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 calculamos inicialmente as propriedades ópticas de filmes compósitos de Me-NiO e Me-CoO, sendo os metais Me = Au, Ag, Cu, Ni, Pd e Pt, a partir da teoria de meio efetivo de Maxwell Garnett. Este estudo teórico possibilitou avaliar a viabilidade de se obter experimentalmente um material colorido na região do espectro visível, com absorção seletiva numa estreita faixa de comprimentos de onda. Os resultados mostraram que o candidato ideal para tal fim é o compósito a base de Au. A partir deste resultado iniciou-se o crescimento de filmes finos compósitos de Au-NiO e Au-CoO, utilizando diferentes estratégias experimentais: (i) deposição por DC magnetron sputtering reativo, (ii) deposição do filme de NiO, por DC magnetron sputtering reativo e Au pelos métodos de sol-gel e dip coating e (iii) deposição de ambos os filmes, NiOxHy e Au, por sol-gel e dip coating. Os resultados mostraram uma seletividade pequena (-5-10%) nos filmes crescidos pelo método de sputtering, devido ao caráter atomístico desse tipo de técnica, que conduz à formação de pequenos aglomerados de Au (menores que -3 nm), ao invés de agregados com tamanhos da ordem de algumas dezenas de nanômetros, obtidos facilmente pelo método sol-gel. O crescimento na forma de multicamadas proporciona uma melhor seletividade, em torno de 1 5%. Pós-tratamentos térmicos em filmes compósito s obtidos unicamente por sputtering induzem a aglomeração do Au, mas destroem as propriedades eletrocrôrnicas. No caso de filmes de Au crescidos por sol-gel, a seletividade espectral, decorrente da presença do Au aumenta, indo de 15% a 20% em filmes depositados sobre a matriz óxida crescida por sputtering e por sol-gel, respectivamente. Mediante processos eletroquímicos, os filmes de NiOxHy crescidos por sol-gel e dip coating apresentaram os melhores resultados de variação de transmitância (70%), devido à maior porosidade desses filmes. / In this work we initially calculated the optical properties of cermet films of Me-NiO and Me-CoO, being the metals Me = Au, Ag, Cu, Ni, Pd and Pt, by means of the Maxwell Garnett effective medium theory. This theoretical study allowed evaluating the viability to obtain, experimentally, a colored material in the visible spectrum region, with selective absorption in a narrow range of wavelengths. The results showed that the ideal candidate for such goal is the Au cermet. Looking at this result, the growth of Au-NiO and Au-CoO thin films was initiated using different experimental strategies: (i) deposition by reactive DC magnetron sputtering, (ii) deposition of the NiO, film by reactive DC magnetron sputtering and Au by the sol-gel and dip coating methods and (iii) deposition of both films, NiOxHy and Au, by sol-gel and dip coating. The films grown by sputtering showed a small selectivity (-5-10%), due to the atomistic character of this type of technique. It leads to the formation of small clusters of Au (smaller than -3 nrn), instead of aggregates with sizes of the order of some tenths of nanometers, easily obtained by the sol-gel method. Better selectivity, around 15%, is obtained in films deposited as multilayers. Post thermal annealing of the cermet films grown by sputtering induces the agglomeration of Au, but destroys the electrochromic properties. In the case of Au films grown by sol-gel, the spectral selectivity increases, due to the presence of Au, going from 15% to 20% in films deposited on the oxide matrix, deposited by sputtering and sol-gel, respectively. Under electrochemical processes, the NiOxHy films grown by sol-gel and dip coating presented the highest transmission variation (70%), due to larger porosity of these films.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:35:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseAVR.pdf: 3687126 bytes, checksum: 5c0702b06f347d5aedb0305fd8fbab29 (MD5) Previous issue date: 2002-08-30 / Universidade Federal de Minas Gerais / Nb2O5 is known by your capacity of optical absorption variation, which it happens due to reduction and small ions intercalation, such as Li+, double process. In this work, Nb2O5 electrochromic films were produced by Pechini method and deposited by dip-coating. Firstly, the composition variables effect of the oxide precursor solution it was investigated by thermal analysis measure. TG and DSC techniques were used to monitoring the organic part degradation process until to the oxide formation. It was observed that both variables, citric acid concentration and niobium concentration, to exercise great influence in the polymeric precursor complex. The composition variables and the calcination temperature effects were studied by different techniques, such as: cyclic voltammetry in LiClO4/CH3CN solution, in situ UV-Vis spectrophotometry, MEV and XRD. This study was realized based to Factorial Design methodology, and us allowed to direction the following stages of work. It was observed that changes in the variables, leads to important changes in the morphological and structural properties and, consequently, in the Nb2O5 films electro-optical properties. The variable that showed largest effect was the citric acid/ethylene glycol molar ratio, which is responsible for the polymeric net formation. The film crystallinity influence was investigated in more details and one was observed the relationship between the crystalline structure and the Li+ intercalation/extraction process reversibility. A great decrease of electrochemical answer was observed in function of the cyclicality for films treated to 400 ºC and 450ºC. However, with the calcination temperature increases this effect practically does not occur. XRD studies showed that to 400ºC the material is amorphous, evolving to hexagonal phase (500ºC), and, to 600ºC the ortorrhombic phase prevails. The transmittance variation, as well as, the coloration efficiency increases with the temperature increase. Another important stage of this work was the study of addition of different dopants effect on film electrochromic properties. Nb2O5 was doped with TiO2, SnO2, ZrO2 and CeO2 in concentrations between 0.1 and 10 mol%. In all cases, it was observed an increase of electrochemical and optical properties. However, for higher dopant concentration, it should probably happen the segregation of a second phase, once the intercalation charges and coloration efficiency values decrease. ZrO2 showed be the best dopant in 2.0 mol% concentration. / O Nb2O5 é conhecido por sua capacidade de variação da absorção ótica, que ocorre em função de um duplo processo de redução e intercalação de íons pequenos, como o Li+. Neste trabalho, filmes eletrocrômicos de Nb2O5 foram produzidos através do método de Pechini e depositados por dip- coating . Inicialmente o efeito das variáveis de composição da solução precursora no processo de formação do óxido, foi investigado por medidas de análise térmica. As técnicas de TG e DSC foram utilizadas para monitorar o processo de degradação da matéria orgânica até a formação do óxido. Foi observado que ambas as variáveis exercem grande influência na formação do complexo polimérico precursor. As variáveis de composição, juntamente com a variável temperatura de calcinação foram estudadas por diferentes técnicas, tais como: voltametria cíclica em solução de LiClO4/CH3CN, espectrofotometria UV-Vis in situ , MEV e XRD. Este estudo foi realizado com base na metodologia de planejamento fatorial, e nos permitiu direcionar as etapas seguintes do trabalho. Foi observado que alterações nas três variáveis estudadas, apresentam reflexo sobre as propriedades morfológicas e estruturais do óxido e, consequentemente, nas propriedades eletro-óticas dos filmes de Nb2O5. Sendo que a variável que mostrou maior efeito, foi a razão molar entre o ácido cítrico e o etileno glicol, os quais são responsáveis pela formação da rede polimérica. A influência da cristalinidade dos filme foi investigada em mais detalhes e, surpreendentemente, foi observada uma estreite relação entre a estrutura cristalina e a reversibilidade do processo de intercalação/extração de Li+. Uma grande perda da resposta eletroquímica foi observada em função da ciclagem para os filmes tratados a 400 e 450ºC. Contudo, à medida que a temperatura de calcinação aumenta este efeito praticamente deixa de existir. Os estudos de XRD mostraram que a 400ºC o material apresenta caráter totalmente amorfo, evoluindo para a fase hexagonal (500ºC), sendo que, a 600ºC predomina a fase ortorrômbica. A variação de transmitância, bem como, a eficiência eletrocrômica aumentam com o aumento da temperatura. Outra importante etapa deste trabalho, foi o estudo do efeito da adição de diferentes dopantes sobre o eletrocromismo dos filmes. O Nb2O5 foi dopado com TiO2, SnO2, ZrO2 e CeO2 em concentrações entre 0,1 e 10 mol%. Em todos os casos foi observado um aumento das propriedades eletroquímica e ótica dos filmes. Entretanto, para altas concentrações dos dopantes, provavelmente deve ocorrer a segregação de uma segunda fase, uma vez que os valores de carga de intercalação e de eficiência eletrocrômica decrescem. Os filmes que apresentaram maiores valores de eficiência eletrocrômica foram os filmes dopados com 0,5 mol% de TiO2 e 2 mol% de ZrO2.

Neste trabalho calculamos inicialmente as propriedades ópticas de filmes compósitos de Me-NiO e Me-CoO, sendo os metais Me = Au, Ag, Cu, Ni, Pd e Pt, a partir da teoria de meio efetivo de Maxwell Garnett. Este estudo teórico possibilitou avaliar a viabilidade de se obter experimentalmente um material colorido na região do espectro visível, com absorção seletiva numa estreita faixa de comprimentos de onda. Os resultados mostraram que o candidato ideal para tal fim é o compósito a base de Au. A partir deste resultado iniciou-se o crescimento de filmes finos compósitos de Au-NiO e Au-CoO, utilizando diferentes estratégias experimentais: (i) deposição por DC magnetron sputtering reativo, (ii) deposição do filme de NiO, por DC magnetron sputtering reativo e Au pelos métodos de sol-gel e dip coating e (iii) deposição de ambos os filmes, NiOxHy e Au, por sol-gel e dip coating. Os resultados mostraram uma seletividade pequena (-5-10%) nos filmes crescidos pelo método de sputtering, devido ao caráter atomístico desse tipo de técnica, que conduz à formação de pequenos aglomerados de Au (menores que -3 nm), ao invés de agregados com tamanhos da ordem de algumas dezenas de nanômetros, obtidos facilmente pelo método sol-gel. O crescimento na forma de multicamadas proporciona uma melhor seletividade, em torno de 1 5%. Pós-tratamentos térmicos em filmes compósito s obtidos unicamente por sputtering induzem a aglomeração do Au, mas destroem as propriedades eletrocrôrnicas. No caso de filmes de Au crescidos por sol-gel, a seletividade espectral, decorrente da presença do Au aumenta, indo de 15% a 20% em filmes depositados sobre a matriz óxida crescida por sputtering e por sol-gel, respectivamente. Mediante processos eletroquímicos, os filmes de NiOxHy crescidos por sol-gel e dip coating apresentaram os melhores resultados de variação de transmitância (70%), devido à maior porosidade desses filmes. / In this work we initially calculated the optical properties of cermet films of Me-NiO and Me-CoO, being the metals Me = Au, Ag, Cu, Ni, Pd and Pt, by means of the Maxwell Garnett effective medium theory. This theoretical study allowed evaluating the viability to obtain, experimentally, a colored material in the visible spectrum region, with selective absorption in a narrow range of wavelengths. The results showed that the ideal candidate for such goal is the Au cermet. Looking at this result, the growth of Au-NiO and Au-CoO thin films was initiated using different experimental strategies: (i) deposition by reactive DC magnetron sputtering, (ii) deposition of the NiO, film by reactive DC magnetron sputtering and Au by the sol-gel and dip coating methods and (iii) deposition of both films, NiOxHy and Au, by sol-gel and dip coating. The films grown by sputtering showed a small selectivity (-5-10%), due to the atomistic character of this type of technique. It leads to the formation of small clusters of Au (smaller than -3 nrn), instead of aggregates with sizes of the order of some tenths of nanometers, easily obtained by the sol-gel method. Better selectivity, around 15%, is obtained in films deposited as multilayers. Post thermal annealing of the cermet films grown by sputtering induces the agglomeration of Au, but destroys the electrochromic properties. In the case of Au films grown by sol-gel, the spectral selectivity increases, due to the presence of Au, going from 15% to 20% in films deposited on the oxide matrix, deposited by sputtering and sol-gel, respectively. Under electrochemical processes, the NiOxHy films grown by sol-gel and dip coating presented the highest transmission variation (70%), due to larger porosity of these films.

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.

Filmes finos de dióxido de titânio (TiO2), ácido poli(vinil sulfônico) (PVS) e oxo-hidroxo de tungstênio (WOxHy) foram preparados a partir do método de automontagem Layer-by-Layer (LbL), permitindo um alto controle de espessura e nanoarquitetura. As propriedades de armazenamento e transporte de íons lítio foram investigadas visando à utilização destes materiais em baterias secundárias e dispositivos eletrocrômicos. Foram utilizadas as técnicas de microscopia de força atômica (AFM), voltametria cíclica, cronoamperometria, titulação galvanostática intermitente (GITT), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e espectroscopia eletrônica. Os filmes apresentaram boa ciclabilidade e reversibilidade química nos processos de intercalação/desintercalação de íons lítio. Os filmes TiO2, TiO2/PVS e TiO2/WOxHy apresentaram carga reversível de 254 mC.cm-3, 260 mC.cm-3 e 296 mC.cm-3, respectivamente, e eficiência eletrocrômica de 30,9 cm2.C-1, 26,1 cm2.C-1 e 24,9 cm2.C-1, respectivamente, sob a incidência de radiação eletromagnética monocromática em 660 nm. Finalmente, valores do coeficiente de difusão de íons lítio foram determinados e relacionados com as capacidades específicas e com a velocidade da frente de onda colorida, a partir do modelo proposto neste trabalho. / Thin films of titanium dioxide (TiO2), poly(vinyl sulfonic acid) (PVS) and tungsten oxo-hydroxy (WOxHy) were prepared using the Layer-by-Layer (LbL) method, allowing for strict control of its thickness and nanoarchitecture. The properties of these films concerning lithium ion transport and storage were investigated, so that these materials can be applied in secondary batteries and electrochromic devices in the future. The films were characterized by atomic force microscopy (AFM), cyclic voltammetry (CV), chronoamperometry, galvanostatic intermittent titration technique (GITT), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and electronic spectroscopy. The films presented good chemical cyclability and reversibility regarding the Li+ insertion and deinsertion process. TiO2, TiO2/PVS, and TiO2/WOxHy films presented reversible charge about 254 mC.cm-3, 260 mC.cm-3, and 296 mC.cm-3, respectively, and coloration efficiency under 660 nm radiation of 30.9 cm2.C-1, 26.1 cm2.C-1, and 24.9 cm2.C-1, respectively. Finally, lithium ion diffusion coefficients can be determined and related with specific capacities and diffusion of coloring waves using the model proposed in this work.

O presente trabalho está direcionado à pesquisa básica de novos materiais com propriedades adequadas para armazenamento de íons lítio e aplicação em dispositivos eletrocrômicos. Realizou-se uma investigação eletroquímica de nanocompósitos automontados à base de hexaniobato (H2K2Nb6O17)/polialilamina (PAH), além da sua morfologia e os efeitos gerados pelo transporte iônico e eletrônico nas propriedades eletrocrômicas, visando um melhor entendimento dos processos envolvidos em eletrodos com alta eficiência eletrocrômica. Filmes finos foram crescidos a partir do método de automontagem layer-by-layer (LbL), o que permite o controle da espessura e nanoarquitetura, de forma a aumentar a velocidade de difusão de íons lítio na matriz H2K2RNb6O17/PAH, que corresponde a velocidade limitante da reação. Propõe-se um novo método para a determinação do coeficiente de difusão óptico de íons lítio nestes filmes, baseado na Técnica de Titulação Galvanostática Intermitente (GITT). Eletrodos modificados como H2K2Nb6O17, obtidos a partir dos métodos dip-coating e casting também foram examinados para uma melhor compreensão a respeito da intercalação dos íons lítio na matriz hospedeira. / This work is devoted to the basic research of new materials with properties suitable for storage of lithium ions and application in electrochromic devices. An electrochemical investigation of self-assembled nanocomposites based on hexaniobate (H2K2Nb6O17) / poly(allylamine hydrochloride) (PAH) was performed, as well as their morphology and the effects generated by the electronic and ionic transports on the electrochromic properties, aiming at a better understanding of the processes involved in electrodes with high electrochromic efficiency. Thin films were grown by means of the layer-by-layer (LBL) self-assembly method, which enables the control of thickness and nanoarchitecture in order to increase the diffusion speed of lithium ions in the matrix H2KR2Nb6O17/PAH that corresponds to the limiting-rate step of the reaction. A new method, based on the Galvanostatic Intermittent Titration Technique (GITT), was proposed for determining the optical diffusion coefficient of lithium ions in the films. H2KR2Nb6O17 modified electrodes obtained from the dip-coating and casting methods were also examined for a better understanding on the intercalation of lithium ions in the host matrix.

The copolymerization of the monomers 3,3’” Dihexyl-2,2’:5’,2″:5″,2’″-quaterthiophene (DQT) and (R)-(-)-3-(1-pyrrolyl)propyl-N-(3,5-dinitrobenzoyl)-α-phenylglycinate (DNBP), as well as the 2,2′:5′,2′′-terthiophene (TTF) and DNBP was successfully achieved by electrochemical techniques. Poly(DQT), poly(TTF), poly(DNBP), poly(DQT-co-DNBP) and poly(TTF-co-DNBP) films were characterized by infrared spectroscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM), spectroelectrochemical and fluorescence spectroscopy techniques. The infrared spectroscopy confirmed the presence of the main functional groups of the homopolymers. The two copolymers obtained in feed ratio showed morphologies their precursor polymers. It was observed, for all copolymers reversible changes in the color of the films during the electrochemical characterization by cyclic voltammetry, the films of poly(DQT-co-DNBP) showed changes from yellow or orange in the reduced state to green or blue in the state oxidized, but this dependent on the proportion of the comonomers. All films of poly(TTF-co-DNBP) exhibited color changes from orange to brown in the reduced state in the oxidized state. These changes are more significant in the films of poly(DQT-co-DNBP) deposited with 1:5 feed ratio and poly(TTF-co-DNBP) deposited with 1:8 feed ratio, as shown by the track of the CIE 1931 xy chromaticity coordinates and by the electrochromic parameters. The films of poly(DQT-co-DNBP) in the ratio 1:5 (thickness 0.8 ± 0.2 µm) presented chromatic contrast (ΔT%) at 660 nm of 62 %, coulombic efficiency of 48 %, electrochromic efficiency (η) ~ 230 C cm-2 and redox stability (ΔT% = 17% in λ = 660 nm at the 1000th cycle). While the films of poly(TTF-co-DNBP) in the ratio 1: 8 (thickness 1.0 ± 0.2 µm) presented a coulombic efficiency of approximately 81 %, chromatic contrast on the order of 48 % in λ = 1065 nm and coloration efficiency in the range of 180 C cm-2 with good stability up to 700 cycles of charging / discharging. Solutions of poly(DQT) and poly(TTF) its copolymers with DNBP (independently of the feed ratio) in N-methylpyrrolidone (NMP) are fluorescente. The copolymers of poly(DQT-co-DNBP) have emission bands at 555 and 585 nm when excited at 375 nm and copolymers of poly(TTF-co-DNBP) emit at 516 and 548 nm when excited at 450 nm. Therefore, these polymers are promising as materials having fluorescent and electrochromic properties and may be applied as an active layer for optoelectronic devices such as OLEDs and electrochromic devices. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A copolimerização dos monômeros 3,3”’-Diexil-2,2’:5’,2”:5”,2”’-quatertiofeno (DQT) e (R)-(-)-N-(3,5-dinitrobenzoil)-α-fenilglicinato de 1-(3-pirrolil)propila (DNBP), como também do 2,2’:5’,2”-tertiofeno (TTF) e o DNBP foi realizada com sucesso, através de técnicas eletroquímicas. Os copolímeros obtidos apresentaram propriedades otimizadas em comparação com os filmes dos polímeros precursores poli(DQT), poli(TTF) e poli(DNBP). Os filmes de poli(DQT), poli(TTF), poli(DNBP), poli(DQT-co-DNBP) e poli(TTF-co-DNBP) foram caracterizados através das técnicas de espectroscopia de infravermelho (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroeletroquímica e espectroscopia de fluorescência. A espectroscopia de infravermelho confirmou a presença dos principais grupos funcionais dos homopolímeros nos copolímeros formados. Os dois copolímeros obtidos, em diferentes proporções, apresentaram morfologias intermediárias aos seus polímeros precursores. Foram observadas mudanças reversíveis na coloração dos filmes durante a caracterização eletroquímica por voltametria cíclica em todos os copolímeros, onde os filmes de poli(DQT-co-DNBP) apresentaram uma mudança de coloração de amarelo ou alaranjado no estado reduzido para verde ou azul no estado oxidado, dependendo da proporção dos comonômeros utilizadas para preparar os copolímeros. Enquanto que, todos os filmes de poli(TTF-co-DNBP) exibiram mudança de coloração entre o alaranjado no estado reduzido para marrom no estado oxidado. Essas mudanças são mais significativas nos filmes de poli(DQT-co-DNBP) na proporção 1:5 e nos filmes de poli(TTF-co-DNBP) na proporção 1:8 como mostrado nas coordenadas de cromaticidade xy CIE 1931 e pelos parâmetros eletrocrômicos. Os filmes de poli(DQT-co-DNBP) na proporção 1:5 (espessura 0,8 ± 0,2 µm) apresentaram contraste cromático (ΔT%) em 660 nm de 62%, eficiência coulômbica de 48%, eficiência eletrocrômica (η) de ~ 230 C cm-2 e estabilidade redox (atingindo ΔT% = 17% em λ = 660 nm no 1000º ciclo). Já os filmes de poli(TTF-co-DNBP) na proporção 1:8 (espessura 1,0 ± 0,2 µm) apresentaram eficiência coulômbica de aproximadamente 81 %, contraste cromático da ordem de 48 % em λ = 1065 nm e eficiência eletrocrômica na faixa de 180 C cm-2 para com boa estabilidade até 700 ciclos de carga/descarga. As soluções de poli(DQT) e poli(TTF) e de seus copolímeros com DNBP (independentemente da proporção) em N-metilpirrolidona (NMP) são fluorescentes. Os copolímeros de poli(DQT-co-DNBP) possuem emissões de bandas em 555 e 585 nm quando excitados em 375 nm e os copolímeros de poli(TTF-co-DNBP) emitem em 516 e 548 nm quando excitados em 450 nm. Portanto, esses copolímeros são promissores como materiais que possuem propriedades eletrocrômicas e fluorescentes, podendo ser aplicados como camada ativa em dispositivos optoeletrônicos, tais como dispostivos eletrocrômicos e OLEDs.

Orientador: Mario Antonio Bica de Moraes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-09T02:50:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rouxinol_FranciscoPauloMarques_M.pdf: 1569781 bytes, checksum: dbadfea1682b172f533c81260f079ca8 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Este trabalho descreve uma nova técnica de deposição de filmes finos de óxido de tungstênio e apresenta uma investigação sobre o processo de deposição e propriedades dos filmes. Os filmes foram obtidos em uma câmara de deposição a vácuo contendo um filamento de tungstênio aquecido por uma fonte de corrente alternada. O oxigênio era admitido na câmara usando um fluxômetro de massa. Os filmes eram formados em um substrato posicionado próximo ao filamento pelos precursores voláteis WxOy, formados na superfície aquecida do tungstênio pela reação entre o oxigênio e o tungstênio. A espessura dos filmes era medida com um perfilômetro e a taxa de deposição, R, foi determinada em função da temperatura do filamento, TF, da pressão de oxigênio na câmara, PO2 e da distância substrato-filamento, D. Um aumento no valor de R foi observado com o aumento de TF de 1500 a 1950 K, mantendo-se PO2fixo. A taxa de deposição também mostrou um aumento quando PO2 era aumentada de 0,8 para 2,1 Pa, para TF fixo. Foi alcançada uma taxa de deposição de 93 nm/min para TF= 1950 K e PO2 = 2.1 Pa. Através do espectro de transmissão ultravioleta-visível dos filmes, o coeficiente de absorção e o gap óptico, EG, foram determinados. Foi encontrado um valor médio de EG de 3,56 ± 0,08 eV. As ligações químicas nos filmes foram investigadas usando-se espectroscopia infravermelha por transformada de Fourier, tanto com luz não polarizada como polarizada, e espectroscopia de fotoelétrons por raios-X. Os dados de espectroscopia infravermelha revelaram a presença de água nos filmes. A análise do pico de XPS W4f mostrou que os átomos de W estão no estado de valência W +6 , típica do tungstênio na estequiometria WO3. Através da análise dos filmes por espectroscopia de espalhamento Rutherford, foi determinada uma razão atômica média entre o oxigênio e tungstênio igual a 3,5 ± 0,3. A difração de raio-X mostrou que os filmes são amorfos. A análise por microscopia de varredura por elétrons mostrou que a superfície dos filmes era uniforme, enquanto as micrografias da seção retas dos mesmos revelaram um material sem estrutura e compacto. As propriedades eletrocrômicas dos filmes foram estudas pela intercalação de Li + em uma cela eletrolítica. Foram encontradas eficiências ópticas de 78 e 125 cm 2 C -1 para 623,8 e 950 nm, respectivamente / Abstract: This work describes a novel technique for the deposition of tungsten oxide thin films and reports an investigation on their deposition process and properties. The films were obtained in a vacuum deposition chamber fitted with a tungsten filament heated by an ac power supply. Oxygen was admitted into the chamber using mass flow meters. The films were formed on a substrate positioned near the filament from the volatile Wx Oy precursors generated on the heated filament surface from the reactions between oxygen and tungsten. Film thicknesses were measured using a perfilometer and the deposition rate, R, was determined as a function of the filament temperature, TF, pressure of oxygen in the chamber, PO2, and substrate-filament distance, D. An increase in the R-value was observed for TF increasing from 1500 to 1950 K, for a fixed PO2. The deposition rate also increased for a PO2 increase from 0.8 to 2.1 Pa, for a fixed TF. Deposition rates as high as 93 nm/min was observed for TF= 1950 K and PO2= 2.1 Pa. From the transmission ultraviolet-visible spectra of the films, the absorption coefficient and the optical gap, EG, were determined. An average EG-value of 3.56 ± 0.08 eV was found. The chemical bonds in the films were investigated using Fourier transform infrared spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. In the former, unpolarized and polarized infrared beams were employed. The infrared spectroscopy data revealed the presence of water in the films. Lineshape analyses of the W4f XPS peak showed that the W-atoms were in the W+6 valence state, typical of tungsten in the WO3 stoichiometry. From Rutherford backscattering spectroscopy analysis of the films, an average O/W atomic ratio of 3.5 ± 0.3 was determined. X-ray diffraction revealed that the films were amorphous. Scanning electron microscopy analysis showed that the film surface was smooth and uniform, while the fracture micrographs of the film cross-section revealed a structureless and compact material. The electrochromic properties of the films were studied for Li + intercalation using an electrochemical cell. Coloration efficiencies of 78 and 125 cm 2C -1 at wavelengths of 632,8 and 950 nm, respectively, were measured. / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

O presente trabalho está direcionado à pesquisa básica de novos materiais com propriedades adequadas para armazenamento de íons lítio e aplicação em dispositivos eletrocrômicos. Realizou-se uma investigação eletroquímica de nanocompósitos automontados à base de hexaniobato (H2K2Nb6O17)/polialilamina (PAH), além da sua morfologia e os efeitos gerados pelo transporte iônico e eletrônico nas propriedades eletrocrômicas, visando um melhor entendimento dos processos envolvidos em eletrodos com alta eficiência eletrocrômica. Filmes finos foram crescidos a partir do método de automontagem layer-by-layer (LbL), o que permite o controle da espessura e nanoarquitetura, de forma a aumentar a velocidade de difusão de íons lítio na matriz H2K2RNb6O17/PAH, que corresponde a velocidade limitante da reação. Propõe-se um novo método para a determinação do coeficiente de difusão óptico de íons lítio nestes filmes, baseado na Técnica de Titulação Galvanostática Intermitente (GITT). Eletrodos modificados como H2K2Nb6O17, obtidos a partir dos métodos dip-coating e casting também foram examinados para uma melhor compreensão a respeito da intercalação dos íons lítio na matriz hospedeira. / This work is devoted to the basic research of new materials with properties suitable for storage of lithium ions and application in electrochromic devices. An electrochemical investigation of self-assembled nanocomposites based on hexaniobate (H2K2Nb6O17) / poly(allylamine hydrochloride) (PAH) was performed, as well as their morphology and the effects generated by the electronic and ionic transports on the electrochromic properties, aiming at a better understanding of the processes involved in electrodes with high electrochromic efficiency. Thin films were grown by means of the layer-by-layer (LBL) self-assembly method, which enables the control of thickness and nanoarchitecture in order to increase the diffusion speed of lithium ions in the matrix H2KR2Nb6O17/PAH that corresponds to the limiting-rate step of the reaction. A new method, based on the Galvanostatic Intermittent Titration Technique (GITT), was proposed for determining the optical diffusion coefficient of lithium ions in the films. H2KR2Nb6O17 modified electrodes obtained from the dip-coating and casting methods were also examined for a better understanding on the intercalation of lithium ions in the host matrix.