Εναπόθεση και Μελέτη Οξειδίων του Βαναδίου σε Διηλεκτρικά Υποστρώματα

Παναγοπούλου, Μαριάνθη; Panagopoulou, Marianthi

dc.contributor.author	Παναγοπούλου, Μαριάνθη	el
dc.contributor.author	Panagopoulou, Marianthi	en
dc.date.accessioned	2016-11-23T10:36:03Z
dc.date.available	2016-11-23T10:36:03Z
dc.date.issued	2016-11-23
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/44045
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.2421
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Θερμοχρωμισμός	el
dc.subject	Μπαταρίες Ιόντων Λιθίου	el
dc.subject	Ηλεκτροχρωμισμός	el
dc.subject	VO2	en
dc.subject	Thermochromics	el
dc.subject	V2O5	el
dc.subject	Lithium Ion Batteries	el
dc.subject	Electrochromics	el
dc.title	Εναπόθεση και Μελέτη Οξειδίων του Βαναδίου σε Διηλεκτρικά Υποστρώματα	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	Φυσική και Εφαρμογές	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-11-04
heal.abstract	Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται τα δύο σημαντικότερα, από άποψη εφαρμογών, οξεί- δια του βαναδίου, το διοξείδιο (VO2) και το πεντοξείδιο (V2O5). Τα υλικά αυτά χρησιμοποιούνται ευρέως σε πολλούς τεχνολογικούς τομείς, όπως σε ενεργειακώς αποδοτικά παράθυρα κτηρίων καθώς και σε συστήματα αποθήκευσης ενέργειας. Ο κύριος στόχος της παρούσας εργασίας είναι η δημιουργία λεπτών υμενίων οξειδίων του βαναδίου και η βελτιστοποίηση των ενδογενών χαρακτηριστικών τους, ώστε να γίνουν καταλληλότερα για βιομηχανικές εφαρμογές. Η εργασία αυτή περιλαμβάνει τον δομικό και μορφολογικό χαρακτηρισμό των υλικών, όπως και την αξιολόγηση των οπτικών και ηλεκτροχημικών ιδιοτήτων τους. Αντίστοιχος θεωρητικός σχολια- σμός συνοδεύει τα πειραματικά αποτελέσματα, για την φυσική ερμηνεία τους. Η παρούσα διατριβή χωρίζεται σε δύο μέρη, ένα για κάθε οξείδιο. Στο πρώτο μέρος, ασχολούμαστε με το διοξείδιο του βαναδίου, ένα υλικό με ιδιαίτερες ιδιότητες, το οποίο παρουσιάζει αλλαγή φάσης από ημιαγωγό σε μέταλλο με την επιβολή θερμοκρασιακών μεταβολών. Αυτό οδη- γεί σε χαμηλή διαπερατότητα στο υπέρυθρο φάσμα της ηλιακής ακτινοβολίας, ενώ παρατηρείται αύξησή της, στο ορατό. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται θερμοχρωμισμός και τα λεπτά αυτά υμένια είναι διαδεδομένα για την χρήση τους σε διάφορες εφαρμογές. Εμείς, θα εστιάσουμε στην εφαρμογή του VO2 ως λειτουργική επίστρωση σε ενεργειακώς αποδοτικά έξυπνα παράθυρα. Επομένως, είναι αναγκαίο να βελτιστοποιήσουμε τις οπτικές και θερμοχρωμικές του ιδιότητες, ώστε να καταστεί καταλληλότερο για πρακτικές εφαρμογές έξυπνων παραθύ- ρων. Η ανάπτυξη των οξειδιών του βαναδίου πραγματοποιείται μέσω της τεχνικής του rf-sputtering. Αρχικά, εξετάζουμε την επίδραση των ενδιάμεσων στρωμάτων (buffer layers) και των παραμέτρων εναπόθεσης (θερμο- κρασία υποστρώματος), στη συμπεριφορά των θερμοχρωμικών υμενίων. Συγκεκριμένα, επιλέχθηκαν εμπορικά διαθέσιμα γυαλιά με επίστρωση SnO2, ενώ σαν εναλλακτική επιλογή, χρησιμοποιήθηκαν γυαλιά με επιστρώση ZnO. Παράλληλα, στη μελέτη της επίδρασης του υποστρώματος στις ιδιότητες του διοξειδίου του βαναδίου, επι- χειρήσαμε, με τις κατάλληλες μετατροπές στις παραμέτρους της εναπόθεσης, να αναπτύξουμε θερμοχρωμικά υμένια με χαμηλές θερμοκρασίες υποστρώματος, τα οποία ενδεχομένως να είναι αποδοτικότερα σε εύκαμπτα υποστρώματα. Η μελέτη, στη συνέχεια, εστιάζεται στην εισαγωγή μαγνήσιου ως πρόσμιξη στα λεπτά υμένια του VO2. Παρατηρήθηκε πως η συγκέντρωση της πρόσμιξης επηρεάζει έντονα τις θερμοχρωμικές ιδιότητες των υμενίων, όπως η θερμοκρασία μετάβασης, η διαπερατότητα στο ορατό καθώς και η ικανότητα διαμόρφωσης της διαπε- ρατότητας. Η ενίσχυση των οπτικών ιδιοτήτων οδηγεί σε διεύρυνση του οπτικού ενεργειακού χάσματος του υλικού, λόγω της παρουσίας του μαγνησίου και σχετίζεται με τις ενδοπλεγματικές ατέλειες που δημιουργούν τα άτομα της πρόσμιξης. Τα πειραματικά αποτελέσματα αποδεικνύουν την βελτίωση των ιδιοτήτων των υμενίων με πρόσμιξη μαγνησίου σε σχέση με το καθαρό, καθώς και την περαιτέρω ενίσχυση της απόδοσή τους με το συν- δυασμό διαφορετικών ειδών ατελειών ή με χρήση των ZnO υποστρωμάτων, τα οποία βρέθηκαν καταλληλότερα για εφαρμογές έξυπνων παραθύρων. Στο δεύτερο μέρος της διατριβής, επικεντρωνόμαστε στην εναπόθεση λεπτών υμενίων του πεντοξειδίου του βαναδίου (V2O5) και εξετάζουμε την χρήση τους σε ηλεκτροχρωμικές εφαρμογές καθώς και σε μπατα- ρίες ιόντων λιθίου. Δεδομένου ότι η λειτουργικότητα των εναποτιθέμενων λεπτών υμενίων εξαρτάται από τις ιδιότητες τους, οι οποίες είναι ευαίσθητες στις συνθήκες ανάπτυξης, είναι αναγκαίος ο συσχετισμός μεταξύ της δομής, των συνθηκών ανάπτυξης και των λειτουργικών ιδιοτήτων που προκύπτουν. Αρχικά προβαίνουμε σε παραμετρική μελέτη των επιστρώσεων, ελέγχοντας τις παραμέτρους ανάπτυξης αυτών, στην προκειμένη, την ροή οξυγόνου και την θερμοκρασία του υποστρώματος, οι οποίες διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στην ενί- σχυση των ηλεκτροχημικών και ηλεκτροχρωμικών ιδιοτήτων των υμενίων V2O5, τα οποία αναπτύχθηκαν μέσω rf-sputtering. Η συζήτηση των αποτελεσμάτων πραγματοποιείται σε σχέση με τις δομικές και μορφολογικές αλλαγές που πραγματοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια της μελέτης των δύο παραμέτρων και των επιπτώσεών τους στις ιδιότητες των υμενίων, όπως η χωρητικότητα, η ηλεκτροχημική σταθερότητα, ο χρόνος απόκρισης και η απόδοση χρωματισμού. Μετά τον καθορισμό των βέλτιστων συνθηκών ανάπτυξης, στις δύο επόμενες ενότητες του δευτέρου μέ- ρους, ερευνούμε την πρόσμιξη του μαγνησίου και του βολφραμίου. Για πρώτη φορά πραγματοποιείται πρό- σμιξη μαγνησίου στο πεντοξειδίου του βαναδίου, για εφαρμογές ηλεκτροχρωμικών παραθύρων και μπαταριών ιόντων λιθίου, η οποία αποδείχτηκε πως επηρεάζει σημαντικά τη λειτουργικότητα και τις ιδιότητες των υμενίων. Η ενσωμάτωση βολφραμίου στα υμένια V2O5, επηρεάζει επίσης έντονα τις ιδιότητες των τελικών υμενίων. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν υποδεικνύουν πως η ρύθμιση του ποσοστού μαγνησίου και βολφραμίου, αντί- στοιχα, επιτρέπει την ανάπτυξη υμενίων V2O5 με χαρακτηριστικά προσαρμοσμένα στην επιθυμητή εφαρμογή. Συνοψίζοντας, και τα δύο υλικά πρόσμιξης μπορούν να θεωρηθούν ως άριστες επιλογές, συγκριτικά με τις υπάρ- χουσες στη βιβλιογραφία, καθώς, ανάλογα με το ποσοστό πρόσμιξης, ενισχύονται οι ηλεκτροχημικές ή/και οι ηλεκτροχρωμικές ιδιότητες του V2O5.	el
heal.advisorName	Ράπτης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Ράπτης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Τσουκαλάς, Δημήτρης	el
heal.committeeMemberName	Μπούκος, Νίκος	el
heal.committeeMemberName	Κυριακίδης, Γιώργος	el
heal.committeeMemberName	Κουδουμάς, Εμμανουήλ	el
heal.committeeMemberName	Τσέτσερης, Λεωνίδας	el
heal.committeeMemberName	Ζεργιώτη, Ιωάννα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	true