유연한 전기변색 소자(electrochromic device, ECD)는 스마트 윈도우 등 다양한 분야에서 응용이 기대되는 유망한 기술이다. 고분자 전해질은 유연한 ECD의 탈-변색 성능 및 물리적 안정성을 결정하는 중요한 구성요소이다. 본 연구에서는 효과적인 유연한 ECD 제조 및 내구성 향상을 위해 치수안정성이 우수한 세공충진 고분자 전해질 멤브레인(PFPEM)을 개발 하였다. 저렴하며 물리적 및 화학적 안정성이 우수한 폴리에틸렌 재질의 다공성 지지체의 세공에 접착력이 우수한 polyvinyl acetate와 이온전도도를 향상시킬 수 있는 polyethylene glycol을 사용하여 제조한 고분자 전해질을 충진하였다. 제조된 PFPEM의 최적 리튬 염(LiTFSI) 함량은 약 27 wt%에서 결정되었으며 우수한 치수안정성와 접착 강도 그리고 종래의 고분자 전해질에 근접하는 이온전도 특성을 가지고 있음을 확인하였다. 다공성 지지체의 사용으로 가시광 투과율이 저하되었으나 변색 상태에서는 오히려 장점으로 작용할 것으로 전망되었다.

Electrochromic devices (ECDs) have been drawing great attention due to their high color contrast, low power consumption, and memory effect, and can be used in smart windows, automatic dimming mirrors, and information display devices. As with other electronic devices such as LEDs (light emitting diodes), solar cells, and transistors, the mechanical flexibility of ECDs is one of the most important issue for their potential applications. In this paper, we report on flexible ECDs (f-ECDs) fabricated using an all-in-one EC gel, which is a mixture of electrolyte and EC material. The f-ECDs are compared with rigid ECDs (r-ECDs) on ITO glass substrate in terms of color contrast, coloration efficiency, and switching speed. It is confirmed that the f-ECDs embedding all-in-one gel show strong blue absorption and have competitive EC performance. Repetitive bending tests show a degradation of electrochromic performance, which must be improved using an optimized device fabrication process.

본 연구에서는 플렉시블 전기변색 소자(ECD)에 적용하기 위한 고분자 전해질 멤브레인의 최적 설계 조건을 도출 하고자 하였다. 전해질 멤브레인의 제조를 위한 기저 고분자로 접착력 및 투명도가 우수한 polyvinyl butyral (PVB)을 선정하 였으며 가소제로는 adipate계 고분자를 사용하였다. 실험결과, ECD 성능에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 전해질 멤브레인의 이온 전도도 및 투과도임을 확인할 수 있었다. 또한 상기 인자는 리튬염의 해리 특성과 밀접한 관계를 갖고 있음을 알 수 있 었다. 종합적으로 다양한 리튬염 중 음이온의 크기가 큰 LiTFSI 염이 25 wt.% 정도의 함량으로 용해될 때 최적의 ECD 성능 을 확인할 수 있었다.

Recently, electrochromic devices (ECDs) have gathered increasing attention owing to their high color contrast and memory effect, which make them highly applicable to smart windows, auto-dimming mirrors, sensors, etc. Traditional ECDs have a sandwich structure that contains an electrochromic layer between two ITO substrates. These sandwich-type devices are usually fabricated through the lamination of two electrodes and followed by the injection of a liquid electrolyte in the inner space. However, this process is sometimes complex and time consuming. In this study, we fabricated ECDs with a lateral electrode structure that uses only an ITO substrate and an all-in-one electrochromic gel, which is a mixture of electrolyte and electrochromic material. Furthermore, we investigated the EC properties of the lateral-type device by comparing it with a sandwich-type device. The lateral-type ECD shows strong blue absorption as the applied voltage increases and has a competitive coloration efficiency compared to the sandwich-type device.

In the present study, vanadium oxide(V2O5) films for electrochromic(EC) application are fabricated using sol-gel spin coating method. In order to optimize the EC performance of the V2O5 films, we adjust the amounts of polyvinylpyrrolidone(PVP) added to the solution at 0, 5, 10, and 15 wt%. Due to the effect of added PVP on the V2O5 films, the obtained films show increases of film thickness and crystallinity. Compared to other samples, optimum weight percent(10 wt%) of PVP led to superior EC performance with transmittance modulation(45.43 %), responding speeds(6.0 s at colored state and 6.2 s at bleached state), and coloration efficiency(29.8 cm2/C). This performance improvement can be mainly attributed to the enhanced electrical conductivity and electrochemical activity due to the increased crystallinity and thickness of the V2O5 films. Therefore, V2O5 films fabricated with optimized amount of PVP can be a promising EC material for high-performance EC devices.

일반적으로 전기변색소자들은 전기변색물질, 전해질 그리고 상대전극물질로 구성되어 있다. 그 중에서, 상대전극물질은 소자의 장기전환 안정성 및 낮은 작동 전압 등과 같은 전기변색소자들의 성능을 향상하는데 매우 중요하다. 본 연구에서는 다이메틸 프탈레이트 기반 전기변색소자에 페로센과 카본 전극을 적용하고 그 성능을 테스트 하였다. 특히 카본 전극에서 우수한 장기전환 안정성이 구현되었다.

We report on stretchable electrochromic films of poly(3-hexylthiophene) (P3HT) fabricated on silver nanowire (AgNW) electrodes. AgNWs electrodes are prepared on polydimethylsiloxane (PDMS) substrates using a spray coater for stretchable electrochromic applications. On top of the AgNW electrode, poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) is introduced to ensure a stable resistance over the electrode under broad strain range by effectively suppressing the protrusion of AgNWs from PDMS. This bilayer electrode exhibits a high performance as a stretchable substrate in terms of sheet resistance increment by a factor of 1.6, tensile strain change to 40%, and stretching cycles to 100 cycles. Furthermore, P3HT film spin-coated on the bilayer electrode shows a stable electrochromic coloration within an applied voltage, with a color contrast of 28.6%, response time of 4-5 sec, and a coloration efficiency of 91.0 cm2/C. These findings indicate that AgNWs/PEDOT:PSS bilayer on PDMS substrate electrode is highly suitable for transparent and stretchable electrochromic devices.

Tungsten oxide(WO3) films with uniform surface morphology are fabricated using a spin-coating method for applications of electrochromic(EC) devices. To improve the EC performances of the WO3 films, we control the heating rate of the annealing process to 10, 5, and 1 oC/min. Compared to the other samples, the WO3 films fabricated at a heating rate of 5 oC/min shows superior EC performances for transmittance modulation(49.5 %), response speeds(8.3 s in a colored state and 11.2 s in a bleached state), and coloration efficiency(37.3 cm2/C). This performance improvement is mainly related to formation of a uniform surface morphology with increased particle size without any cracks by an optimized annealing heating rate, which improves the electrical conductivity and electrochemical activity of the WO3 films. Thus, the WO3 films with a uniform surface morphology prepared by the optimized annealing heating rate can be used as a potential candidate for performance improvement of the EC devices.

목적: 스마트 안경은 안경과 웨어러블 전자기기의 효과적인 융합을 잘 보여주는 어플리케이션이다. 스마 트 안경의 더 발전한 형태로, 전압에 의해 능동적으로 변색되는 안경의 제조도 가능할 것으로 기대된다. 따라서, 졸-겔 법에 의한 전기 변색 박막의 제조 과정에서 퍼콜레이션(percolation) 이론을 도입하여, 최적의 aging 조건을 찾아 전기 변색 코팅 박막 제조의 토대가 되고자 한다. 방법: 졸-겔 법을 이용하여 육 염화 텅스텐과 에탄올을 혼합하여 전기 변색 용액을 제조하였다. Aging에 따른 용액의 특성을 분석하고, ITO glass위에 전기 변색 박막을 코팅한 후, 리튬이온 기반 전해질을 이용하여 전기 변색 특성을 확인하였다. 결과: 졸-겔법으로 제조된 전기 변색 용액은 aging에 따라 텅스텐과 산소의 결합이 달라지며, 이것을 적 외선 분광법으로 분석하였다. WO3/ITO glass의 가시광선 전 영역의 광 투과도(시감 투과도)를 측정한 결과, aging에 따라 변색효율의 차이를 보였다. 또한, percolation이 충분히 진행되기 전 샘플의 경우, 광 투과도 가 착색 시 43.0 %, 탈색 시 63.6 %로 1.10의 가장 높은 광밀도를 보였다. 또한, aging이 충분히 진행된 후의 샘플은 착색 시 광 차단 효과가 좋은 결과값을 보였다. 결론: 졸-겔 법에 의해 제조된 변색 용액으로 전기 변색 유리를 제작하였을 때, 용액의 aging에 따라 광 학적 특성이 달라짐을 확인하였다. 긴 시간 aging하는 경우, 변색 효율을 가늠하는 광밀도가 감소하였다. 따라서, 변색효율이 좋은 렌즈가 필요한 경우, percolation 임계 점 이하의 aging 시간이 짧은 용액을 사용 하는 것이 좋으며, 진한 착색이 필요한 광학 샘플이 필요한 경우는 긴 시간 에이징한 용액으로 코팅막을 제 조하는 것이 좋을 것으로 판단된다. 이러한 코팅 박막에 대한 기초 조건의 연구가 향후 스마트 안경 등의 제작 시 참고가 될 것으로 기대된다.

We demonstrate the electrochromic properties of TiO2 nanotubes prepared by an anodization process and investigate the effects of heat treatment and viologen incorporation on them. The morphology and crystal structure of anodized TiO2 nanotubes are investigated by scanning electron microscopy and X-ray diffraction. As-formed TiO2 nanotubes have straight tubular layers with an amorphous structure. As the annealing temperature increases, the anodized TiO2 nanotubes are converted to the anatase and rutile phases with some cracks on the tube surface and irregular morphology. Electrochemical results reveal that amorphous TiO2 nanotubes annealed at 150°C have the largest oxidation/ reduction current, which leads to the best electrochromic performance during the coloring/bleaching process. Viologenanchored TiO2 nanotubes show superior electrochromic properties compared to pristine TiO2 nanotubes, which indicates that the incorporation of a viologen can be an effective way to enhance the electrochromic properties of TiO2 nanotubes.

Tungsten trioxide thin films are successfully synthesized by a sol-gel method using tungsten hexachlorideas precursors. The structural, chemical, and optical properties of the prepared films are characterized by scanning elec-tron microscopy, X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, and UV-Vis spectrophotometry. The electrochem-ical and electrochromic properties of the films before and after heat treatment are also investigated by cyclicvoltammetry, chronoamperometry, and in situ transmittance measurement system. Compared to as-prepared films, heat-treated tungsten trioxide thin films exhibit a higher electrochemical reversibility of 0.81 and superior coloration effi-ciency of 65.7 cm2/C, which implies that heat treatment at an appropriate temperature is a crucial process in a sol-gelmethod for having a better electrochromic performance.

The electrochromic properties of tungsten oxide films grown by RF sputtering were investigated. Among the sputter parameters, first the Ar:O2 ratios were controlled with division into only an O2 environment, 1:1 and 4:1. The structure of each film prepared by these conditions was studied by X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy and Rutherford backscattering spectroscopy. The sputter-deposited tungsten oxide films had an amorphous structure regardless of the Ar:O2 ratios. The chemical compositions, however, were different from each other. The stoichiometric structure and low-density film was obtained at higher O2 contents. Electrochemical tests were performed by cyclic voltammetry and chronoamperometry at 0.05 M H2SO4 solutions. The current density and charge ratio was estimated during the continuous potential and pulse potential cycling at -0.5 V and 1.8 V, respectively. The film grown in a higher oxygen environment had a higher current density and a reversible charge reaction during intercalation and deintercalation. The in-situ transmittance tests were performed by He-Ne laser (633 nm). At higher oxygen contents, a big transmittance difference was observed but the response speed was too slow. This was likely caused by higher film resistivity. Furthermore, the effect of sputtering pressure was also investigated. The structure and surface morphology of each film was observed by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. A rough surface was observed at higher sputtering pressure, and this affected the higher transmittance difference and coloration efficiency.

전도성 고분자 중 안정성이 높은 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT)을 이용하여 전기변색 박막을 제조하고 박막제조 방법에 따른 전기변색 특성을 연구하였다. PEDOT 박막은 전기중합법과 증기중합법에 의해 제조되었고, 두가지 방법 모두 도핑되지 않은 중성 상태에서 짙은 푸른색을 띠는 박막으로 제조되었다. 전기변색 특성을 평가하기 위하여 UV-Vis spectrophotometer와 Cyclic voltammetry가 사용되었으며, 산화/환원 시 표면은 AFM으로 관찰되었다. 전기 중합법으로 제조된 PEDOT 박막에 비해 증기중합에 방법에 의해 제작된 PEDOT 박막의 표면이 거칠기 50 nm 이내로 균일 하였다. 특히 증기 중합법을 이용하여 제조된 전기 변색 소재의 특성도 응답성 1.5초 이내, 49%의 투과율 차이, 402의 변색 효율을 보여 박막의 특성 향상으로 전기변색특성이 향상 된 결과를 보였다.

The electrochromic properties of Au nanoparticles (NPs) incorporating poly (3, 4-ethylenedioxythiphene) (PEDOT) film were investigated. Trisodium citrate was used for stabilizing Au NPs to control the size. The capping molecules of the Au nanoparticles were exchanged from citrate to 2-mercaptoethanol (2-ME). Water was removed by centrifuge and Au NPs were redispersed in methanol (MeOH). Finally, we obtained ca. 11.7 nm diameter of Au NPs. The effects of 0.15 at% of Au NPs incorporation on the optical, electrical, and eletrochromic properties of PEDOT films were investigated. The electrical property and switching speed of Au/PEDOT film was slightly improved over that of PEDOT film because Au NPs play a hopping site role and affect packing density of the PEDOT chain. Through the ultra violet-visible spectra of PEDOT and Au/PEDOT films at -0.7 V (vs Ag/AgCl), blue shift of maximum absorption peak was observed from PEDOT (585.4 nm) to Au/PEDOT (572.2 nm) due to a shortening of conjugated length of PEDOT. The Au NPs interfered with the degree of conjugation and the maximum absorption peak was shifted to shorter wavelength.

전기변색(electrochromism, EC)소자는 여러 가지 색으로 발색이 가능하고, 낮은 구동전압과 메모리성이 좋은 특징을 갖고 있으나, 내구성이 부족하고 발색 및 소색 속도의 감소, 반복에 따른 완전한 소색과 응답성이 떨어져 실용화에 문제점를 나타내고 있다. 따라서 본 연구에서는 viologen 유도체와 leuco dyes의 안정성 및 내구성을 향상시키기 위하여 이들 색소들의 산화환 원전위와 산화방지제(AO-60)를 사용하였을 때의 cyclic voltammetry와 chronocoulometry를 비교 측정하였다. 그 결과 leuco dye인 CVL과 ODB-2에서는 charge값의 안정성이 10% 이상 증가하였고 Orange-DCF, Red-DCF, Green-DCF에서는 charge값이 5% 이상 상승한 결과를 나타내었다. 모든 색소가 산화방지제를 첨가하였을 경우가 안정한 상태로 내구성을 유지하는 것이 확인 되었다. Benzyl viologen의 경우 AO-60 첨가에 의하여 불안정한 산화상태를 안정화시키는 것을 확인하였다. 따라서 본 연구결과 leuco dye에 의한 EC 소자의 가능성과 칼라화에 대한 가능성을 보임을 확인하였다.

광 변조량, 광학밀도, 응답시간, 순환전위전류특성을 조사하여 열처리 효과에 따른 MoO3박막의 일렉트로크로믹 특성을 연구하였다. XRD 분석 결과 as-deposited MoO3박막과 350˚C 이하로 열처리된 박막은 비정질로 밝혀졌으며, 450˚C에서열처리한 MoO3박막은 결정질로 나타났다. As-deposited MoO3박막을 사용한 일렉트로크로믹 소자가 열처리된 박막을 사용한 소자에비하여 광변조 특성과 전기화학적 특성에서 좋은 일렉트로크로믹 현상을 보여주었다. MoO3박막의 열처리 온도에 따른 효과는 일렉트로크로믹 특성과 가역변색에서 광변조특성과 전기화학적 특성을 감소시키며, 열화현상을 촉진하는 것으로 나타났다.