Filmes finos preparados a partir da matriz vítrea a base de WO3. Propriedades e aplicações

Abstract

Filmes finos de óxido de tungstênio apresentam várias propriedades ópticas interessantes. As propriedades eletrocrômicas, fotocrômicas e termocrômicas são conhecidas como uma mudança de cor pela ação de um campo elétrico, radiação eletromagnética e calor, respectivamente e têm sido amplamente estudadas. Muitos sistemas foram investigados e suas propriedades são largamente influenciadas por muitos parâmetros experimentais. Este comportamento é devido à facilidade dos átomos de tungstênio adotar vários estados de oxidação. Amostras vítreas foram preparadas nos sistemas ternário (NaPO3)n - BaF2 - WO3 e binário (NaPO3)n - WO3. Esses vidros apresentam grande estabilidade térmica frente à cristalização. Amostras contendo altas concentrações de WO3 (acima de 40% em mol) foram usadas como precursores na preparação dos filmes finos. Os filmes foram depositados pela técnica de evaporação por canhão de elétrons. Substratos de vidro borosilicato foram utilizados devido a melhor aderência. Os filmes foram caracterizados pela difração de raios X, perfilometria, espectroscopia de dispersão de raios X (EDX), espectroscopia de absorção eletrônica na região do UV-visível, espectroscopia de absorção vibracional na região do infravermelho, espectroscopia de espalhamento Raman, espectroscopia de absorção de raios X (XANES), m-lines e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Filmes finos estáveis contendo altas concentrações de WO3 foram obtidos e parâmetros experimentais foram estabelecidos. Propriedades termocrômicas foram estudadas em função do tempo e da temperatura. A umidade atmosférica foi o parâmetro fundamental no estudo do termocromismo. Propriedades ópticas e estruturais foram estudadas em função da concentração de WO3. Tratamentos térmicos controlados foram realizados nos filmes e somente a fase WO3 pode ser cristalizada a partir de filmes contendo altas concentrações de tungstênio.

Tungsten oxide thin films present several interesting optical properties. Electrochromic, photochromic and thermochromic properties are known as a colour change by the action of an electric field, electromagnetic radiation and heat respectively and have been widely studied. Many systems were investigated and their properties are largely influenced by many experimental parameters. This behavior is due to the facility of tungsten atoms to adopt various oxidation states. Vitreous samples were prepared in the (NaPO3)n - BaF2 - WO3 ternary and (NaPO3)n - WO3 binary systems. These glasses present high thermal stability against crystallization. Samples containing high concentrations of WO3 (above 40% molar) have been used as target to prepare thin films. Such films were deposited by electron beam evaporation method. Borosilicate glasses substrates were used due to better adherence. The films were characterized by X-ray diffraction, perfilometry, X-ray dispersion spectroscopy (XDS), UV-visible transmittance, infrared reflectance spectroscopy, Raman spectroscopy, X-ray absorption near edge structure (XANES), m-lines and Scanning Electronic Microscopy (SEM). Stable thin films containing high concentration of WO3 were obtained and experimental parameters were established. Thermochromic properties were studied in function of time and temperature. Humidity of the atmosphere was a fundamental parameter in the study of the thermochromism. Optical and structural properties were studied in function of concentration WO3. Controlled thermal treatments were accomplished in the films and only the phase WO3 was crystallized starting from films containing high tungsten concentrations.