В случае омического контакта WO3 и инжектирующего электроны материала, малого удельного сопротивления электролита (твердого диэлектрика) и правильного выбора материала внешних электродов основное ограничение тока связано с влиянием барьера на инжектирующем ионы контакте.
При протекании окрашивающего тока имеет место его ограничение термической активацией над барьером и возникновением на границе диэлектрик - электрохромный материал э.д.с., препятствующей протеканию тока. Эта э.д.с. связана с увеличением химического потенциала HxWO3 по мере увеличения "х". При х=0,5 э.д.с. может достигать 0,7 В. Величина х=0,5 является верхним пределом для количества водорода, которое может быть введено в плёнку. Если считать скорость диффузии протонов в плёнке достаточно большой, то окрашивающий ток I будет изменяться в соответствии с уравнением:
, (6.1)
где I0 - обменный ток,
х=0,1 - постоянная,
R - универсальная газовая постоянная,
Т - абсолютная температура,
U - приложенное напряжение.
Зависимость окрашивающего тока от времени для х/х1<<1 для широкого диапазона времён диффузии ионов сквозь плёнку принимает следующий вид:
,
(6.2)
где t -
текущее время, 
,
 |
При обесцвечивании обратная э.д.с. даёт вклад в ток через контакт диэлектрик - электрохромный материал. Ток ограничивается объёмным зарядом ионов.
Зависимости от времени тока I через прибор и коэффициента оптического отражения Y приведены на рис. 6.1. Как видно, окрашивающий ток уменьшается по закону t-1/2 до тех пор, пока либо не снимается окрашивающее напряжение, либо плёнка не становится полностью окрашенной.
После снятия окрашивающего импульса цвет плёнки сохраняется. При приложении обесцвечивающего напряжения ток уменьшается пропорционально t-3/4 до точки исчезновения цвета плёнки, после чего спадает до нуля.
Конструкция электрохромной ячейки на основе трёхокиси вольфрама представляет собой подложку из стекла с прозрачным проводящим покрытием. Методом напыления или каким-либо другим наносится слой активного вещества.
Затем формируется тонкий слой диэлектрика и на него наносится второй-золотой плёночный электрод. При приложении отрицательного потенциала к электроду в слой активного вещества инжектируются электроны и в материале возникают центры окрашивания; цвет плёнки из прозрачного становится густо-синим. При разомкнутой цепи цвет плёнки сохраняется в течение некоторого времени. Для обесцвечивания плёнки меняется полярность напряжения и электроны возвращаются (нейтрализуются) анодом, а ионы - катодом, т.е. теми же электродами, из которых они и вводились.
6.2.2. ЭХИ на основе полимерных материалов
Для электрически управляемых ЭХИ необходимы полимерные материалы, имеющие достаточно высокую проводимость. Такие материалы были получены лишь в последние 20 лет. Их электропроводность ненамного меньше электропроводности металлов.
Проводящие полимерные материалы делят на 2 большие группы:
-полимеры с ионной проводимостью или твёрдые полимерные электролиты;
-полимеры с электронной проводимостью.
Для создания индикаторов наиболее подходят полимеры с электронной проводимостью. Такие полимеры подразделяют на 2 вида:
-органические металлы (conducting polimers - "проводящие полимеры") с проводимостью, механизм которой близок к механизму электропроводности металлов,
-редокс-полимеры, т.е. соединения, в которых перенос электронов осуществляется главным образом за счёт протекания окислительно-восстановительных реакций между соседними фрагментами полимерной цепи. При этом переход полимера из окисленного в нейтральное состояние сопровождается выходом зарядкомпенсирующих противоионов из полимера в раствор электролита, в котором осуществляется процесс. На рис. 6.2, а показано нейтральное состояние полимера (высокое удельное сопротивление), а на рис. 6.2, б - частично окисленное (проводящее)
 |
Большинство из известных к настоящему времени редокс-полимеров - это металлокомплексные соединения, получение которых обычно осуществляют электрохимической полимеризацией исходных мономерных комплексных соединений. Эти соединения имеют как октаэдрическую, так и плоскоквадратную конфигурацию. Проводимость получаемых редокс-полимеров пропорциональна скорости самообмена электронами между редокс-центрами и концентрациям окисленных и восстановленных центров.
Одной из особенностей плёнок таких полимеров является их способность изменять свои оптические характеристики при изменении уровня окисления, т.е. имеет место проявление электрохромного эффекта. Если уровень окисленности полимера регулируется потенциалом электрода, на который этот полимер нанесён, то его оптическими характеристиками можно управлять с помощью электрического сигнала.
Один из типов редокс – полимера на основе [Me(Schiff)] при переходе из окисленного в восстановленное состояние меняет свой цвет с тёмно-зелёного, оранжевого, красно-коричневого или синего (в зависимости от природы металлического центра и лигандного окружения) на жёлтый цвет различных оттенков.
Для изготовления ЭХИ плёнки редокс-полимеров можно наносить методом электрополимеризации на стеклянные или кварцевые подложки с прозрачными электродами из окиси олова и (или) окиси индия.
Особенностями электрохромных индикаторов на основе как органических, так и неорганических материалов являются следующие:
-малые управляющие напряжения (от 1,5 В до примерно 0,4 В),
-малая потребляемая мощность (между ЖКИ и СИД),
-возможность хранения изображения без потребления мощности,
-потенциально низкая стоимость,
-простота построения индикаторов больших размеров,
-хороший контраст и большой угол обзора и др.
Основным недостатком ЭХИ является инерционность процессов окисления и восстановления. Кроме того, ЭХИ сами не генерируют излучение и для их работы необходимы внешние источники излучения.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.