Введение к работе
Актуальность темы. Электрохромизм - явление обратимого изменения оптических свойств вещества под действием приложенного электрического тока (напряжения). Материалы, обладающие указанным свойством, принято называть электрохромными. К по -добным материалам относятся и натрий-вольфрамовые бронзы состава NOxWQj, где 0<Х-<1. Актуальность исследования электро -хромизма оксидных вольфрамовых бронз обусловлена тем, что указанные нестехиомвтрические соединения являются альтернативными известному электрохромному материалу - трибксиду вольфрама, и на современном этапе электрохромнне устройства могут конкурировать с жидкокристаллическими, что обусловливается их высоким контрастом при незначительном энергопотреблении, памятью хранения изображения, большим углом обзора, упрощённой конструкцией. На их основе возможна разработка и создание дисплеев, автоматических диафрагм, светоклапанов и их разновидностей с высокими техническими и эстетическими характеристиками.
Наиболее полно из злектрохромных материалов изучаются тонкие плёнки триоксида вольфрама, до сих пор не получившие широкого технического применения в оптических устройствах, так как нэ достигается требуемое рабочее число циклов изменения цвета из-за их деградации. Всевозможные приёмы стабилизации этого процесса пока не дали ощутимого результата и в настоящэП работа проблема решается на основе оксидных натрий-вольфрамо -вых бронз чрезвычайно высокой химической стойкости: натрий-вольфрамовые бронзы обладают наибольшей областью гомогенности по щелочному металлу, полиморфными превращениями с переходом при уменьшении "X" к туннельной структуре, обеспечивающей ионный перенос наряду с электронным. Каких-либо сообщений по синтезу тонких плёнок натрий-вольфрамовых бронз к моменту поста -новки диссертационного исследования на выявлено. Отсутствуют также работы, посвященные электрохромнык свойствам натрий-вольфрамовых бронз в зависимости от их состава и структуры.
Создание ялектрохромного индикатора представляет собой в настоящее время приоритетное направление. По опенком споципли-стов, оно способно в ближайшие 10 лет полчостьп питеснить производство жидкокристаллических инпикагоггы. ЦллС-ілт перспективным материалом для создания злектріхромяих у:'іюЯстя и нп~
_ 4 -
лпются оксидные бронзы на основе тугоплавких переходных металлов взаиен широко испоаьзущегося триоксида вольфраиа. Изложенное и определяет актуальность темы данной диссертации.
Цель раооты - исследование электрохромизма натрий-вольфрамовых бронз. Для достилання поставленной цели решались следующие задачи:
-
Разработать методику получения тонких пленок натрий-вольфрамовых бронз на стеклянных и металлических подложках вакуумным напылением и электрохимический осаждением из расплава;
-
Исследовать в комплексе явление электрохромизма монокристаллов и тонких плёнок в зависимости от состава и структу-_ ры; Ь
-
Создать пакеты тонкоплёночних элвктрохромных устройств, работающих на просвет и отражение.
Научная новизна. Предложена модель электрохромного процесса натрий-вольфрамовых бронз, в котором окрашивание связано с переходом ^*-*№/+* (наряду с межвалентным переходом lV+-*-j»V* ).
В работе показано, что стадией, определяющей электродный процесс для неокрашивающихся натрий-вольфрамовых бронз, явля -ется диффузионное затруднение, а для окрашивающихся - кинети -ческое. Обнаружено, что в основе активацнонного процесса лежит реакция диспропорционирования ионов вольфрама по схема:
Обнаружено явление перезаряда поверхности электрохроыного слоя в окрестности потенциала нулевого заряда. Электрохроыный процесс связан с образованием полупроводникового слоя, сформированного в результате электрохимическое обработки бронзи.
На осноей выдвинутой модели и комплексного исследования электрохромного эффекта монокристаллов и тонких пленок натрий-вольфряшвых бронз получены обобщённые данные по их физичес -ким, электрохимическим и оптическим параметрам: ёмкости системы, константе внедрения протона и коэффициенту его диффузии, активному сопротивлению, потенциалам окрашивания-обесцвечивания, оптической плотности, контрасту, индикатрисе наблюдаемости и др. Выведена их зависимость от состава и структуры.
Практическая ценность. Впе^вие^ля^ксІїдаїБс^іа^^й^волІ^ фраыовых бронз разработана методика получения их тонких плёнок вакуумным напылением и электрохимическим осаедеиием из лоли-Еальфраматного расплава.
- о -
Предложены конструкции и изготовлены электрохрлмнме устройства двух типов, работающие на просвет и отражение. На основе испытаний макетов электрохромного устройства (ЭХУ) дана оценка параметров работы электрохромнкх слоев из натрий-воль-фрамовоП бронзы.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Разработанные методы получения тонких плёнок натрий-вольфрамовых бронз вакуумным напылением и электрохимическим осаждением и их физические характеристики;
-
Установленные характеристики кинетики электрохромного эффекта монокристаллов и тонких плёнок натрий-вольфрамовых бронз в жидком электролите: обратимость процесса, коэффициент диффузии протона, константы внедрения протона в объём бронзы, скорости переключения, высокая электрохромная эффективность и т.д.;
-
Обнаруженные структурные изменения в монокристаллах и тонких плёнках натрий-вольфрамовых бронз при электрохромном процессе;
-
Модель электрохромного эффекта в оксидных вольфрамовых бронзах;
-
Макета олектрохромных устройств на основе натриЯ-воль-фрамовых бронз.
Апробация результатов. Основные результаты диссертации докладывались на региональном семинаре по физике межфазных явлений им.проФ.С.Н.Задумнина (г.Нальчик, 1984-1989); на П все -союзном семинаре "Оксидные бронзы" (г.Махачкала, 1984); на I Уральской конференции "Поверхность и новие материалы" (г.Свердловск, 1984); на Ш и ІУ всесоюзных семинарах "Оксидные бронзы" (Призльбрусье, 1986 и 1987); на УІ всесоюзном совещании по химии и технологии молибдена и вольфрама (г.Нальчик, 1988); на X научном семинаре "Ионика твёрдого тела" (г.Гига, 1989).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ.
Объём и стпуктут диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, об:чих выводил и заключения, списка литературы и приложения. Содержит 160 страниц машинописного текста, 45 рисунком к 5 таблиц. В спиегч литерптуГ'Ч 140 работ» В приложении 9 таблиц.
- б -