스마트 윈도우는 활발한 연구가 진행되고 있는 차세대적인 에너지 절약 소재로, 창호에서 투광되는 태양빛을 조절하여 실내 내부 온도를 유지하는 데 각광받고 있다. 이렇게 근적외선 및 가시광선에 대해 선택적으로 투과할 수 있는 스마트 윈도우를 제작하기 위해 사용되는 물질 중 ...
스마트 윈도우는 활발한 연구가 진행되고 있는 차세대적인 에너지 절약 소재로, 창호에서 투광되는 태양빛을 조절하여 실내 내부 온도를 유지하는 데 각광받고 있다. 이렇게 근적외선 및 가시광선에 대해 선택적으로 투과할 수 있는 스마트 윈도우를 제작하기 위해 사용되는 물질 중 전기변색 특성을 갖는 소재는 적은 양의 전기에너지로도 일정 파장영역의 빛을 차단하며 변색 전 후의 투과율 차이가 커 스마트 윈도우의 소재로 유용하다고 일컬어진다. 특히 환원되면서 가시광선 파장의 흡광도를 증폭시켜 색을 변화시키는 무기물질들이 전기변색 소자로서 사용되는데, 전기변색 소자의 특성을 가진 창호를 만들 경우 그 표면을 template 등을 통해 표면적이 넓어지도록 개질한다면 변색이 완료되는데 걸리는 시간을 단축할 수 있고, 더 나아가 박막 전체에 걸친 동시다발적인 통해 비교적 좋은 소자 안정도를 보일 수 있다. Part. 1 & 2 에서는 나노구조물을 갖는 WO3 nanorods 를 합성하고, polystyrene template을 이용하여 나노구조와 거대기공을 동시에 갖는 전기변색 박막을 제작하는 연구를 진행하였다. 먼저, WO3 nanorod 졸을 ITO 위에 스핀코팅 기법을 이용하여 도포시키고, 이후 단일 크기의 PS beads를 monolayer로 올렸다. 이 때의 PS beads의 크기는 400 nm의 크기를 이용하였다. 만들어진 monolayer에 다시 WO3 sol을 도포시켜 반구형의 template를 갖는 WO3를 제작하였다. 우리는 이러한 방식으로 만들어진 WO3 나노 구조체 박막의 전기변색 특성이 어떻게 달라지는지 확인했다. 결정형 분석을 위해 XRD를 분석했고 투과도와 표면상을 보기 위해 UV-visible과 FE-SEM을 이용하였으며 마지막으로 cyclic voltammetry를 이용해 전기변색특성 변화를 알아보았다. Part. 1 & 2에서 연구된 WO3의 전기변색 특성을 기반으로 단일 색상 변색이 아닌 다색 변색 창호를 구현하기 위해 Part. 3에서는 WO3 박막에 유기변색소자인 phenothiazine 유도체를 도입하였다. 해당 유기 변색 소자의 경우 박막화하기 위해 phenothiazine에 카르복실기를 치환시켜 anchoring effect를 통해 박막형태의 TIO2 에 부착시켰다. 이런 과정을 거쳐 형성된 유/무기 하이브리드 변색 소자는 부여되는 전압에 따라 WO3의 환원과정과 phenothiazine derivatives의 산화과정을 조절할 수 있고 이를 통해 WO3의 환원과정을 통한 푸른색과 phenothiazine derivatives의 산화과정을 통한 붉은색, 전압이 가해지지 않을 때의 투명함 등 2 가지 색 이상을 보일 수 있는 창호를 구현시킬 수 있다. 해당 실험은 3 가지의 조건을 변화시켜 그에 대한 변화를 전기적, 광학적 특성을 측정하여 우수한 특성을 선별했다. 첫 번째로 phenothiazine 유도체에서 치환시킨 carboxyl group의 개수를 변화하여 2가지 형태의 유도체의 분석 및 이를 각각 동일한 기판에 흡착시켰을 때 더 좋은 전기 변색 효능을 발휘하는 물질을 선별하였고, 두 번째로 templating 기법을 이용한 구조체의 유/무에 따라 전기변색 특성이 어떻게 달라지는지 확인하였다. 마지막으로 해당 박막의 두께를 sol의 농도 변화를 통해 달리 설정하여 광학적 특성이 어떻게 달라지는지 연구하였다. 해당 실험들을 바탕으로 산화, 환원 상태에 따라 좀 더 우수한 전기변색 특성을 보이는 다색 변환 창호를 구현할 수 있을 것이라 추산해본다.
스마트 윈도우는 활발한 연구가 진행되고 있는 차세대적인 에너지 절약 소재로, 창호에서 투광되는 태양빛을 조절하여 실내 내부 온도를 유지하는 데 각광받고 있다. 이렇게 근적외선 및 가시광선에 대해 선택적으로 투과할 수 있는 스마트 윈도우를 제작하기 위해 사용되는 물질 중 전기변색 특성을 갖는 소재는 적은 양의 전기에너지로도 일정 파장영역의 빛을 차단하며 변색 전 후의 투과율 차이가 커 스마트 윈도우의 소재로 유용하다고 일컬어진다. 특히 환원되면서 가시광선 파장의 흡광도를 증폭시켜 색을 변화시키는 무기물질들이 전기변색 소자로서 사용되는데, 전기변색 소자의 특성을 가진 창호를 만들 경우 그 표면을 template 등을 통해 표면적이 넓어지도록 개질한다면 변색이 완료되는데 걸리는 시간을 단축할 수 있고, 더 나아가 박막 전체에 걸친 동시다발적인 통해 비교적 좋은 소자 안정도를 보일 수 있다. Part. 1 & 2 에서는 나노구조물을 갖는 WO3 nanorods 를 합성하고, polystyrene template을 이용하여 나노구조와 거대기공을 동시에 갖는 전기변색 박막을 제작하는 연구를 진행하였다. 먼저, WO3 nanorod 졸을 ITO 위에 스핀코팅 기법을 이용하여 도포시키고, 이후 단일 크기의 PS beads를 monolayer로 올렸다. 이 때의 PS beads의 크기는 400 nm의 크기를 이용하였다. 만들어진 monolayer에 다시 WO3 sol을 도포시켜 반구형의 template를 갖는 WO3를 제작하였다. 우리는 이러한 방식으로 만들어진 WO3 나노 구조체 박막의 전기변색 특성이 어떻게 달라지는지 확인했다. 결정형 분석을 위해 XRD를 분석했고 투과도와 표면상을 보기 위해 UV-visible과 FE-SEM을 이용하였으며 마지막으로 cyclic voltammetry를 이용해 전기변색특성 변화를 알아보았다. Part. 1 & 2에서 연구된 WO3의 전기변색 특성을 기반으로 단일 색상 변색이 아닌 다색 변색 창호를 구현하기 위해 Part. 3에서는 WO3 박막에 유기변색소자인 phenothiazine 유도체를 도입하였다. 해당 유기 변색 소자의 경우 박막화하기 위해 phenothiazine에 카르복실기를 치환시켜 anchoring effect를 통해 박막형태의 TIO2 에 부착시켰다. 이런 과정을 거쳐 형성된 유/무기 하이브리드 변색 소자는 부여되는 전압에 따라 WO3의 환원과정과 phenothiazine derivatives의 산화과정을 조절할 수 있고 이를 통해 WO3의 환원과정을 통한 푸른색과 phenothiazine derivatives의 산화과정을 통한 붉은색, 전압이 가해지지 않을 때의 투명함 등 2 가지 색 이상을 보일 수 있는 창호를 구현시킬 수 있다. 해당 실험은 3 가지의 조건을 변화시켜 그에 대한 변화를 전기적, 광학적 특성을 측정하여 우수한 특성을 선별했다. 첫 번째로 phenothiazine 유도체에서 치환시킨 carboxyl group의 개수를 변화하여 2가지 형태의 유도체의 분석 및 이를 각각 동일한 기판에 흡착시켰을 때 더 좋은 전기 변색 효능을 발휘하는 물질을 선별하였고, 두 번째로 templating 기법을 이용한 구조체의 유/무에 따라 전기변색 특성이 어떻게 달라지는지 확인하였다. 마지막으로 해당 박막의 두께를 sol의 농도 변화를 통해 달리 설정하여 광학적 특성이 어떻게 달라지는지 연구하였다. 해당 실험들을 바탕으로 산화, 환원 상태에 따라 좀 더 우수한 전기변색 특성을 보이는 다색 변환 창호를 구현할 수 있을 것이라 추산해본다.
These thesis presents the synthesis and characterization of tungsten trioxide (WO3) thin films with periodically patterned nano/macro structures resulting in improvement of electrochromic (EC) properties Tungsten trioxide is the fundamental EC materials which can change reversibly from transparent s...
These thesis presents the synthesis and characterization of tungsten trioxide (WO3) thin films with periodically patterned nano/macro structures resulting in improvement of electrochromic (EC) properties Tungsten trioxide is the fundamental EC materials which can change reversibly from transparent state to blue coloured state (vice versa) by redox reaction. For the superior EC devices with WO3, It is important to control the chemical and physical characteristics of the surface. This paper introduced the fabrication and efficiency of macroporous structure of WO3 films which were based on nanorods and formed with a polystyrene monolayer template. I synthesized 400 nm-sized polystyrene beads using the wet chemical method and placed them on substrates to fabricate a honeycomb structured WO3 film. Finally, I investigated the enhanced EC properties of the tungsten oxide based-nanorods with honeycomb structure. The response time of honeycomb structure WO3 film was reduced but, the variation of transmittance was equivalent compared to unstructured WO3 film with similar thickness. I used UV-visible, FE-SEM, and cyclic voltammetry to evaluate the transmittance and morphology of the nanostructure as well as the efficiency of redox reactions related to the specific surface areas. Based on the electrochromic characteristics of WO3 studied in the Part 1 and 2, in Part 3, phenothiazine derivatives, organic coloring elements, were introduced into TiO2/WO3 thin films to implement multi-colouration windows rather than single-colouration. In the case of the electrochromic thin film with organic materials, the carboxyl groups which were attached to phenothiazine were required to be adsorbed to TiO2 through an anchoring effect. The organic/inorganic hybrid coloring device formed through this process can control the reduction process of WO3 and the oxidation process of phenothiazine derivatives according to the applied voltage. The experiment was conducted by changing the three conditions and measuring the electrical and optical characteristics of the changes, thereby selecting excellent characteristics. First, the electrochromic characteristics according to the number of carboxyl groups substituted in the phenothiazine derivatives were analyzed. Second, I investigated how the optical properties of the thin film were varied by changing the concentration of the sol. Based on these experiments, it is estimated that a multi-colour conversion window can be implemented that exhibits more excellent electrochromic characteristics depending on the oxidation and reduction states.
These thesis presents the synthesis and characterization of tungsten trioxide (WO3) thin films with periodically patterned nano/macro structures resulting in improvement of electrochromic (EC) properties Tungsten trioxide is the fundamental EC materials which can change reversibly from transparent state to blue coloured state (vice versa) by redox reaction. For the superior EC devices with WO3, It is important to control the chemical and physical characteristics of the surface. This paper introduced the fabrication and efficiency of macroporous structure of WO3 films which were based on nanorods and formed with a polystyrene monolayer template. I synthesized 400 nm-sized polystyrene beads using the wet chemical method and placed them on substrates to fabricate a honeycomb structured WO3 film. Finally, I investigated the enhanced EC properties of the tungsten oxide based-nanorods with honeycomb structure. The response time of honeycomb structure WO3 film was reduced but, the variation of transmittance was equivalent compared to unstructured WO3 film with similar thickness. I used UV-visible, FE-SEM, and cyclic voltammetry to evaluate the transmittance and morphology of the nanostructure as well as the efficiency of redox reactions related to the specific surface areas. Based on the electrochromic characteristics of WO3 studied in the Part 1 and 2, in Part 3, phenothiazine derivatives, organic coloring elements, were introduced into TiO2/WO3 thin films to implement multi-colouration windows rather than single-colouration. In the case of the electrochromic thin film with organic materials, the carboxyl groups which were attached to phenothiazine were required to be adsorbed to TiO2 through an anchoring effect. The organic/inorganic hybrid coloring device formed through this process can control the reduction process of WO3 and the oxidation process of phenothiazine derivatives according to the applied voltage. The experiment was conducted by changing the three conditions and measuring the electrical and optical characteristics of the changes, thereby selecting excellent characteristics. First, the electrochromic characteristics according to the number of carboxyl groups substituted in the phenothiazine derivatives were analyzed. Second, I investigated how the optical properties of the thin film were varied by changing the concentration of the sol. Based on these experiments, it is estimated that a multi-colour conversion window can be implemented that exhibits more excellent electrochromic characteristics depending on the oxidation and reduction states.
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