17002

17002

پوشش تركيبات ترموكروميك بر پايه¬ي اكسيد واناديم با روش سل-ژل روي شيشه

كارشناسي ارشد

سراميك

شهريور 1395

دكتر بيژن افتخاري يكتا – دكتر سيدمحمد ميركاظمي

مواد و متالورژي

چكيده: پوشش¬هاي ترموكروميك از جمله پوشش¬هاي هوشمندي هستند كه عمدتا از جنس VO2 مي‌باشند و قابليت تغيير در ميزان عبور نور با تغيير دما دارند، به نحوي كه با افزايش دما از دماي استحاله¬ي اين پوشش، ميزان عبور امواج IR به طور چشمگيري كاهش مي¬يابد. هدف از اين پژوهش، سنتز پوشش ترموكروميك از جنس VO2 روي شيشه¬ي سودا لايم با روش سل-ژل بوده است. در ابتدا، سل¬هايي بدون افزودني و حاوي 1 و 2 درصد وزني افزودني تنگستن تهيه شدند. نتايج آزمون تفرق ديناميك نور اين سل¬ها بيانگر وجود ذراتي nm 147 در سل¬ها بود. سپس در شرايط مختلف اتمسفري، سعي شد تا پودر VO2 با خلوص بالا تهيه شود. الگوهاي پراش پرتو ايكس در دماي محيط و همچنين °C100 نشان از استحاله¬ي رخ داده در اين پودر مي¬دهد. با استفاده از روش ويليامسون-هال نيز كرنش شبكه¬اي محاسبه شد و مشاهده گرديد كه كرنش شبكه براي پودر بدون افزودني در حدود 0072/0، براي پودر حاوي wt% 1 تنگستن برابر 0143/0 و براي پودر حاوي wt% 2 برابر 0387/0 است. پس از تهيه¬ي پودر پوشش¬دهي سل¬هاي تهيه شده روي شيشه با استفاده از دستگاه پوشش¬دهي دوراني صورت گرفت و با توجه به آناليز پراش پرتو ايكس از سطح پوشش مشخص شد كه فازهاي VO2 و V6O13 روي پوشش ايجاد شدند. نتايج آزمون اسپكتروفوتومتري نشان داد كه ميزان عبور طيف نوري از پوشش بدون افزودني در دماي محيط از حدود % 70 در طول موج nm 400 به حدود % 75 در طول موج nm 1100 افزايش مي¬يابد. نتايج اين آزمون براي پوشش حاوي wt% 2 افزودني تنگستن نيز نشان داد كه ميزان حداكثر شفافيت به % 35 كاهش يافت و از طول موج nm 600 به بعد كاهش ميزان عبور مشاهده شد. همچنين با افزايش درصد تنگستن از صفر به 1 و سپس 2 درصد وزني، اندازه‌ي كريستاليت¬ها از حدود nm 50 به nm35 و در نهايت به nm 25 كاهش مي¬يابد. نتايج آزمون طيف نفوذي انعكاسي نيز بيانگر كاهش انرژي باند ممنوعه از حدود eV 7/1 براي پوشش بدون افزودني به eV 5/1 براي پوشش حاوي wt% 1 افززودني تنگستن است. نتايج آزمون بيضي سنجي نيز نشان داد كه ضخامت پوشش تهيه شده در حدود nm 53 است. نتايج تست مقاومت سنجي نيز نشان دادند كه مقاومت در دماي اتاق در حدود KΩ 400 و در دماي °C 100 در حدود Ω 200 است. نتيجه¬ي تست DSC نيز نشان¬دهنده¬ي دماي استحاله¬اي در حدود °C 68 است. واژه‌هاي كليدي: سل-ژل ، ترموكروميك، فاز VO2، درصد عبور نور، باند ممنوعه.

1396/01/16

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: Thermochromic coatings are classidied as intelligent coatings which are commonly based on vanadium oxide phases. The main characteristic of these coatings is the different IR transmission at low an​d high temperatures so that by enhancing temperature the IR transmission of the coating would be reduced. The aim of this project was to synthesize a VO2 based coating on the surface of a soda lime glass via sol-gel method. At first part, vanadium sols without an​d with 1 an​d 2 wt.% of tungsten was prepared. Dynamic light scattering (DLS) results showed the presence of particles with the size of approximately 147 nm. After gellation, different atmosphere an​d conditions were examined to synthesize a pure VO2 powder. Differential scanning calorimetry (DSC) an​d x-ray diffraction (XRD) results at ambient temperature along with XRD pattern at 100 °C clearly showed a monoclinic to rutile transition in this powder. The lattice strain was calculated according to the Williamson-Hall equation. It was about 0.0072 for tungsten-free powder, 0.0143 for VO2 powder containing 1 wt.% W an​d 0.0387 for VO2 powder containing 2 wt.% W. After that, the resulted gels were coated on glass an​d according to grazing incidence x-ray diffraction (GIXRD) pattern, it was found out that VO2 an​d V6O13 were formed. Spectrophotometry results showed that for the VO2 tungsten-free coating, the transmission was increased from 70% to 75% for the wavelength range from 400 nm to 1100 nm. However, the spectrophotometry results for the coating containing 2 wt.% W showed that the total transmission was reduced to 35%. The transmission was increased from 12% to 35% for the wavelength range from 400 nm to 600 nm an​d then reduced to almost 22% in the wavelength range from 600 nm to 1100 nm. To investigate the microstructural properties of these coatings, field emission sccannig electron microscopy (FESEM) analysis was used. According to FESEM results, by increasing W from 0 to 2 wt%, the average crystallite size was reduced from 50nm to 25nm. Diffuse reflectance spectroscopy (DRS) results for the tungsten-free coating an​d which that containing 1 wt% W showed the presence of a 1.6 eV an​d 1.5 eV band gap, respectively. Ellipsometry result showed that the thin film’s thickness was about 53 nm. Keywords: VO2 phase, transmission, crystallite size, band gap.