Umfärbung von dünnen Wolframoxid-Schichten mit Platin-Belegung durch Gaseinwirkung

Dünne Schichten auf Glas mit regelbaren Transmissionseigenschaften im sichtbaren und nah-infraroten Spektralbereich sind von zunehmendem Interesse für Gebäudeverglasungen. Die vorliegende Arbeit untersucht Wolframtrioxid-(WO3-)Schichten mit einer sehr geringen Platin-Belegung, deren Transmission durch Einwirkung reaktiver Gase geregelt werden kann. Es wurden WO3-Schichten mit Dicken im Nano- bis Mikrometerbereich durch Vakuumverfahren (PVD, CVD) hergestellt und im ungefärbten Zustand als Ergebnis von Herstell- und Lagerungsparametern strukturell, analytisch und optisch charakterisiert. Der Schwerpunkt lag bei den ungeordneten WO3-Schichten grosser spezifischer Oberfläche. Die Untersuchungen für diese Schichten belegen die Vorstellung einer porösen Säulenstruktur aus einem Wasser enthaltenden Oxyhydroxid mit eckverbundenen [WO6]-Oktaedern im Volumen und endständigen (W=O)-Bindungen an der Oberfläche. Ein mögliches Sauerstoffdefizit wird dabei im Volumen durch W4+-Zustände und an der Oberfläche durch W5+-Zustände verkörpert. Auf den WO3-Schichten wurden mittels DC-Sputtern Platin-Belegungen im Bereich von Inseln bis zu 20nm Schichtdicke aufgebracht. Das Gesamtsystem dieser Schichten wurde durch feuchte Neutralgase mit einem Wasserstoff- bzw. Sauerstoff-Anteil (hauptsächlich <5 bzw. <10Vol.%) ein- bzw. entfärbt. Der Umfärbeprozess und der gefärbte Zustand wurden als Funktion von Grösse und Eigenschaften der Platin-Belegung sowie von den Gasparametern (H2-, O2-Anteil, Feuchte, Temperatur) untersucht. Zu Vergleichs- und Analogiezwecken wurden weitere Färbetechniken (photochrome, elektrische, elektrochrome) an denselben Schichten hinzugezogen. Die Untersuchungen zur Umfärbung und zum gefärbten Zustand deuten auf oberflächliche Reaktionen im Rahmen eines Leerstellen-Mechanismus und gegen eine reversible H-Einlagerung. Unabhängig von Herstellungs- und Färbetechnik wurde nachgewiesen, dass die maximal erreichbare Absorption im gefärbten Zustand durch das Produkt aus W6+- und W4+- Konzentrationen in der ungefärbten Schicht eingestellt werden kann, wobei der W6+- Zustand beim Färbeprozess reversibel zu W5+ reduziert wird. Als wesentliche Gemeinsamkeiten zwischen dem katalytischen Färbe- und Entfärbevorgang durch Gase wurden die Prozesse am Platinkatalysator, der Spillover-Schritt auf die WO3-Oberfläche und eine feuchteunterstützte WO3-Oberflächendiffusion der reaktiven Adsorbatspezien sowie die Austauschprozesse zwischen Schichtoberfläche und -volumen identifiziert. Spezifisch für den Einfärbeprozess sind die Abspaltung von Sauerstoff in Form von teilweise flüchtigem Wasser aus oberflächlichem (W6+=O) und (W5+=O) der Oxidmatrix über eine Zwischenstufe (W5+-OH). Für den Entfärbeprozess bei höheren Feuchten bestehen Hinweise auf einen zusätzlichen nicht-katalytischen Entfärbemechanismus, bei dem eine Besetzung von färbebedingten O-Leerstellen durch OH vermutet wird. Für konstante Feuchte gelang es in qualitativem Einklang mit dem Experiment, funktionale Abhängigkeiten der Umfärberaten von der Grösse der Platin-Belegung, von der Grösse der WO3-Oberfläche und der Menge der W-Valenzanteile, sowie für die Einfärberaten vom H2-Partialdruck herzuleiten. Analog wurden Abhängigkeiten der maximalen Färbegrade von diesen Grössen hergeleitet und experimentell qualitativ belegt.

Author dc:creator

• Stolze, Markus

Advisor dc:contributor.advisor

• Hoffmann, H.-J.

Licence dc:rights.uri

• http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/

Language dc:language.iso

de, German

Identifier URI

urn:nbn:de:kobv:83-opus-11680
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1255

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/1552