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研究生:李建興
研究生(外文):Li, Jiansing
論文名稱:紫外光固化膠態高分子電解質之研究
論文名稱(外文):Study of UV curing gel polymer electrolyte
指導教授:王志明王志明引用關係
指導教授(外文):Wang ,Chihming
口試委員:陳英忠高國陞洪夢聰
口試委員(外文):Chen, YingchungKao, KuoshengHong, Mongtsong
口試日期:2014-06-30
學位類別:碩士
校院名稱:正修科技大學
系所名稱:電機工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:114
中文關鍵詞:膠態高分子電解質離子傳導率光學穿透率互補式電致色變元件響應時間
外文關鍵詞:Gel polymer electrolyteIonic conductivityTransmittanceComplementary electrochromic deviceResponse time
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本研究以丁內酯 (γ-Butyrolactone , γ-BL)、碳酸乙烯酯(Ethylene carbonate, EC)、碳酸二甲酯 (Dimethyl carbonate, DMC)、過氯酸鋰(Lithium perchlorate, LiClO4)、UV-302及乙二醇(Ethylene glycol, EG)製備成膠態高分子電解質,探討光學及物理特性,並將其應用於WO3-NiO互補式電致色變元件(CECD),探討電致色變特性。
研究結果顯示,以60 wt.%之γ-BL添加於 LiClO4,混合均勻後,在加入20 wt.%之DMC與EC,最後在加入5 wt.%之EG,製備成液態電解質,將25 wt.%之電解質添加於UV-302,並製備成膠態電解質,其離子傳導率為1.9948x10-4 S/cm。將上述之膠態高分子電解質應用於CECD,在著色電壓為-1.5V時有較佳之電致色變特性,於波長550 nm時,其著色光學穿透率為40%、光學穿透率變化量(△T%)為35%。CECD於低溫(-20℃)之△T%為28%,此外,在高溫下(120℃)之△T%為40% ,CECD之著褪色響應時間大約為10 s。最後,元件在著褪色10000次後,光學穿透率變化量(△T%)為23%。

In this study, the gel polymer electrolyte was fabricated by using butyrolactone (γ-BL), lithium perchlorate, (LiClO4), UV gel and ethylene glycol (EG). The optical and electrical properties of the gel polymer electrolyte were investigated. And the gel polymer electrolyte was applied to the WO3-NiO complementary electrochromic device (CECD). The electrochromic properties of CECD were investigated.
Experimental results reveal that the liquid electrolyte can be obtained using γ-BL, with 1M LiClO4 and adding 5 wt.% EG. And the gel polymer electrolyte can be obtained using liquid electrolyte and UV gel in a weight ratio of 1:3. An ionic conductivity of 1.9948×10-4 S/cm (@RT), The gel polymer electrolyte was applied to the CECD. The better electrochromic CECD biased with a colored voltage of -1.5V exhibited a colored transmittance of 40%, a transmittance change (△T%) of 40% at a wavelength (λ) of 550 nm. The CECD of low temperature exhibited a △T% of 28% after -20℃. In addition, the high temperature exhibited a △T% of 40% after 120℃. The response time of the CECD was found to be about 10 s for colored and bleached state. Finally, the CECD exhibited a △T% of 23% after 10000 cycles.

總目錄
中英文摘要 i
總目錄 iii
圖目錄 viii
表目錄 xii
第一章 前言 1
1-1 概述 1
1-2文獻回顧 5
1-2-1膠態高分子電解質發展歷史 5
1-2-2 電致色變發展史 6
1-3 研究動機 9
第二章 理論 12
2-1 電解質之簡介 12
2-2 電解質之總類 12
2-3 紫外光固型電解質固化機制 17
2-4 電解質傳輸機制 17
2-5 電致色變材料與薄膜沉積方式 20
2-6 電致色變元件結構 24
2-6-1 電致色變元件基板 25
2-6-2 互補式電致色變元件 27
2-6-3 離子傳導層 28
2-6-4 工作電極層 29
2-6-5 輔助電極層 32
2-7 電致色變機制 35
2-8 鍍膜技術 36
2-8-1 薄膜沉積 37
2-8-2 蒸鍍法 39
2-8-3 電子束的產生 40
2-8-4 電子束加速原理 40
2-9電性分析 41
2-9-1 直流分析法 41
2-9-2 交流阻抗分析法 42
2-10 光學性質 47
第三章 實驗 49
3-1 膠態高分子電解質之製備 49
3-1-1 液態電解質之製備過程-步驟及參數 51
3-1-2 膠態高分子電解質之製備過程-步驟及參數 52
3-1-3實驗總流程圖 57
3-2 膠態高分子電解質之應用-互補式電致色變元件製備 58
3-2-1元件製作流程圖 58
3-2-2基板之準備與清洗 58
3-2-3 NiO與WO3材料選用與沉積方法 60
3-2-4 NiO與WO3薄膜之製備 61
3-2-5 NiO與WO3鍍膜步驟 61
3-3 薄膜製程參數 64
3-3-1 WO3薄膜製程參數 64
3-3-2 NiO薄膜製程參數 65
3-4 薄膜性質分析 66
3-4-1導電度計 66
3-4-2紫外-可見-紅外光譜儀(Ultraviolet-visible-infrared spectrometer, UV-Vis-NIR)分析 66
3-4-3交流阻抗分析儀(AC impedance analyzer) 66
3-4-4 I-V特性(Current-voltage)量測 67
3-4-5循環伏安(Cyclic voltammogram, CV)分析 67
3-4-6響應時間(Response time) 68
3-4-7元件壽命(Life time)量測 69
第四章 結果與討論 70
4-1液態電解質 70
4-1-1液態電解質之離子傳導率分析 71
4-2膠態高分子電解質 71
4-2-1液態電解質添加對UV膠固化之分析 72
4-2-2膠態高分子電解質之電性分析 73
4-3膠態高分子電解質應用於CECD之特性分析 74
4-3-1添加離子液體( IL )對CECD之T%與ΔT%之影響 77
4-3-2添加離子液體( IL )對CECD之電性測試 78
4-3-3添加離子液體( IL )對CECD之穩定性測試 80
4-4膠黏劑添加於膠態高分子電解質對CECD之影響 81
4-4-1膠黏劑添加於膠態高分子電解質對CECD之影響…….
81
4-5抗凍劑 DMF、EG添加對CECD之特性影響 84
4-5-1抗凍劑二甲基甲醯胺(DMF)添加對CECD之特性影響 84
4-5-2抗凍劑乙二醇(EG)添加對CECD之特性影響 85
第五章 結論 87
參考文獻 90


















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圖目錄
圖1-1 電致色變應用在大樓的玻璃帷幕。 10
圖1-2 電致色變應用在交通工具上:(a) 汽車天窗,(b) 汽車後照鏡。 10
圖2-1 電解質之離子傳導率比較圖。 15
圖2-2 Li+在PEO鏈段上移動示意圖。 18
圖2-3 具有電致色變性質之過渡金屬氧化物。 22
圖2-4 CECD(WO3-NiO)元件結構圖。 25
圖2-5 電致色變元件結構:( a ) 穿透式,( b ) 反射式。 26
圖2-6 ITO穿透率光譜圖。 27
圖2-7 WO3晶體結構:(a)單位晶胞示意圖,(b)八面體晶體結構。 30
圖2-8 WO3之四種不同結晶結構圖。 31
圖2-9 NiO晶體結構。 33
圖2-10 (a) 化學計量比之氧化鎳,(b) 氧嵌入形成Ni3+。 34
圖2-11 氧化鎢晶體內部電荷遷移示意圖。 36
圖2-12 薄膜形成的過程:(a) 長晶成核,(b) 晶粒成長,(c) 晶粒聚集,(d) 縫道填補,(e) 沉積膜成長。 38
圖2-13 (a) 電子束發射座,(b) 電子束電源供應器實體圖。 40
圖2-14 直流分析法之示意圖。 42
圖2-15 阻塞式電極之運作方式。 44
圖2-16 阻塞式電極之理想交流阻抗圖。 45
圖2-17 阻塞式電極之等效電路圖。 45
圖2-18 Warburg效應之阻塞式電極運作方式。 46
圖2-19 Warburg效應之阻塞式電極理想交流阻抗圖。 47
圖2-20 Warburg效應之阻塞式電極之等效電路圖。 47
圖3-1 液態電解質製備流程圖。 52
圖3-2 不同種類UV膠及不同重量百分比添加於膠態高分子電解質之製備流程圖。 53
圖3-3 液態電解質添加離子液體製備膠態高分子電解質之流程圖。 54
圖3-4 不同比例增塑劑與PVB添加於膠態高分子電解質製備流程圖。 55
圖3-5 不同種類抗凍劑於膠態高分子電解質製備流程圖。 56
圖3-6 實驗步驟流程圖。 57
圖3-7 元件製作流程圖。 58
圖3-8 電子束蒸鍍系統架構圖。 60
圖3-9 電子束蒸鍍系統蒸鍍流程圖。 62
圖3-10 電子束蒸鍍系統蒸鍍完成至關機流程圖。 63
圖3-11 循環伏安量測結構示意圖。 68
圖3-12 光學穿透率變化所對應的著褪色響應時間。 69
圖4-1 不同莫耳濃度於γ-BL及PC溶劑之離子傳導率圖。 71
圖4-2 添加不同重量百分比UV膠之交流阻抗分析圖。 73
圖4-3 膠態高分子電解質(25 wt. %)之CECD光學穿透率光譜圖: (a) 100 cycles、(b) 1000 cycles。 76
圖4-4 膠態高分子電解質(20 wt. %)之CECD光學穿透率光譜圖: (a) 100 cycles、(b) 1000 cycles。 77
圖4-5 離子液體添加( a ) 0 wt.%、( b ) 15 wt.%之元件著褪色變化光譜圖。 78
圖4-6 添加不同重量百分比離子液體之交流阻抗分析圖。 79
圖4-7 離子液體添加之循環伏安圖:( a ) 0 wt.% 、(b) 15 wt.%。 81
圖4-8 添加 5 wt.% PVB於波長550 nm 之光譜圖(a) 100 cycles、 (b) 1000 cycles。 82
圖4-9 添加 10 wt.% PVB於波長550 nm 之光譜圖(a) 100 cycles、 (b) 1000 cycles。 83
圖4-10 添加 20 wt.% PVB於波長550 nm 之光譜圖(a) 100 cycles、(b) 1000 cycles。 83
圖4-11 添加 30 wt.% PVB於波長550 nm 之光譜圖(a) 100 cycles (b) 1000 cycles。 84
圖4-12 添加DMF於不同環境溫度下:( a )光譜圖、(b)ΔT%圖。 85
圖4-13 添加EG於不同環境溫度下:( a )光譜圖,(b)ΔT%圖。 86





















表目錄
表1-1 各類複層玻璃(24 mm)光學特性比較。 2
表1-2 變色型與非變色型節能窗材之比較。 3
表2-1 常用的有機電解質之基本物理特性。 16
表2-2 電致色變材料分類。 21
表2-3 不同著色態之電致色變材料分類。 23
表2-4 不同溫度下之WO3晶體結構。 30
表3-1 ITO透明導電玻璃規格。 59
表3-2 WO3薄膜之製程參數。 64
表3-3 NiO薄膜之製程參數。 65
表4-1 UV膠不同固化時間結果分析。 72
表4-2 電解質Rb及離子傳導率之比較。 74
表4-3 CECD之製備參數。 75
表4-4 添加不同重量百分比離子液體之RB及離子傳導率比較。 79

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