本研究以金屬鎢粉和雙氧水為起始物，添加四乙氧基矽烷(Tetraethyl orthosilicate, TEOS, Mw=208.33g/mol)並以無水乙醇為溶劑製備前驅物，利用溶膠/凝膠法搭配旋轉塗佈法，於FTO導電基材上製備三氧化鎢(WO3)薄膜。藉由改變鎢與矽之莫耳比，修飾所得三氧化鎢薄膜之微結構。利用掃描式電子顯微鏡對薄膜進行表面成分，利用FTIR進行化學鍵結分析，利用恆電位/恆電流儀和紫外光/可見光光譜儀同步量測進行定性與定量分析，量測薄膜之電化學行為、著/去色應答時間、著/去色吸收光譜、穿透度調幅以及著色效率。利用電化學阻抗分析估算各介面之阻抗，進而得知鋰離子於三氧化鎢薄膜中的擴散係數。推論氧化矽在系統中可抑制三氧化鎢晶型的生成。W:Si=90:10莫耳比之三氧化鎢/氧化矽複合薄膜擁有較佳穿透度差值(ΔT = 59.49% @ 550 nm)，於550 nm波長之著色/去色應答時間為9.0 s/1.9 s；經過階梯電位100次切換後，穩定性最高，ΔA100/ΔA1比值達79.93%，遠高於純三氧化鎢薄膜的40.15%；且該樣品經階梯電位100次切換後，著色效率由30.88cm2/C提升至44.36cm2/C，吸收度差值ΔA保有0.394；由電化學阻抗分析得知其擴散係數為4.90×〖10〗^(-11)cm2/s。

A sol-gel derived peroxotungstic acid (PTA) sol has been employed for the deposition of tungsten trioxide-silica nanocomposite (WO3-SiOx) thin films and pure tungsten trioxide (WO3) thin films on fluorine doped-tin oxide (FTO) conductive glass by spin coating technique. As changing the molar ratio of W to Si, we can observe different properties. By using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD), we can know micro-structure and crystalline structure of composite films respectively. In electrochemistry aspect, using Potentiostat/Galvanostat to get response time, stability and quantity, and using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) to get the information of the diffusion of lithium. And optical properties observed by UV/Visible, like overall wavelength scanning and transmittance spectrum. Besides, we find the optimum component for the ratio of W to Si. 
　　The results show that when the molar ratio of W to Ti is 90 to 10 (WSi-10), the film has uniform and transparent surface and the structure reveals amorphous phase. There is the best electrochemical stability and transmittance modulation (△T = 59.49% @ 550 nm) in this condition. At 550nm irradiation, the coloring and bleaching time of the film are 9.0 s and 1.9 s. The stability experiment shown that after switching 100 times of potential steps, the ratio of  ΔA100/ΔA1 is 79.93% higher than WO3 thin film. By using ZView software to fit the EIS data, the diffusion coefficient of the film is 4.90×〖10〗^(-11)cm2/s.

目錄
中文摘要	I
英文摘要	II
目錄	IV
圖目錄	VI
表目錄	IX
第一章 緒論	1
1.1 前言	1
1.2 研究動機及目的	4
第二章 文獻回顧	5
2.1 電致色變簡介	5
2.1.1 變色性質	5
2.1.2 電致色變材料	8
2.1.3 電致色變機制	10
2.2 三氧化鎢/氧化矽複合薄膜研究	14
第三章 實驗設備與方法	22
3.1實驗藥品及材料	22
3.2實驗儀器設備	23
3.3實驗流程與步驟	24
3.3.1實驗流程	25
3.3.2導電基材的前處理	26
3.3.3三氧化鎢薄膜之製備	26
3.3.4三氧化鎢/氧化矽複合薄膜之製備	27
3.4實驗分析	28
3.4.1薄膜厚度量測	28
3.4.2薄膜表面型態與組成或結構分析	28
3.4.3電化學分析	28
3.4.4光學性質分析	30
3.4.5薄膜晶相與結晶度分析	31
第四章 結果與討論	32
4.1三氧化鎢與三氧化鎢/氧化矽複合薄膜之製備	32
4.1.1 燒結溫度對三氧化鎢與三氧化鎢/氧化矽薄膜之影響	33
4.2 鎢與矽莫耳比對三氧化鎢/氧化矽複合薄膜性質之影響	38
4.2.1薄膜物化性量測的結果與比較	38
4.2.1.1化學鍵結分析	38
4.2.1.2表面微結構與厚度分析	40
4.2.1.3 晶格結構分析	44
4.2.2電致色變性能量測的結果與比較	45
4.2.2.1電化學行為	45
4.2.2.2 薄膜之紫外光/可見光光譜	48
4.2.2.3 響應時間與著色效率	51
4.2.2.4 薄膜穩定性	54
4.2.2.5 交流阻抗分析模組 (AC impedance analysis model)	59
第五章 結論	65
參考文獻	66





圖目錄
圖1 - 1 電致色變智慧型節能玻璃與Low-e玻璃穿透率比較圖	2
圖1 - 2 電致變色型智慧窗工作原理。(a)左圖在尚未通電時，處於透光狀態，(b)右圖在通電後，正離子進入變色電極後開始變色。	2
圖1 - 3 各種過渡金屬在電致變色材料的分類。	3
圖2 - 1 不同變色反應之機制圖(TC：熱致色變，PC：光致色變，EC：電致色變)，圖中五層分別為：1為玻璃、2為光學鍍膜、3與5為電極、4為電解質。	6
圖2 - 2 WO3缺陷鈣鈦礦結構之能帶結構圖。	11
圖2 - 3 著色前後的能帶密度曲線(a) WO3 (b) Mx WO3。	12
圖2 - 4 光密度能量變化曲線。	13
圖2 - 5 PWA，SiO2與PWA/SiO2樣品(a)SiO2，PTA，A組樣品(PS1)；(b)SiO2，PWA，B組樣品(PS2)。其號碼越高代表矽之莫耳濃度越高。	16
圖2 - 6 (a) XRD圖，WO3-SiO2薄膜於50、350、400與450oC退火，WO3薄膜於400oC退火。(b) WO3-SiO2薄膜之TEM圖，內插圖為選區繞射。	17
圖2 - 7 (a) WO3-SiO2溶膠摻入Pd觸媒之TEM圖。(b) WO3-SiO2薄膜之結構示意圖。	18
圖2 - 8 不同[W]/[Si]之WO3/SiO2薄膜IR圖譜： (a)原IR圖譜；(b)減去WO3/SiO2薄膜與WO3薄膜峰值之IR圖譜。	19
圖3 - 1 實驗流程圖。	25
圖3 - 2 太陽光能量光譜圖。	31
圖4 - 1 燒結溫度分別為100℃、200℃、300℃和400℃三氧化鎢薄膜之紫外光/可見光(a)吸收度與(b)穿透率光譜圖。	34
圖4 - 2 燒結溫度分別為100℃、200℃、300℃和400℃的三氧化鎢薄膜之著色/去色之吸收度對時間作圖 (波長為550 nm)。	35
圖4 - 3 燒結溫度分別為100℃、200℃、300℃和400℃三氧化鎢/氧化矽複合薄膜之紫外-可見光(a)吸收度與(b)穿透率光譜圖。	37
圖4 - 4 燒結溫度分別為100℃、200℃、300℃和400℃的三氧化鎢/氧化矽複合薄膜之著色/去色之吸收度對時間作圖 (波長為550 nm)。	37
圖4 - 5 三氧化鎢薄膜與三氧化鎢/氧化矽複合薄膜之FTIR光譜	39
圖4 - 6鎢與矽莫耳比分別為(a) 100：0、(b) 95：5、(c) 90：10、(d) 85：15及(e) 80：20五種不同比例之前驅物溶膠混合溶液的薄膜SEM圖；(x1)為放大倍率1萬倍、(x2)為放大倍率10萬倍，x代表a、b、c、d及e。	42
圖4 - 7　三氧化鎢薄膜與三氧化鎢/氧化矽複合薄膜，依矽的莫耳百分比含量對薄膜厚度作圖。	43
圖4 - 8　空白FTO玻璃之SEM圖。	43
圖4 - 9三氧化鎢薄膜與三氧化鎢/氧化矽複合薄膜之XRD分析圖。	44
圖4 - 10 三氧化鎢與三氧化鎢/氧化矽複合薄膜之循環伏安圖(第10圈疊圖)。	46
圖4 - 11三氧化鎢與三氧化鎢/氧化矽複合薄膜之循環伏安圖  (50 mV/s、10圈)，分別為(a)WO3、(b)WSi-5、(c) WSi-10、(d) WSi-15及(e) WSi-20。	47
圖4 - 12三氧化鎢與三氧化鎢/氧化矽複合薄膜之紫外-可見光(a)吸收度與(b)穿透率光譜圖。	50
圖4 - 13三氧化鎢薄膜與三氧化鎢/氧化矽複合薄膜之應答時間圖。	52
圖4 - 14三氧化鎢薄膜與三氧化鎢/氧化矽複合薄膜之電流密度-時間圖(施加-1V之著色電位)。	53
圖4 - 15三氧化鎢薄膜與三氧化鎢/氧化矽複合薄膜之電流密度-時間圖(施加+1V之去色電位)。	53
圖4 - 16三氧化鎢薄膜與三氧化鎢/氧化矽複合薄膜之穩定性圖。	56
(a)WO3、(b)WSi-5、(c)WSi-10、(d)WSi-15及(e)WSi-20。	56
圖4 - 17三氧化鎢薄膜與三氧化鎢/氧化矽複合薄膜之電流密度-時間圖，穩定度實驗的第一次切換，分別為施加(a)-1V與(b)+1V。	57
圖4 - 18三氧化鎢薄膜與三氧化鎢/氧化矽複合薄膜之電流密度-時間圖，穩定度實驗的第一百次切換，分別為施加(a)-1V與(b)+1V。	58
圖4 - 19 等效電路圖1。	61
圖4 - 20 等效電路圖2。	61
圖4 - 21 本實驗所採用之等效電路圖。	61
圖4 - 22 三氧化鎢與三氧化鎢/氧化矽複合薄膜之EIS圖。(-1V)	61
圖4 - 23 三氧化鎢與三氧化鎢/氧化矽複合薄膜之ZView fitting截圖(含等效電路圖與各項數據)。(a)WO3、(b)WSi-5、(c)WSi-10、(d)WSi-15、(e)WSi-20。	64

 
表目錄
表2 - 1 過渡金屬氧化物電致色變材料比較表。	9
表2 - 2 WO3-SiO2薄膜整理	21
表4 - 1 燒結溫度分別為100℃、200℃、300℃和400℃的三氧化鎢薄膜之著色/去色之電致色變性質表 (波長為550 nm)。	33
表4 - 2 燒結溫度分別為100℃、200℃、300℃和400℃的三氧化鎢/氧化矽複合薄膜之著色/去色之電致色變性質表 (波長為550 nm)。	36
表4 - 3 FTIR光譜之特性峰與其鍵結表	40
表4 - 4三氧化鎢薄膜與三氧化鎢/氧化矽複合薄膜，在波長550 nm之著色/去色之吸收度整理表。	49
表4 - 5三氧化鎢薄膜與三氧化鎢/氧化矽複合薄膜之電化學性質整理表(於波長550 nm)。	52
表4 - 6三氧化鎢薄膜與三氧化鎢/氧化矽複合薄膜之穩定性整理表(於波長550 nm)。	55
表4 - 7三氧化鎢薄膜與三氧化鎢/氧化矽複合薄膜之fitting數據表。	60

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