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Título: Dispositivos eletrocrômicos com base em PEDOT:PSS: deposição por rolos e a Influência da distribuição do eletrólito na eficiência do dispositivo
Título(s) alternativo(s): Electrochromic devices based on PEDOT:PSS : roll to roll deposition and influence of electrolyte distribution on device efficiency
Autor(es): Gavim, Anderson Emanuel Ximim
Orientador(es): Macedo, Andreia Gerniski
Palavras-chave: Polímeros condutores
Análise espectral
Dispositivos optoeletrônicos Optoelectronic devices
Condutividade elétrica
Filmes finos
Microscopia de força atômica
Microscopia eletrônica de transmissão
Física
Conducting polymers
Spectrum analysis
Optoelectronic devices
Electric conductivity
Thin films
Atomic force microscopy
Transmission electron microscopy
Physics
Data do documento: 19-Fev-2018
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: GAVIM, Anderson Emanuel Ximim. Dispositivos eletrocrômicos com base em PEDOT:PSS: deposição por rolos e a Influência da distribuição do eletrólito na eficiência do dispositivo. 2018. 90 f. Dissertação (Mestrado em Física e Astronomia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2018.
Resumo: Poli(3,4-etilenodioxitiofeno) dopado com poli(estirenosulfonado), denotado como PEDOT:PSS, é um material comumente usado na eletrônica orgânica, por exemplo, como material balanceador de cargas em dispositivos eletrocrômicos. Neste trabalho o PEDOT:PSS foi processado em filmes finos pela técnica de rolo-para-rolo sobre substratos flexíveis. O aumento da molhabilidade da solução aquosa de PEDOT:PSS sobre substratos plásticos foi obtido aplicando um pré-tratamento com álcool isopropílico (iPrOH) e adicionando pequenas quantidades desse álcool na solução de PEDOT:PSS, o aumento da molhabilidade foi comprovado via medidas de ângulo de contato. Além de permitir o processamento de filmes uniformes em grandes áreas, este procedimento também resultou em filmes de PEDOT:PSS com maior condutividade, este aumento é atribuido ao efeito do álcool que: remove a camada externa isolante composta majoritariamente de PSS deixando o PEDOT condutor mais exposto e/ou modifica a conformação das cadeias de PEDOT:PSS que inicialmente estão aglomeradas passando para uma conformação mais plana. Os filmes de PEDOT:PSS processados por rolos foram testados em dispositivos eletrocrômicos tendo o Poli(oxietileno)(PEO) como matriz condutora iônica e perclorato de lítio (LiClO4) como eletrólito. Os dispositivos foram selados por laminacão em ar. O contraste de cor entre os estados oxidado (azul claro) e reduzido (azul escuro) do PEDOT:PSS foi monitorado por medidas de transmitância UV-VIS. O uso do iPrOH resultou em dispositivos eletrocrômicos com eficiência de coloração de 377 C-1cm2 após 0.3 s do acionamento. Adicionalmente, para propósitos de comparação, dois dispositivos eletrocrômicos baseados em PEDOT:PSS foram preparados por rolos, estes dispositvos foram construidos com a geometria convencional de camadas ou usando o PEO:LiClO4 misturado com o PEDOT:PSS na mesma camada. Análises das propriedades levaram a conclusão de que a presença de canais de percolação do PEDOT:PSS dentro da matriz de PEO:LiClO4 resultaram na melhora da performance do dispositivo conforme demonstrado por espectroscopia de impedância e os respectivos circuitos Randles equivalentes. Nos dispositivos de mistura a eficiência de coloração atinge 1750 C-1cm2 após 1.5 s de acionamento do dispositivo, enquanto o dispositivo de camada correspondente apresenta eficiência de coloração de 900 C-1cm2 no mesmo intervalo de tempo.
Abstract: Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) doped with poly(styrene sulfonic acid) denoted as PEDOT:PSS, a common material used as electrode in organic electronics as charge balancing layer in electrochromic devices, was processed in thin film by roll-to-roll technique onto flexible substrate. Improved wettability was achieved when the ITO/PET substrate received a pre-treatment with isopropyl alcohol (iPrOH) and small amount of this alcohol was mixed with the PEDOT:PSS, as demonstrated by the reduction of the contact angle. Besides allowing the preparation of uniform films in larger areas, this procedure also resulted in PEDOT:PSS films with increased conductivity, this arises from the effect of the alcohol that: spreads out the isolating PSS moietes from the surface of conducting PEDOT moieties and/or modify the PEDOT chain conformation, resulting in increased conductivity. These roll-to-roll processed PEDOT:PSS films were tested in electrochromic devices having a polymer:solid electrolyte composite based on poly(ethylene oxide) and lithium perchlorate. This device was sealed by lamination procedure in air. The contrast between oxidized (light blue) and reduced (dark blue) state of PEDOT:PSS was monitored by UV–Vis transmittance. The use of iPrOH as a additive resulted in improvement of the electrochromic response with coloration efficiency of 377 C-1 cm2 after 0.3 s of switch time. Additionaly, for comparison purposes, two flexible electrochromic devices based on PEDOT:PSS were prepared by roll-to-roll technique, these devices were built with the conventional layered geometry or using PEO:LiClO4 and charge balancing material mixed at the same layer. Analysis of the properties leads to the conclusion that the presence of the percolation channels of PEDOT:PSS inside the PEO:LiClO4 results in the performance improvement as monitored by impedance spectroscopy and the respective Randles equivalent circuits. From mixed electrochromic layer, coloration efficiency increases up to 1750 C-1cm2 after 1.5 s of switch time, while the corresponding layered device showed coloration efficiency of 900 C-1cm2 at the same time interval.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3118
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