日本語AIでPubMedを検索
有機エレクトロクロミックにおけるメカニカルブリージング
Mechanical breathing in organic electrochromics.
PMID: 31924784 PMCID: PMC6954196. DOI: 10.1038/s41467-019-14047-8.
抄録
メカニカルブリージングと呼ばれる電極の繰り返しのサイズ変化は、有機エレクトロクロミックデバイスの品質と寿命を制限する重要な問題です。機械的な変形は、酸化還元活性物質中の電子輸送とイオンのインターカレーションに由来します。電荷状態のダイナミクスは、ホストの微細構造と特性の大幅な変化を誘導し、最終的には界面での構造崩壊につながる。本研究では、カスタマイズされた環境ナノインデンテーションを用いて、ポリ(3,4-プロピレンジジオキシチオフェン)薄膜の呼吸歪みと機械的特性の変化をその場で定量化した。薄膜は酸化により体積が30%近く膨張し、弾性率と硬度が2分の1に低下することがわかった。周期的な負荷がかかるITO集電体からの薄膜剥離を理解するために、理論的なモデル化を行った。その結果、ITOの表面を粗面化したり、シリカナノ粒子をコーティングしたりして界面を強化することで、周期的な性能が大幅に改善されることを示した。
The repetitive size change of the electrode over cycles, termed as mechanical breathing, is a crucial issue limiting the quality and lifetime of organic electrochromic devices. The mechanical deformation originates from the electron transport and ion intercalation in the redox active material. The dynamics of the state of charge induces drastic changes of the microstructure and properties of the host, and ultimately leads to structural disintegration at the interfaces. We quantify the breathing strain and the evolution of the mechanical properties of poly(3,4-propylenedioxythiophene) thin films in-situ using customized environmental nanoindentation. Upon oxidation, the film expands nearly 30% in volume, and the elastic modulus and hardness decrease by a factor of two. We perform theoretical modeling to understand thin film delamination from an indium tin oxide (ITO) current collector under cyclic load. We show that toughening the interface with roughened or silica-nanoparticle coated ITO surface significantly improves the cyclic performance.