Berlyno mėlynojo plonų sluoksnių nusodinimas ir elektrochrominių savybių tyrimas

Ištrauka

BERLYNO MĖLYNOJO PLONŲ SLUOKSNIŲ
NUSODINIMAS IR ELEKTROCHROMINIŲ SAVYBIŲ
TYRIMAS

Teorija:
Elektrochrominės medžiagos keičia savo optines savybes (spalvą, šviesos pralaidumo ar
atspindžio laipsnį, ) uždavus jai tam tikro dydžio elektros įtampą. Optinės savybės turi būti
grįžtamos, t.y., grįžti į pradinį būvį, nuėmus įtampą arba sukeitus įtampos poliariškumą.
Electrochromizmas turi elektrocheminę prigimtį. Tokios medžiagos dažnai pasižymi mišriu
elektroniniu-joniniu laidumu. Optinės savybės kinta dėl srovės poveikyje medžiagoje
vykstančių procesų, pvz., grįžtamos oksidacijos-redukcijos reakcijos ir/arba grįžtamo jonų
įterpimo į medžiagą. Elektrochrominės medžiagos plonų sluoksnių formoje gali būti
panaudotos įvairioje optinėje įrangoje: informaciniuose displėjuose, šviesos išjungėjuose,
“protinguose” languose (smart windows), kintamo atspindžio veidrodžiuose, kintamos
emisijos terminiuose radiatoriuose.
Paveiksle 1 parodytas “protingo“ lango veikimo principas. Kol įtampa neužduota,
elektrochrominis sluoksnis maksimaliai praleidžia šviesą (pav. kairėje).
1 pav. “Protingo“ lango veikimo principas. Langas sudarytas iš dviejų stiklo plokščių, padengtų
elektrai laidžių sluoksnių (elektrodų). Viena plokštė dar padengta jonų šaltinio sluoksnių, o kita
elektrochrominės medžiagos sluoksniu, tarp jų yra kietas ar skystas jonų laidininkas. Kairėje –
įtampa tarp elektrodų neužduota (maksimalus šviesos pralaidumas), dešinėje – įtampa tarp
elektrodų užduota (sumažintas šviesos pralaidumas).
Uždavus įtampą, jonai iš jų šaltinio sluoksnio juda per kietą ar skystą jonų laidininko sluoksnį ir
įsiterpia į elektrochrominės medžiagos sluoksnį. Krūvio kompensavimui, į elektrochrominį sluoksnį
priešpriešiais juda elektronai. Įsiterpę jonai pakeičia elektrochrominio sluoksnio optines
savybes, jis tampa mažiau skaidrus ir silpniau praleidžia šviesą. Pašalinus įtampą ar pakeitus
jos poliškumą, vyksta priešingas elektrocheminis procesas ir elektrochrominio sluoksnio
pradinės optinės savybės atsistato.
Berlyno mėlynasis (Fe4[Fe(CN)6]3) taip pat yra elektrochrominė medžiaga. Jis grįžtamai
keičia spalvą vykstant oksidacijos-redukcijos reakcijoms. Kai Berlyno mėlynojo plonas
sluoksnis yra elektrochemiškai redukuojamas vandeniniame tirpale, kuriame yra kalio jonų,
sluoksnio mėlyna spalva išnyksta, nes susidaro bespalvė Everitt’o druska (K4Fe4[Fe(CN)6]3).
Kai Berlyno mėlis oksiduojamas chloride jonų terpėje, sluoksnio mėlyna spalva virsta
geltona, nes susidaro Berlyno geltonasis (Fe4[Fe(CN)6]3Cl3). Berlyno mėlynojo redukcijos ir
oksidacijos procecus galima užrašyti lygtimis:
Fe4[Fe(CN)6]3 + 4K+ + 4e- ↔ K4Fe4[Fe(CN)6]3
Fe4[Fe(CN)6]3 + 3Cl- - 3e- ↔ Fe4[Fe(CN)6]3Cl3
Šio darbo tikslas: ant stiklo su šviesai laidžiu oksidu elektrochemiškai nusodinti Berlyno
mėlynojo sluoksnį ir ištirti pastarojo elektrochromines savybes.

Darbo priemonės ir reagentai: cheminės stiklinės, 0,05 M HCl, 0,05 M K3[Fe(CN)6] , 0,05 M 
FeCl3·6H2O, 1M KCl tirpalai, stiklinė lazdelė, srovės šaltinis, platinos elektrodas, varžynas,
ampermetras, stikliukai, padengti laidžiu SnO2 sluoksniu, distiliuotas vanduo.

Darbo aprašymas:
1. Berlyno mėlynojo sluoksnio elektrocheminis nusodinimas.
Į ~50 ml stiklinėlę paeiliui įpilama 5 ml 0,05 M HCl, 10 ml 0,05 M K3[Fe(CN)6] ir 10
ml 0,05 M FeCl3·6H2O, sumaišoma. Šis mišinys turi būti paruoštas prieš pat jo panaudojimą.
Elektrolizės schema parodyta paveiksle 2. Srovės šaltiniu gali būti ir paprasta baterija
(1.5 V). Srovei reguliuoti naudojamas varžynas, srovė matuojama multimetru. Platinos
elektrodas turi būti prijungtas prie teigiamo srovės šaltinio poliaus, o laidžiu sluoksniu
padengta stiklo plokštelė – prie neigiamo (naudojami krokodilo gnybtai, laidais sujungti su
srovės šaltiniu per kontaktų blokelį). Laidus stiklo paviršius (jo nustatymui galima pamatuoti
varžą) turi būti nukreiptas į platinos elektrodo pusę. Pt elektrodas ir stiklo plokštelė kartu
pamerkiamos į pagamintą tirpalą taip, kad krokodilo gnybtai nepasimerktų į tirpalą.