Bias-Enhanced Tungsten Oxide Films for Durable Electrochromic Devices

La technologie des couches minces fait partie intégrante de la vie courante mais reste tout de même largement méconnue du publique. Elle consiste à déposer des couches très minces de matériaux, de l'ordre du micron ou même du nanomètre sur un objet afin de modifier les propriétés et par le fait même, la façon dont il interagit avec le monde. Ces revêtements fonctionnels sont utilisés pour augmenter la durée de vie des outils et engins mécaniques, pour donner de la couleur et brillance à une surface, pour prévenir les égratignures et les reflets sur les lunettes, ainsi qu'une multitude d'autres applications. Un autre usage très important est pour les fenêtres écoénergétiques, où des revêtements spécialement conçus peuvent aider au contrôle de la température en modifiant leur efficacité thermique. Parmi les nanotechnologies dites “vertes” pour la fenestration existe la fenêtre intelligente, basée sur des matériaux électrochromiques ayant la capacité de moduler leur coloration par l'insertion d'ions lorsqu'un courant électrique est appliqué. En cyclant entre un état coloré et un état transparent, l'absorption thermique de la fenêtre peut être ajustée de manière à réduire la consommation énergétique pour le chauffage et la climatisation. Ce projet s'intéresse principalement au plus connu des matériaux électrochromiques pour ses capacités supérieures: le WO3. Puisque le WO3 et les dispositifs électrochromiques en général ont tendance à souffrir de dégradation lors de longues périodes d'utilisation, l'objectif de ce projet est d'améliorer la durabilité du matériau en modifiant sa microstructure. Pour ce faire, nous avons préparé ce matériau par pulvérisation magnétron RF avec l'assistance d'un bombardement ionique à haute énergie généré par un potentiel électrique appliqué sur le porte-substrat. Des échantillons ont été préparés avec et sans bombardement ionique, à haute et basse pression, puis ont été analysés par ellipsométrie, spectrophotométrie, microscopie à force atomique, microscopie électronique à balayage, microscopie électronique en transmission et voltammétrie cyclique. Ceci nous a permis d'établir qu'à des énergies assez élevées, le bombardement ionique cause des modifications structurelles importantes, particulièrement de la nanocristallisation et une porosité microstructurale. Pour des échantillons préparés à basse pression, ces changements sont jugés responsables d'une large augmentation de la durabilité par rapport aux échantillons à haute pression, tout en maintenant une structure poreuse favorable pour l'insertion d'ions et la coloration. Des travaux ont aussi été réalisés pour développer de petits dispositifs électrochromiques pour des applications d'authentification de documents importants.