Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) Часть 2)

Abstract The present study aims to investigate the issue concerning the formation of thin electro- and photochromic films based on transition metal (tungsten) oxide nano-scaled particles encapsulated into solid-state polymer matrix (cellulose). The authors proposed a method of obtaining cellulose solutions in hydrated tungstic acid colloid. Also successful approbation of the spin-coating technique for the preparation of thin coatings was conducted and their photo- and electrochromic properties were investigated. cellulose, tungstic acid, solid-state electrolyte, electrochromism, photochromism, hydrogen tungsten bronze. В современном информационном обществе огромное значение имеют процессы производства, обработки, передачи и хранения данных, в связи с чем возникает все возрастающий интерес со стороны рынка и научного сообщества к созданию энергонезависимых устройств отображения информации, реализующих эффект памяти. Одним из перспективных направлений исследования в данной области является разработка устройств на базе электрохромных материалов, среди которых можно выделить триоксид вольфрама как наиболее изученный. Тормозящим фактором внедрения электрохромных материалов в производство выступает необходимость использования электролита в качестве донора одновалентных катионов или протонов. В первых работах, посвященных изучению электрохромного эффекта, для этих целей применяли растворы кислот или щелочей, которые с течением времени способствовали деструкции электрохромного слоя. Для решения проблемы разрушения рабочего материала в дальнейшем начали использовать твердотельные электролиты, но опять же в системе «стекло — прозрачный проводящий слой — электрохромный материал — электролит — электрод». В настоящей работе предлагается способ объединения электрохромного материала (триоксида вольфрама) и твердотельного электролита в наногетерогенную систему, характеризующуюся более низкими временами отклика на внешние воздействия вследствие уменьшения времени диффузии катионов вглубь решетки оксида металла, а также высокой технологичностью процесса изготовления и низкой себестоимостью материальной базы. Отдельно стоит отметить и тот факт, что в качестве электролита выступал наиболее распространенный природный полимер — целлюлоза. Возможность использования целлюлозы в качестве полимерного электролита обусловлена ярко выраженным ионным механизмом проводимости, о чем сообщается в работе [1]. В настоящее время часто озвучивается мысль, что электропроводность химически чистой целлюлозной матрицы в большей мере обусловлена прыжковым переносом ионов гидроксония по сетке связанной в пространстве между макромолекулами абсорбционной и кристаллизационной воды, нежели переносом электронов по кристаллическим областям материала или ионов, привнесенных в результате технологических операций по очистке и выделению конечного сырья из природных материалов, по аморфным участкам микрофибрилл [ 2 ]. Иными словами, фактором, определяющим электропроводность композитов на базе целлюлозного связующего, является его влажность [3]. Именно превалирующая протонная проводимость целлюлозы обуславливает принципиальную возможность ее использования в качестве твердотельного электролита для электрохромных устройств на базе структур оксидов переходных металлов. Тем не менее целлюлоза характеризуется достаточно низкой удельной электропроводностью, что в некоторой мере ограничивает возможность формирования толстых электрохромных покрытий на ее основе. В качестве исходного сырья в работе использовался технический порошковый вольфрам, рентгено­ флуоресцентный анализ которого показал более 99 % содержания основного вещества, и микрокристаллическая целлюлоза («ИМП»); прочие реактивы характеризовались химической квалификацией не ниже «ХЧ». Синтезу изучаемых систем предшествовало компьютерное моделирование взаимодействия молекул WO 3 и цепочек микрокристаллической целлюлозы полуэмпирическим методом ZNDO/S. Результаты расчетов взаимодействия показали высокую работу адгезии для выбранных материалов. Процесс синтеза исследуемого материала включал в себя получение вольфрамовых кислот, перевод их в раствор и приготовление золя гидратной формы вольфрамовой кислоты; приготовление реактива Швейцера и растворение целлюлозы; получение тонкопленочных покрытий из раствора; регенерацию целлюлозы с дальнейшей пластификацией. На первой стадии подготовки химических веществ производилось растворение порошкового вольфрама в водном растворе пероксида водорода, сопровождающееся реакциями: Процесс протекал при температуре ~ 60 °С при постоянном перемешивании; продуктом реакции был золь частиц орто- и пероксивольфрамовых кислот. При удалении избытка пероксида водорода (каталитическим разложением при помещении в раствор платиновой пластинки) золь переходил в гель; полученная структурированная система нагревалась до 85 °C и при постоянном перемешивании вводилась в концентрированный водный раствор аммиака и отстаивалась 16 ч, в течение которых вольфрамовая кислота Keywords: W+2xH2O2 ^ WO2+2xH2O, WO2+H2O2 ^ H 2WO4, 3xH2WO4+2xH2O2^ H2W3O12+4xH2O. (1) (2) (3) 708