Tek ve Đki Katlı Elektrokromik Cihazların Kararlılıkları

Elektrokromik cihazların önemli özelliklerinden biri olan kararlılıkları, belirli çalışma koşulları altında, yazma-silme durumu olarak adlandırılan renklenip

şeffaflaşan cihazın, önemli derecede degredasyona uğramadan yapabildiği döngü sayısı olarak tanımlanır. Bu döngü sayısı ECD’nin kararlılığının bir ölçüsüdür [68]. Bu nedenle üretilen cihazlar, belirlenen çalışma koşullarında sürekli olarak çalıştırılarak kararlılıkları ve çalışma ömürleri belirlenmelidir.

Yapılan çalışmada tek ve iki katlı elektrokromik cihazların, ECD uygulamaları için uygun seviyede olanları, daha önceki bölümde analizler için belirlenen potansiyel çalışma aralıklarında sürekli olarak çalıştırılarak kararlılıkları belirlenmiştir. Şekil 3.66, 100 s PAni↔PEDOT tek katlı cihazı için yapılan kararlılık ve çalışma ömrü testlerinde alınan voltametri sonuçlarını göstermektedir.

150

Şekil 3. 66. 100 s PAni↔PEDOT ECD sistemi için kararlılık denemeleri sırasında alınan CV. (Grafik -1,2V/1,6V aralığında 250mV/s tarama hızında 5000 döngü boyunca alınmıştır.)

5000 döngü boyunca alınan CV grafiği incelendiğinde, ilk döngü ile 5000’inci döngü arasında, döngü içinde kalan redoks yükleri arasında çok büyük farklar bulunmadığı ve 5000’inci döngüde bile sistemin halen elektrokromik cihazlarda kullanılabilecek özelliklere sahip olduğu görülebilir.

5000 döngü boyunca çalıştırılan sistemin deney sırasında belirli aralıklarla UV- görünür bölge geçirgenlik spektrumları alınmış ve sonuçlar döngü sayısına göre aşağıdaki grafikte verilmiştir.

151

Şekil 3. 67. 100 s PAni↔PEDOT ECD sistemi için döngü sayısının fonksiyon olarak 600nm’de alınan şeffaf durum (-1,2V), renkli durum (+1,6V) ve geçirgenlik değişimi (∆T%) değerleri

100 s PAni↔PEDOT cihazı belirtilen çalışma şartları altında incelendiğinde cihaz kararlılığının hemen hemen 1000 döngüye kadar ulaştığını söyleyebiliriz. 1000 döngüden sonra cihazın şeffaf modunda çok az bir azalma gözlemlenirken, renkli modundaki kararsızlık elde edilen ∆T% değerlerinin azalmasına neden olmaktadır. Çalışılan potansiyel aralığında elektrotlarda oluşan yan reaksiyon ve degredasyonlar, cihazın renklenme (koylaşma) ve/veya şeffaflaşma modlarını kötü yönde etkilemekte ve sonuç olarak ∆T% azalmaktadır [5, 8, 83].

PAni’in daha kalın olduğu sistem incelendiğinde (Şekil 3.68), kararlılığın benzer

şekilde 1000 döngüye kadar ulaştığı elde edilen ∆T% değerlerinin de buna bağlı olarak 1000’inci döngüden sonra azaldığı görülmektedir.

152

Şekil 3. 68. 300 s PAni↔PEDOT ECD sistemi için döngü sayısının fonksiyonu olarak 600nm’de alınan şeffaf durum (-1,2V), renkli durum (+1,6V) ve geçirgenlik değişimi (∆T%) değerleri

Şekil 3.68’den de görülebileceği gibi cihazı 1000 döngüye kadar kararlı olarak çalışmakta, sonrasında ise hem renklenme (1,6 V) hem de şeffaflaşma (-1,2V) modlarındaki değişimler dolayısıyla, ∆T% değerleri azalmaktadır.

Tek katlı ECD’lerde PPy↔PEDOT sistemi incelenecek olursa daha farklı bir durumla karşı karşıya kalmaktayız. 5 s PPy↔PEDOT sisteminin kararlılık denemeleri sırasında ölçülen geçirgenlik değerleri ile çizilen grafik Şekil 3.69’da verilmektedir.

153

Şekil 3. 69. 5 s PPy↔PEDOT ECD sistemi için döngü sayısının fonksiyonu olarak 600nm’de alınan şeffaf durum (-1,2V), renkli durum (+1,6V) ve geçirgenlik değişimi (∆T%) değerleri

Şekil 3.69’dan görülebileceği gibi 5 s PPy↔PEDOT cihazı -1,2V/+1,6V aralığında 100 döngü için tersinir bir renk değişimi vermektedir. Bu noktadan sonra döngü sayısının artması ile renkli modu meydana getiren 1,6V uygulandığında cihaz kararlılığını ve dolayısıyla elde edilen ∆T% değerlerinde bir azalma gözlenmektedir. Cihaz şeffaflaşma modunda (-1,2 V) kararlı bir davranış sergilerken, renklenme modunda karalı olamamaktadır. Aynı cihaz sisteminin daha kalın PPy katmanı ile yapılan kararlılık denemelerine bakacak olursak 15 s PPy↔PEDOT cihazı için alınan ölçümlerle çizilen grafik Şekil 3.70’te verilmektedir.

154

Şekil 3. 70. 15 s PPy↔PEDOT ECD sistemi için döngü sayısının fonksiyonu olarak 600nm’de alınan şeffaf durum (-1,2V), renkli durum (+1,6V) ve geçirgenlik değişimi (∆T%) değerleri

15 s PPy kullanılarak üretilen sistemde de, cihaz 100 döngüden sonra, kararma yani renklenme modundaki değişim nedeniyle ∆T% değerlerinde azalmalar olmuş ve cihaz çalışma kapasitesini kaybetmiştir.

Literatür değerleri incelendiğinde PAni↔PEDOT sisteminin 1000 ila 3000 döngü arasında kararlılık gösterdiği, PAni’in kompozitlerinin ise 10000 döngüye kadar kararlı bir şekilde çalıştıkları gözlenmiştir [8]. Tez çalışmasında üretilen tek katmanlı PAni↔PEDOT sistemi daha önce farklı araştırmacılar tarafından yapılan çalışmalarla kararlılık bakımından daha düşük görünse de paralellik göstermektedir. Üretilen iki katlı yapılara ait cihazların kararlılık ve çalışma ömrü denemeleri sonucunda alınan ölçümlerle çizilen kararlılık grafikleri PAni/PPy↔PEDOT sistemi için Şekil 3.71 ve Şekil 3.72’de verilmektedir. Diğer taraftan PPy/PAni↔PEDOT sistemi için çizilen grafikler ise Şekil 3.73 ve Şekil 3.74’te verilmektedir.

155

Şekil 3. 71. 100 s PAni/5 s PPy↔PEDOT ECD sistemi için döngü sayısının fonksiyonu olarak 600nm’de alınan şeffaf durum (-1,2V), renkli durum (+1,6V) ve geçirgenlik değişimi (∆T%) değerleri

Şekil 3. 72. 100 s PAni/15 s PPy↔PEDOT ECD sistemi için döngü sayısının fonksiyonu olarak 600nm’de alınan şeffaf durum (-1,2V), renkli durum (+1,6V) ve geçirgenlik değişimi (∆T%) değerleri

156

Şekil 3. 73. 5 s PPy/100 s PAni↔PEDOT ECD sistemi için döngü sayısının fonksiyonu olarak 600nm’de alınan şeffaf durum (-1,2V), renkli durum (+1,6V) ve geçirgenlik değişimi (∆T%) değerleri

Şekil 3. 74. 15 s PPy/100 s PAni↔PEDOT ECD sistemi için döngü Sayısının fonksiyonu olarak 600nm’de alınan şeffaf durum (-1,2V), renkli durum (+1,6V) ve geçirgenlik değişimi (∆T%) değerleri

PPy ve PAni’nin ikili kaplamaları ile elde edilen cihazların (PPy/PAni-PEDOT, PAni/PPy-PEDOT) döngü sayısına bağlı optik kararlılıkları incelendiğinde, bu cihazların artan döngü sayısına bağlı kararlılıklarının tekli kaplamalara göre daha iyi

157

olduğu sonucuna varılabilir. Đkili kaplamalar, her iki polimerin tekli kaplamaları ile elde edilen cihazlarda, kararlılığı olumsuz yönde etkileyen reaksiyonların ortaya çıkmasına engel olarak bu cihazların optik performanslarının artmasını sağlamaktadır. Sürekli değişim sırasında malzemelerin çalışma potansiyellerinin değişmesi [130], yan reaksiyonlar [8], aşırı-yükseltgenme ve indirgenme [5], elektrot degredasyonu [68], çevresel etkiler [56, 147], gibi karalılığı düşüren durumlar ikili kaplamalar ile bir miktar engellenerek, cihazların benzer optik özelliklerle daha uzun süre aynı karalılıkla çalışmaları sağlanmıştır.