodo e eletrólitos a base de polímeros naturais plastificados. Os filmes finos de CeO2-TiO2 e WO3 foram preparados pelo processo sol-gel e usados para montagem de dispositivos (janelas) eletrocrômicas com variados eletrólitos poliméricos. Os filmes finos e as janelas foram caracterizados através de medidas de densidade de carga, voltametria cíclica e transmitância. Os filmes de CeO2-TiO2 e WO3 apresentaram respectivamente, valores de densidade de carga de 11,8 e 27,8 mC/cm2, e razão de carga anódica/catódica de 0,98 e 0,85. As análises voltamétricas dos filmes finos revelaram picos característicos dos processos de oxidação e redução e as análises espectroscópicas a transmitância de 80 e 78 %, respectivamente. Foram preparadas e caracterizadas janelas com eletrólitos a base de gelatina com ácido acético; gelatina com LiI/I2; gelatina com agar; gelatina com líquidos iônicos; gelatina com líquidos iônicos e triflato de európio; poli(vinil butirato) (PVB) com LiI/I2; PVB com LiClO4; agar com LiClO4; agar com líquidos iônicos; DNA; DNA com LiClO4; DNA-cloreto de hexadeciltrimetilamônio (DNA-CTMA) com azul da Prússia; DNA com PEDOT:PSS (poli(3,4-etilenodioxitiofeno):poli(sulfonato de estireno)); DNA-CTMA com PEDOT:PSS. Os melhores resultados de densidade de carga de 5,4 e 6,0 mC/cm2 foram obtidas para os dispositivos com eletrólitos de gelatina com agar e agar com LiClO4. A razão de carga anódica/catódica desses dispositivos foi de 0,98 e 0,99. Os voltamogramas cíclicos das amostras estudadas revelaram picos anódicos e catódicos referentes à extração e inserção de íons lítio e elétrons no filme de WO3. As análises de transmitância em 550 nm entre o estado colorido e descolorido das janelas mostrou os valores de 28% para a janela contendo eletrólito a base de PVB com LiI/I2. Além disso, também foi verificada a estabilidade dos dispositivos revelando a duração entre 100 a 400 ciclos cronoamperometricos, dependendo do eletrólito usado. Os resultados obtidos mostram que as janelas estudadas são potenciais candidatas às aplicações práticas. / This work presents the results of the preparation and characterization of electrochromic windows (ECD) containing thin films of WO3 as electrochromic layer, CeO2-TiO2 as the counter electrode and natural polymer-based electrolytes. Thin films of CeO2-TiO2 and WO3 were prepared by the sol-gel process and used to assembly the electrochromic devices (windows) with different polymer electrolytes. The thin films and windows samples were characterized by charge density, cyclic voltammetry and transmittance measurements. CeO2-TiO2 and WO3 thin films revealed charge density values of 11.8 and 27.8 mC/cm2, and anodic/cathodic charge relation of 0.98 and 0.85, respectively. The cyclic voltammograms revealed the peaks characteristic of the processes of oxidation and reduction and the spectroscopic analysis the transmittance of 80 and 78%, respectively. Electrochromic windows were assembled with electrolytes based on gelatin with acetic acid; gelatina with LiI/I2, gelatin with agar, gelatin with ionic liquids, gelatin with ionic liquids and europium triflate, PVB (poly (vinyl butyrate)) with LiI/I2; PVB with LiClO4; agar with LiClO4, agar with ionic liquids; DNA, DNA with LiClO4; DNA-CTMA (hexadecyltrimethylammonium chloride) with Prussian Blue; DNA with PEDOT:PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrene sulfonate) ) and DNA-CTMA with PEDOT: PSS. The best results of charge density of 5.4 and 6.0 mC/cm2 and anodic/cathodic charge relations of 0.98 and 0.99 were obtained for the samples containing electrolytes based on gelatin with agar and agar with LiClO4, respectively. The cyclic voltammograms of the electrochromic windows showed cathodic and anodic peaks related to the insertion and extraction of lithium ions and electrons in the film of WO3. The transmittance measurements at 550 nm revealed 28% between the colored and discolored state of the windows with PVB-LiI/I2 electrolyte. Moreover, the stability measurements showed that the ECD remain their transmittance difference during of 100 to 400 of chronoaperometric cycling, depending on the electrolyte used. The obtained results indicate the possibility of use the naturalmacromolecules-based electrolytes in practical electrochromic windows.

Neste trabalho, reportamos a síntese sonoquímica e a caracterização de nanopartículas de hexacianoferrato de cobre para a fabricação de filmes ultrafinos com expessura controlada. Aproveitando-se da sua esturutra nanométrica e do excesso de carga superficial negativa, os métodos de imobilização propostos foram a deposição eletrostática camada por camada (LBL), utilizando-se o PAH como polieletrólito positivo (hidrocloreto de polialilamina); e a deposição eletroforética que utiliza um campo elétrico para que partículas carregadas em suspensão sejam atraídas para a superfície do eletrodo. Os eletrodos modificados pelas nanopartículas de hexacianoferrato de cobre foram estudados com respeito às suas propriedades eletrocatalíticas e eletrocrômicas. O hexacianoferrato de cobre (HexFeCu) possui algumas características interessantes como a oxidação eletrocatalítica do peróxido de hidrogênio a baixos potenciais e com a vantagem de ser eletroativo em meios contendo Na+. A utilização desse composto estruturado nanometricamente proporciona ainda uma grande área superficial podendo acentuar suas características eletrocatalíticas. Além da aplicação em biossensores amperométricos, também foi possível a sua utilização em dispositivos eletrocrômicos, ao se perceber que o material mudava de cor ao ser reduzido ou oxidado, demonstrando alta reversibilidade, durabilidade eletrocrômica além de uma boa aderência das camadas de nanopartículas eletrostaticamente depositadas ao substrato de ITO. / In this work, the sonochemical synthesis and the characterization of copper hexacyanoferrate nanoparticles for producing ultra thin films with controlled thickness is reported. Due to its nanometric structure and the excess of superficial negative charges, the proposed immobilization methods were the electrostatic deposition layer by layer (LBL), using the PAH as a positive polyelectrolyte Poly(allylamine hydrochloride) and the electrophoretic deposition which uses an electric field in order to attract the charged particles to the electrode surface. The study of the electrodes modified by the copper hexacyanoferrate nanoparticles was focused in its electrocathalytic and electrochromic properties. Copper hexacianoferrate (HexFeCu) presents some interesting properties like the electrocatalytic reduction of hydrogen peroxide at low potential conditions with the advantage of being electroactive in media containing Na+. The utilization of this nanometrically-structured compound provides a very large surface area, enhancing its catalytic properties. Besides its use in amperometric biosensors, it was also possible its use in electrochromic devices because color changes observed during redox cycles, demonstrating high reversibility, electrochromic durability and due to high adherence of nanoparticles to the ITO electrode.

Foram estudados os filmes finos eletrocrômicos de WO3, MoO3 e PEDOT:PSS e aplicados em pequenos dispositivos eletrocrômicos. Os filmes finos de WO3 foram produzidos por meio do processo de eletrodeposição galvanostática a partir de um sol de ácido peroxotungstênico. Realizaram-se dois estudos de eletrodeposição dos filmes de WO3: 1º) produziu-se filmes em diferentes correntes -0,45 -0,50, -0,60 e -1,0 mA com tempo de 600 segundos; 2º) produziu-se filmes variando os tempos de eletrodeposição de 100, 200, 300, 400, 500 e 600 s com corrente de -0,45 mA. O tratamento térmico foi efetuado a 120 ºC por 1 hora. Os filmes de WO3 eletrodepositados com corrente -0,45 mA no tempo de 600 s foram estudados com maiores detalhes. Os filmes com espessura de 140 nm apresentaram mudança na coloração de transparente para azul em resposta a aplicação de potencial de -1,0 a 1,0 V. A variação em transmitância foi medida no visível (λ = 633 nm) resultando em ΔT = 61 %. A densidade de carga foi de 35 mC/cm2 e a estabilidade eletroquímica foi de até 3.000 ciclos. As medidas de difração de raios-X mostraram que a estrutura dos filmes de WO3 é amorfa e as imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) evidenciaram uma superfície homogênea e sem rachaduras. O filme de PEDOT:PSS depositado por dip-coating apresentou uma espessura em torno de 400 nm, mudança de coloração de azul para transparente com a aplicação do potencial de -1,0 a 1,0 V e ΔT= 50 % para o filme de uma camada. Os filmes de MoO3 foram depositados pela técnica de spin-coating e avaliados conforme o número de camadas (1 a 10 camadas) sendo os melhores resultados foram obtidos para a amostra composta por 9 camadas. Este filme apresentou densidade de carga em torno de 25 mC/cm2 e uma mudança de cor de transparente (T= 80%) para azul (T=38%) após a aplicação de potencial de 1,5 e -1,5 V, respectivamente. Foram confeccionados e estudados dispositivos eletrocrômicos (ECDs) com os filmes finos de WO3 e PEDOT:PSS, eletrólitos poliméricos a base de hidroxipropilcelulose (HPC) e goma gelana (GGLA) e contra eletrodo de CeO2-TiO2. As melhores respostas óticas foram obtidas com o dispositivo eletrocrômico WO3/HPC/CeO2-TiO2, sendo ΔT=29% e a densidade de carga de 12 mC/cm2. A melhor estabilidade em função do número de ciclos de coloração/descoloração de 5.500 foi obtido com o dispositivo eletrocrômico WO3|GGLA-PVP-NHS|CeO2-TiO2 com glicerol. / Electrochromic WO3, MoO3 and PEDOT: PSS thin films were deposited and characterized. WO3 thin films were produced using the galvanostatic electrodeposition process from peroxotungstic acid sol. There were two studies of electrodeposition of WO3 films: 1) films were produced in different streams -0.45 -0.50, -0.60 and -1.0 mA with a time of 600 seconds, and 2) produced films were electrodeposited varying times 100, 200, 300, 400, 500 and 600 s with a current of -0.45 mA. The heat treatment was performed at 120 °C for 1 hour. The WO3 films electrodeposited with -0.45 mA current for 600 s were chosen and studied deeply. These films with a thickness of 140 nm showed change in color from transparent to blue in response to applied potential of -1.0 to 1.0 V. The variation in transmittance was measured at λ = 633 nm, resulting in ΔT = 61%, charge density of about 35 mC/cm2 and electrochemical stability up to 3,000 cycles. X-ray diffractograms showed that the structure of the films is amorphous and scanning electron microscopy (SEM) images showed a homogeneous surface without cracks. The film of PEDOT: PSS deposited by dip-coating had a thickness around 400 nm, color change from blue to transparent upon applied potential of -1.0 to 1.0 V and ΔT = 50% for the one layer film. The MoO3 films were deposited by spin-coating and evaluated as the number of layers (1 to 10 layers) appointing the best results for the sample with 9 layers. This displayed the charge density of around 25 mC/cm2 and a color change from transparent (T = 80%) to blue (T = 38%) after applying the potential of 1.5 and -1.5 V, respectively. Furthermore, the electrochromic devices containing WO3 and/or PEDOT: PSS thin films, polymer electrolytes based cellulose and/or gellan gum and counter electrode of CeO2-TiO2 were assembled and characterized. The best responses of ΔT = 29% and charge density of 12 mC/cm2 were obtained for the electrochromic device with WO3/cellulose/CeO2-TiO2 configuration. However, the best coloring/bleaching stability of 5,500 cycles was obtained with the electrochromic device WO3|GGLA-PVP-NHS|CeO2-TiO2 with glycerol configuration.

O presente trabalho apresenta os resultados de preparação e caracterização de cinco dispositivos eletrocrômicos (DEC) compostos por filmes finos de óxidos de metais de transição, tais como WO3, WO3:Ta, Nb2O5:Mo e NiOx como camadas eletrocrômicas e CeO2-TiO2 como contra-eletrodo transparente. Os eletrólitos usados nestes dispositivos foram à base de amido plastificado com glicerol e contendo LiClO4 ou KOH dependendo da camada eletrocrômica. Todos os filmes finos foram preparados pelo processo sol-gel e depositados sobre FTO pela técnica de dip-coating. Os dispositivos foram caracterizados através da técnica de voltametria cíclica, espectroscopia na região do UV-visível-NIR (300–1100 nm) e densidade de carga inserida/extraída ao longo dos ciclos cronoamperométricos. A partir dos valores obtidos para a densidade de carga inserida e a transmitância em 550 nm e em 633 nm e com o uso de uma equação apropriada obtiveram-se os valores de eficiência eletrocrômica dos dispositivos eletrocrômicos. Foram feitas também medidas de densidade ótica em função do potencial e transmitância em função do tempo. Os resultados de densidade de carga para os dispositivos eletrocrômicos com WO3, WO3:Ta e Nb2O5:Mo mostraram que os processos de inserção/extração dos íons lítio são reversíveis, sendo que a extração é muito rápida da ordem de 10s. Através dos espectros de transmissão observou-se uma boa variação na transmitância entre os estados coloridos e descoloridos (T), sendo que o DEC com WO3 e eletrólito com concentração de LiClO4, [O]/[Li]=10 obteve a maior variação de T = 38,4% em 633 nm. Isso resultou num alto valor de eficiência eletrocrômica de 77,5 cm2/C. O DEC com NiOx apresentou uma menor variação na transmitância, 23,8% em 550 nm para o ciclo 3000, resultando num menor valor de eficiência eletrocrômica, 24,9 cm2/C. O presente trabalho apresenta também os resultados da preparação e caracterização de eletrólitos sólidos poliméricos contendo amido, glicerol e hidróxido de potássio, os quais foram caracterizados através da técnica de espectroscopia de impedância eletroquímica e a partir destes resultados os valores das suas condutividades iônicas foram calculadas. Fez-se também medidas de transmissão ótica na região do UV-visível-NIR (300-1100 nm). O melhor valor de condutividade iônica foi obtido para o filme com 25% de glicerina e 35% de KOH em relação à massa do amido, sendo 4,92∙10-5 S∙cm-1 a 30oC. Os resultados obtidos neste trabalho mostram que os eletrólitos sólidos poliméricos à base de amido podem ser muito interessantes para aplicação em dispositivos eletrocrômicos como, por exemplo, janelas eletrocrômicas em arquitetura. / This dissertation presents the results of preparation and characterization of five electrochromic devices (DEC) composed of thin films of transition metal oxides, such as WO3, WO3:Ta, Nb2O5:Mo and NiOx as electrochromic layers and CeO2-TiO2 as a transparent counter-electrode. The electrolytes used in these devices were starch-based plasticized with glycerol containing LiClO4 or KOH, depending on the electrochromic layer. All the thin films were prepared by sol-gel process and deposited onto FTO by dip-coating technique. The devices were characterized by means of cyclic voltametry, spectroscopy in the region of UV-visible-NIR (300-1100 nm) and the inserted/extracted charge density along the chronoamperometric cycles. From the values obtained for the inserted charge density and the transmittance in 550 nm and 633 nm and using an appropriate equation the values of electrochromic efficiency of the electrochromic devices were obtained. Measurements of optical density in function of the potential and transmittance in function of the time were also taken. The results of charge density for the electrochromic devices with WO3, WO3:Ta and Nb2O5:Mo showed that the processes of insertion/extraction of the lithium ions are reversible and the extraction is very fast, i.e., of the order of 10s. Through the transmission spectra it was possible to observe a good variation in the transmittance between the coloured and bleached states (T), given that the DEC with WO3 and electrolyte with concentration of LiClO4, [O]/[Li]=10 obtained the largest variation of T = 38.4% in 633 nm. This resulted in a high value (77.5 cm2/C) of electrochromic efficiency. The DEC with NiOx presented a smaller variation in the transmittance, i.e., 23.8% in 550 nm for cycle 3000, resulting in a lower value of electrochromic efficiency, 24.9 cm2/C. This work also presents the results of the preparation and characterization of solid polymeric electrolytes containing starch, glycerol and potassium hydroxide characterized by the technique of electrochemical impedance spectroscopy. From these results the values of their ionic conductivities were calculated. Measurements of optical transmission in the region of UV-visible-NIR (300-1100 nm) were also taken. The best value of ionic conductivity, i.e., 4.9210-5 Scm-1 at 30oC was obtained for the film with 25% of glycerol and 35% of KOH in relation to the mass of starch. The results presented in this work show that starch-based solid polymeric electrolytes can be very interesting for application in electrochromic devices as, for example, smart windows in architecture.

Neste trabalho, reportamos a síntese sonoquímica e a caracterização de nanopartículas de hexacianoferrato de cobre para a fabricação de filmes ultrafinos com expessura controlada. Aproveitando-se da sua esturutra nanométrica e do excesso de carga superficial negativa, os métodos de imobilização propostos foram a deposição eletrostática camada por camada (LBL), utilizando-se o PAH como polieletrólito positivo (hidrocloreto de polialilamina); e a deposição eletroforética que utiliza um campo elétrico para que partículas carregadas em suspensão sejam atraídas para a superfície do eletrodo. Os eletrodos modificados pelas nanopartículas de hexacianoferrato de cobre foram estudados com respeito às suas propriedades eletrocatalíticas e eletrocrômicas. O hexacianoferrato de cobre (HexFeCu) possui algumas características interessantes como a oxidação eletrocatalítica do peróxido de hidrogênio a baixos potenciais e com a vantagem de ser eletroativo em meios contendo Na+. A utilização desse composto estruturado nanometricamente proporciona ainda uma grande área superficial podendo acentuar suas características eletrocatalíticas. Além da aplicação em biossensores amperométricos, também foi possível a sua utilização em dispositivos eletrocrômicos, ao se perceber que o material mudava de cor ao ser reduzido ou oxidado, demonstrando alta reversibilidade, durabilidade eletrocrômica além de uma boa aderência das camadas de nanopartículas eletrostaticamente depositadas ao substrato de ITO. / In this work, the sonochemical synthesis and the characterization of copper hexacyanoferrate nanoparticles for producing ultra thin films with controlled thickness is reported. Due to its nanometric structure and the excess of superficial negative charges, the proposed immobilization methods were the electrostatic deposition layer by layer (LBL), using the PAH as a positive polyelectrolyte Poly(allylamine hydrochloride) and the electrophoretic deposition which uses an electric field in order to attract the charged particles to the electrode surface. The study of the electrodes modified by the copper hexacyanoferrate nanoparticles was focused in its electrocathalytic and electrochromic properties. Copper hexacianoferrate (HexFeCu) presents some interesting properties like the electrocatalytic reduction of hydrogen peroxide at low potential conditions with the advantage of being electroactive in media containing Na+. The utilization of this nanometrically-structured compound provides a very large surface area, enhancing its catalytic properties. Besides its use in amperometric biosensors, it was also possible its use in electrochromic devices because color changes observed during redox cycles, demonstrating high reversibility, electrochromic durability and due to high adherence of nanoparticles to the ITO electrode.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:09:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseFLS.pdf: 1241707 bytes, checksum: daa8a1ff62e69f8b1918f1a97552d26f (MD5) Previous issue date: 2006-08-25 / Universidade Federal de Sao Carlos / The main goal of the present work is to describe the lithium ion transport mechanism in a hybrid (SPHP) and nanocomposite (NHP) polyelectrolyte based on complex conductivity analysis as a function of temperature. The chemical synthesis strategy used to produce a helical free-chain configuration of singlephase hybrid organic-inorganic polymer electrolytes was based on a simple non-hydrolytic sol-gel route. The SPHP resulting from this strategy showed a Tg of -79oC and its temperature-dependent ionic conductivity (achieved at temperatures higher than Tg) displayed an Arrhenius behavior. This remarkable behavior characterizes a segmental motion-decoupled polymer. An Arrheniustype behavior for ionic conductivity (σdc) and hopping frequency of charge carrier (ωp) were observed. The values of activation energy obtained for σdc and ωp as a function of the temperature was approximately the same (~ 0.2 eV), indicating that the dispersive conductivity, σ(ω), originates from the migration of ions. This relevant physical aspect is allied to the fact that the contribution to the dispersive conductivity appears to be governed by a nearly frequency independent dielectric loss, ε = A, which correspond to an almost linear frequency dependent term of the form, σ = ωε ( ω) = Aω, in the real part of the complex conductivity. Furthermore, we observe a high stability, of SPHP and NHP when applied in a large EC device (5 x 10 cm2) using WO3 (electrochromic) and CeO2 -TiO2 (counter-electrode ion storage) electrodes, both optimized and produced by Leibniz-Institut of New Materials (Leibniz-INM, Germany). The electrochromic device exhibited excellent color and bleach reversibility, high coloration efficiency (> 35cm2 / C) from the first cycle up to more than 60000 CA cycles, and a maximum constant rate of deintercalation / intercalation (Oout / Qin = 1). Its remarkable behavior and high stability render this material an excellent candidate for application in electrochromic devices. / O principal objetivo deste trabalho foi descrever o transporte de íons lítio em novos polieletrólitos híbrido puro (SPHP) e com nanopartículas (NHP), avaliando o seu desempenho em dispositivos eletrocrômicos tradicionais. A síntese química usada para preparar essa nova classe de materiais foi baseada num processo químico não hidrolítico, conhecido como método de complexos polimerizaveis in situ (IPC). O polieletrólito híbrido obtido dessa síntese apresentou Tg de - 79oC e sua condutividade iônica em função da temperatura (T>Tg) revelou um comportamento do tipo Arrhenius. Este comportamento caracteriza um polímero desacoplado da movimentação da cadeia. Alem disso, um comportamento tipo Arrhenius para a condutividade iônica (σdc) e a freqüência característica de saltos do portador carga (ωp) foram observados. Os valores de energia de ativação aparente para σdc e ωp em função da temperatura foram aproximadamente iguais (0.2 eV), indicando que a condutividade dispersiva, σ(ω), origina da migração de íons. Este relevante aspecto físico aliado ao fato de que a contribuição da condutividade parece ser governado por uma perda dielétrica quase que independente da freqüência , ε = A, que corresponde a uma dependência quase linear com a freqüência, σ = ωε ( ω) = Aω, na parte real da condutividade complexa. Além disso, observamos alta estabilidade, do SPHP e NHP, quando utilizados em dispositivos eletrocrômicos tradicionais de grande área ativa (5 x 10 cm2) usando eletrodos de WO3 (eletrocrômico) e CeO2 -TiO2 (como contra-eletrodo estocagem de íon), ambos otimizados e produzidos pelo Leibniz-Institut of New Materials (Leibniz-INM, Alemanha). O dispositivo eletrocrômico exibiu excelente reversibilidade de coloração-descoloração, alta eficiência de coloração (> 35cm2 / C) ao longo dos mais de 60000 ciclos de funcionamento, e taxa máxima de inserção/extração (Oout / Qin = 1). Esse comportamento e alta estabilidade torna este material um excelente candidato para aplicações em dispositivos eletrocrômicos.