| Περίληψη: | Τα τελευταία χρόνια έχει σημειωθεί έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον στο πεδίο της σχεδίασης, κατασκευής και βελτιστοποίησης διατάξεων κατάλληλων για ηλιακό έλεγχο στα κτήρια. Τέτοιες διατάξεις είναι τα ηλεκτροχρωμικά ή «έξυπνα» παράθυρα, τα οποία παρουσιάζουν σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι των συμβατικών παραθύρων. Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται η ανάπτυξη λογισμικού σχεδίασης συνδυασμένων ηλεκτροχρωμικών και διάφανων αγώγιμων επιστρώσεων, καθώς και η κατασκευή, μελέτη και σύγκριση επιλεγμένων δειγμάτων στο εργαστήριο.
Υφιστάμενος υπολογιστικός κώδικας βασισμένος στη θεωρία του χαρακτηριστικού πίνακα συμπληρώθηκε με αλγόριθμους Monte Carlo για την οπτική σχεδίαση των επιστρώσεων της μορφής Διηλεκτρικό/Μέταλλο/WO3 ή Δ/Μ/WO3. Σε αυτές τις επιστρώσεις το ηλεκτροχρωμικό υμένιο του WO3 εξυπηρετεί διπλό σκοπό: Ως διηλεκτρικό, κατάλληλου δείκτη διάθλασης και πάχους, δρα ως αντι-ανακλαστικό του μετάλλου στη διαυγή του κατάσταση, ενώ, στη χρωματισμένη κατάσταση, ως LixWO3, απορροφά την ακτινοβολία στο ορατό μειώνοντας τη διαπερατότητα στα επιθυμητά επίπεδα.
Συνολικά, σχεδιάστηκαν 4 είδη επιστρώσεων, συνδυάζοντας διαφορετικά διηλεκτρικά υλικά και τα μέταλλα Ag, Au, ενώ έγιναν προσομοιώσεις των καμπύλων φασματικής διαπερατότητας και ανακλαστικότητας για διαφορετικά πάχη του ηλεκτροχρωμικού υμενίου WO3. Όλες οι επιστρώσεις μελετήθηκαν ως προς την ευαισθησία τους στη διακύμανση του πάχους των υμενίων που τα αποτελούν και υπολογίστηκαν οι χρωματικές τους συντεταγμένες. Προέκυψε ότι, βέλτιστη επίστρωση είναι η Γυαλί/ZnS(34nm)/Ag(15 nm)/WO3 (326 nm) με υψηλή φωτεινή διαπερατότητα και με αρκετά παχύ υμένιο WO3 ώστε να εξασφαλίζεται ικανοποιητικό επίπεδο χρωματισμού. Προομοιώσεις των επιστρώσεων στη χρωματισμένη κατάσταση αποκάλυψαν μία ασυμμετρία σχετικά με τις ιδιότητες της συσκευής ανάλογα με την κατεύθυνση πρόσπτωσης του φωτός, όπου παρατηρείται υψηλή απορρόφηση στο ορατό, από τη μία κατεύθυνση και από την αντίθετη, υψηλή ανάκλαση στο υπέρυθρο. Αυτή η ιδιότητα επιβεβαιώθηκε πειραματικά και δεν έχει παρατηρηθεί σε άλλες τυπικές ηλεκτροχρωμικές συσκευές. Αντικατάσταση του υμενίου ZnS από το WO3, του Αg από Au και η προσθήκη ενός τέταρτου προστατευτικού υμενίου Al2O3 ανάμεσα στα υμένια Ag και WO3 αποτελούν ικανοποιητικές εναλλακτικές λύσεις.
Επιστρώσεις της μορφής Γυαλί/WO3/Ag/WO3 παρασκευάστηκαν στο εργαστήριο με εξάχνωση δέσμης ηλεκτρονικού πυροβόλου. Οι επιστρώσεις αυτές ήταν διαφανείς στο ορατό μεφωτεινή διαπερατότητα 0.57, ανακλαστικές στο υπέρυθρο με χαμηλή αφετική ικανότητα ε=0.09 και ηλεκτρικά αγώγιμες με αντίσταση φύλλου Rsheet=9Ω μικρότερη σε σύγκριση με άλλα διαφανή αγώγιμα οξείδια Τα πάχη των επιστρώσεων υπολογίστηκαν με ακρίβεια έως και 98% με χρήση λογισμικού προσαρμογής των πειραματικών καμπύλων διαπερατότητας, το οποίο κατασκευάστηκε για αυτό το σκοπό.Οι παραπάνω επιστρώσεις ενσωματώθηκαν σε ηλεκτροχρωμικές συσκευές της μορφής Γυαλί/WO3/Ag/WO3/1M LiCLO4-PC/SnO2:F/glass και στη συνέχεια εξετάστηκαν ως προς τις οπτικές τους ιδιότητες. Από τα φάσματα διαπερατότητας, ανακλαστικότητας και απορρόφησης των επιστρώσεων προέκυψαν σημαντικές παρατηρήσεις, όπως η διαφορετική συμπεριφορά των επιστρώσεων ανάλογα με την κατεύθυνση πρόσπτωσης του φωτός με μεγάλη απορρόφηση στο ορατό.
|
|---|
