Elektrokromik Filmlerin Elektrokimyasal Özellikleri

3.1.1. Tek katlı filmlerin elektrokimyasal özellikleri

Şekil 3.1 elektrokimyasal polimerizasyon yöntemiyle elde edilen tek katlı PAni ve PPy filmlerin oluşumu sırasında alınan dönüşümlü voltametri grafiklerini vermektedir.

Şekil 3. 1. Elektropolimerizasyon sırasında alınan CV grafikleri (a) Pirol, (b) Anilin. (Tarama hızı:150mV/s)

79

Grafikte her iki monomerin de yükseltgendikten sonra polimerleştiği ve sonuç olarak ITO kaplı cam üzerinde film oluşturduğu gözlenmektedir.

Şekil 3.1a’da verilen pirolün elektropolimerizasyonuna ait CV grafiğinde; birbirini takip eden döngülerin daha yüksek akımlarda meydana gelmesi elektropolimerizasyon sürecinin sorunsuz bir şekilde oluştuğunun kanıtıdır. Değişim incelendiğinde; her bir döngünün, 0,5 V (Ag/Ag+ elektrota karşılık) ve – 0,2 V’ta (Ag/Ag+ elektrota karşılık) olmak üzere, sırasıyla bir yükseltgenme ve bir indirgenme pikine sahip olduğunu görmekteyiz. Birinci döngüde, -0,6 V’tan başlayan süreç, 1,1 V civarında monomer yükseltgenmesi ile devam etmekte sonrasında ters yönde yapılan potansiyel taramasında polimere ait indirgenme davranışı -0,2 V’ta gözlenmektedir. Bu noktada pirol monomerine ait yükseltgenme pikinin grafikte gözlemlenememesi tamamıyla seçilen kaplama çözeltisinden kaynaklanmaktadır [157-159]. Polimere ait yükseltgenme pikinin 0,5 V civarındaki mevcudiyeti ve bu pikin artan döngü sayısı ile daha yüksek akımlarda oluşması, işlemin sonunda gözle görülebilecek kalınlığa ulaşan, koyu renkli polipirolün ITO kaplı cam üzerinde oluştuğuna işaret etmektedir.

Anilinin ITO kaplı cam üzerinde yapılan elektropolimerizasyonu sırasında alınan dönüşümlü voltametri değişimi Şekil 3.1b’de verilmektedir. CV’deki ardışık döngüler incelendiğinde, aniline ait karakteristik üç adet anodik (yükseltgenme) ve iki adet katodik (indirgenme) pik gözlemlenebilir. Đlk döngüden itibaren incelemeye başlarsak, potansiyelin artması ile 1,2 V (Pt elektrota karşılık) civarında anilin monomerinin yükseltgenmesine karşılık gelen pikin ortaya çıktığını görebiliriz. 0,3 V (Pt elektrota karşılık) civarındaki pik, elde edilen polianilinin leuceoemeraldine tuz formundan emeraldin tuz formuna indirgenmesini temsil etmektedir. 0,8 V’ta (Pt elektrota karşılık) gözlemlenen pik ise anilinin, pernigraniline formuna yükseltgenmesine karşılık gelmektedir [115, 119, 120].

Polianilinin elektropolimerizasyonunda dikkat edilmesi gereken noktalardan biri, elektropolimerizasyon işlemi sonunda elde edilen yapının polianilin olup olmadığını belirlemektir. Geçmişte, bazı araştırmacılar, anilinin elektro ya da kimyasal polimerizasyonunda, uygun koşulların oluşturulmaması durumunda elde edilen

80

yapının polianilin yerine benzidin ya da difenilamin gibi dimerik yapılar olacağını ortaya koymuşlardır [160-165].

Bu çalışmalara göre; kullanılan asidin türü ve kaplama çözeltisindeki derişimi elde edilen sonucu kesin bir şekilde etkilemektedir. Bu nedenle, yapıyı karakterize eden CV davranışının yanında elde edilen ürünün kesin bir şekilde tanımlanabilmesi için, farklı analiz tekniklerinin de kullanılması gerekmektedir.

Yapılan deneysel çalışmada, anilinin elektropolimerizasyonu sırasında alınan CV grafiği incelendiğinde (Şekil 3.1b) 0,3V ve 0,8V civarında gözlemlenen pikler, anilinin dimerleri olan benzidin ve difenilamin oluşumuna işaret etse de, daha sonraki bölümlerde yapılan UV-görünür bölge spektrum analizleri, elde edilen filmlerin polianilin olduğunu gösterecektir [119, 160, 162, 165, 166]. Bununla beraber, ardışık döngüler incelendiğinde filmin ITO kaplı cam üzerinde oluşumu ve kalınlaşması, yüzey alanının büyümesinin bir sonucu olarak ortaya çıkan akım artışı ile görülmektedir [115, 118, 120].

Elektrokromik cihazda tamamlayıcı elektrot olarak kullanılan PEDOT’in, EDOT kullanılarak yapılan elektropolimerizasyonu sırasında alınan CV grafiği Şekil 3.2’ de verilmektedir.

Şekil 3. 2. EDOT’in elektropolimerizasyon sırasında alınan CV grafiği. (Tarama hızı:150mV/s)

81

Poli(3,4-etilendioksitiyofen) elde etmek için yapılan, EDOT monomerinin elektropolimerizasyonunda alınan CV grafiği incelendiğinde, çok geniş yükseltgenme ve indirgenme pikleri gözlemlenmektedir. Bu döngüler daha iyi incelenmek adına ayrıntılı bir şekilde büyütülerek çizildiğinde (Şekil 3.2 iç grafik), indirgenme ve yükseltgenme pikleri daha sağlıklı bir şekilde görülebilmektedir. PEDOT polimerizasyonunda, ilk döngüde görülen monomer yükseltgenmesi 1,1 V civarında gerçekleşirken, daha sonra yapılan döngülerde polimere ait yükseltgenme piki 0,7 V civarında ortaya çıkmaktadır. Ters yönde yapılan taramada ise polimere ait indirgenme piki 0,3 V civarında gözlenmektedir. Bununla beraber, ardışık döngülerde ortaya çıkan piklerin daha yüksek akımlarda meydana gelmesi, literatürde de belirtildiği gibi, PEDOT’in ITO kaplı cam üzerinde film olarak polimerleştiğinin göstergesidir [47, 106, 116, 118, 121, 149].

3.1.2. Đki katlı filmlerin elektrokimyasal özellikleri

ECD yapısını meydana getiren elektrotların birine PAni ve PPy değişken sırayla üst üste kaplanarak, tez çalışmasının ana teması olan katmanlı yapı oluşturulmuştur. Literatürde katmanlı yapı oluşturma adına farklı yöntemler kullanılmış olsa da [167- 171], her ikisi de yükseltgendiğinde renklenen polimerler olan PAni ve PPy, sırasıyla ITO kaplı cam üzerine yapılan kalibrasyon ve optimizasyon datalarına göre elektropolimerizasyon yöntemi ile kaplanarak elde edilen sonuçlar cihaz oluşturulması için kullanılmıştır.

Şekil 3.3 her iki polimerin üst üste kaplandığı filmlerin oluşumu sırasında elde edilen dönüşümlü voltametri grafiklerini vermektedir. Şekil 3.3a, PAni/PPy filmini oluşturmak üzere, ITO kaplı cam üzerinde daha önceden oluşturulan PAni üzerine, PPy filmin elektropolimerizasyonu sırasında elde edilmiştir.

82

Şekil 3. 3. Đkili kaplamalara ait CV grafikleri (a) Pipol’ün polianilin üzerine elektropolimerizasyonu sırasında alınan CV, (b) Anilin’in polipirol üzerine elektropolimerizasyonu sırasında alınan CV. (Tarama hızı:150mV/s)

Şekil 3.3a incelendiğinde, elde edilen değişimin, pirolün tek başına direkt olarak ITO kaplı cam üzerine kaplandığı duruma oldukça benzediğini görmekteyiz. Grafikte, ardışık döngülerde gözlenen akım artışı, pirolün ikinci film katmanı olarak, polianilin üzerinde elde edildiğini göstermektedir.

Đkili kaplamaların diğer durumu olan PPy/PAni yani; ITO kaplı cam üzerine daha önceden kaplanmış olan PPy üzerine PAni filmin elektropolimerizasyonu sırasında elde edilen CV grafiği Şekil 3.3b de verilmektedir. Grafik incelendiğinde, PAni/PPy durumunda olduğu gibi, PPy ikinci katman olarak, PAni üzerinde film oluşturmakta ve elde edilen CV davranışı, PAni’nin tek başına ITO kaplı cam üzerine elde edildiği duruma benzerdir.