Uporaba inverzne geometrijske konfiguracije za razvoj senzorskih in elektrokromnih trakov : doktorska disertacija

slovenski

doktorska dela

2020

difuzija   dokstorske disertacije   elektrokromizem   fotovoltaika   geometrijska konfiguracija   inverzni sendviči   nerjavno jeklo

Univerza v Mariboru, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo

Optoelektronika je del naravoslovnih ved, ki se ukvarja s pretvorbo svetlobnega odziva v električni signal ali obratno. Primera takšnih sistemov sta elektronski papir (električni signal se pretvori v svetlobni) in sončne celice (svetlobni signal se pretvori v električni). Pri elektronskem papirju govorimo o pojavu elektrokromizma, medtem ko pri sončnih celicah govorimo o fotoefektu. Oba sistema sta po principu izgradnje precej podobna, saj po navadi uporabljata vsaj eno optično transparentno elektrodo (OTE), protielektrodo ter elektrolit, ki interagira z aktivno komponento, nanešeno na OTE. Optično transparentne elektrode tako predstavljajo ozko grlo razvoja novih aplikacij, saj imajo omejeno specifično električno prevodnost, prav tako pa je izdelava teh elektrod dražja in zahtevnejša od navadnih kovinskih elektrod. Glavno omejitev optoelektronskih naprav je doslej predstavljal izbor materialov za OTE, saj so ti omejeni na steklene ali plastične nosilce z naprašeno kovino ali kovinskim oksidom ter na prevodne prosojne polimere. Za razliko od prosojnih nosilcev s prevodno snovjo in prevodnih polimerov je tehnologija izdelave kovinskih folij precej starejša. Le-te niso prosojne, zaradi česar v industriji izdelave zaslonov niso zaželene, vendar jih odlikujejo odlične mehanske in kemijske lastnosti ter izjemna temperaturna vzdržljivost. Kovinske folije imajo tudi v praktično vseh primerih višjo specifično prevodnost od OTE, zaradi česar bolje prevajajo električni tok. Iz znanstvene literature je razvidno, da vse praktične elektrokromne naprave in fotosenzorji potrebujejo vsaj eno optično prosojno elektrodo. Namen doktorske disertacije je omogočiti nove načine izgradnje optoelektronskih naprav, ki bodo uporabljali novo geometrijsko konfiguracijo. Le-ta bo uporabna tako za sestavo elektrokromnih naprav, kot tudi fotosenzorjev. Ker je praktično nemogoče narediti elektrokromno napravo ali fotosenzor v konfiguraciji, kjer sta neprosojni elektrodi ena na drugi z vmesno plastjo elektrolita, je treba uvesti nekaj rešitev, da lahko naredimo polprosojne optične elektrode ali pa moramo napravo sestaviti na takšen način, da neprepustnost kovinskih elektrod za svetlobo ne bo predstavljala problema. Na osnovi geometrijskih modifikacij je mogoče omenjene elektrokemijske sisteme prilagoditi tako, da za svoje delovanje ne potrebujejo OTE. Na tak način je mogoče sestaviti elektronski papir ali sončne celice v obliki traku, upogljivih plošč ali tankih vrvi. Težava, ki nastopa hkrati z geometrijo sistema, pa je optimizacija elektrokemijskega sistema. Ta zahteva ustrezno kombinacijo kovinskih elektrod, elektrolita in elektrokromne ali fotovoltaične reakcije ter optimizacijo časovnega odziva, ki je v večini primerov odvisen od difuzije ionov v sistemu. V doktorski disertaciji je tako prikazanih nekaj primerov, ki se ukvarjajo z razvojem optoelektronskih naprav v novi geometrijski konfiguraciji %inverznega sendviča%, del disertacije pa se ukvarja s primernimi mehanizmi, ki lahko delujejo v tej inovativni konfiguraciji. Z novimi geometrijskimi pristopi bi bilo mogoče v prihodnosti izdelati nove robustne elektrokemijsko aktivne tkanine in trakove tako za namen spreminjanja barve (elektrokromizem) kot za potrebe pridobivanja cenejše električne energije ali za detekcijo svetlobnega odziva (fotovoltaika).

07.08.2023