Green Preparation of Polymer/Reduced Graphene Oxide Electrodes for Multicolor Electrochromic Devices

Abstract

Electrochromic devices are very popular in their applications regarding electronic display screens that can change colors. The electrodes of devices are made of the glass coated metal materials which is expensive and low flexibility. It cannot be used extensively. In this work, the idea is to create an electrochromic device from plastic film that coated with a composite material between reduced graphene oxide and conductive polymers, which is cheap and high flexibility and it can be able to apply to a wider range. Reduced graphene oxide was prepared from graphene oxide in an easy and environment friendly method by used potato extract as reducing agent in different among such as 20, 40, 60, 80 and 100 ml respectively. The characterization by FTIR, Raman and XRD show the potato extract can remove functionality contain oxygen group from graphene oxide structure. And when adding more reducing agents, the reduction efficiency is also increased. Then the reduced graphene oxide was prepared to be composite with PEDOT: PSS copolymer for improved electrical conductivity by study two factors. The first factor is the type of reduced graphene oxide, such as RGO-20, RGO-40, RGO-60, RGO-80 and RGO-100. And the second factor is the concentration of reduced graphene oxide in composite materials. From the electrical resistance test, the result show RGO-100 has the lowest electrical resistance. In addition, the research also coated the composite on the film to be used as an electrode. From the cyclic voltammetry test, the generated electrode can be applied to electrode equipment.

ปัจจุบันอุปกรณ์อิเล็กโทรโครมิกได้รับความนิยมอย่างมากในการนำไปประยุกต์ใช้งานเกี่ยวกับหน้าจอแสดงผลของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และกระจกอัจฉริยะที่สามารถเปลี่ยนสีได้ โดยขั้วไฟฟ้าของอุปกรณ์อิเล็กโทรโครมิกส่วนมากทำมาจากกระจกที่เคลือบด้วยวัสดุจำพวกโลหะ ซึ่งมีราคาแพง และมีข้อจำกัดด้านความยืดหยุ่น จึงทำให้ไม่สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานด้านอื่น ๆ ได้อย่างแพร่หลายมากนัก ในงานวิจัยนี้จึงมีแนวคิดที่จะสร้างอุปกรณ์อิเล็กโทรโครมิกจากฟิล์มพลาสติกที่เคลือบด้วยวัสดุคอมพอสิตระหว่างรีดิวซ์แกรฟีนออกไซด์กับพอลิเมอร์นำไฟฟ้า ซึ่งมีราคาถูกและมีความยืดหยุ่น เพื่อนำไปประยุกต์ใช้งานได้หลากหลายมากขึ้น ซึ่งในงานวิจัยได้ทำการเตรียมรีดิวซ์แกร ฟีนออกไซด์จากแกรฟีนออกไซด์ด้วยวิธีอย่างง่ายและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม โดยใช้สารสกัดจากมันฝรั่งเป็นสารรีดิวซ์ในปริมาณที่แตกต่างกัน ได้แก่ 20, 40, 60, 80 และ 100 มิลลิลิตร ตามลำดับ จากการพิสูจน์เอกลักษณ์ด้วยเทคนิค FTIR, Raman และ XRD พบว่าสารสกัดจากมันฝรั่งสามารถช่วยรีดิวซ์หมู่ฟังก์ชันที่มีออกซิเจนเป็นองค์ประกอบออกจากโครงสร้างของแกรฟีนออกไซด์ได้ โดยเมื่อทำการเติมสารรีดิวซ์ลงไปปริมาณมากขึ้นจะทำให้ประสิทธิภาพในการรีดิวซ์มากขึ้นด้วย จากนั้นได้มีการนำรีดิวซ์แกรฟีนออกไซด์ที่เตรียมได้ไปทำการคอมพอสิตกับโคพอลิเมอร์ PEDOT:PSS เพื่อปรับปรุงสมบัติการนำไฟฟ้าให้ดียิ่งขึ้น โดยทำการศึกษาสองปัจจัย ปัจจัยแรก คือ ชนิดของรีดิวซ์แกรฟีนออกไซด์ที่นำมาทำการคอมพอสิต ซึ่งได้แก่ RGO-20, RGO-40, RGO-60, RGO-80 และ RGO-100 และปัจจัยที่สอง คือ ความเข้มข้นของรีดิวซ์แกรฟีนออกไซด์ในวัสดุคอมพอสิต ซึ่งได้แก่ 1%, 2% และ 4% โดยน้ำหนักต่อปริมาตร จากการทดสอบสมบัติความต้านทานไฟฟ้า พบว่า RGO-100 มีความต้านทานไฟฟ้าน้อยที่สุด นอกจากนี้ในงานวิจัยยังได้ทำการเคลือบสารคอมพอสิตลงบนฟิล์มเพื่อนำไปประยุกต์ใช้เป็นขั้วไฟฟ้าในอุปกรณ์อิเล็กโทรโครมิก ซึ่งจากการทดสอบด้วยเทคนิค cyclic voltammetry พบว่าขั้วไฟฟ้าที่สร้างขึ้นสามารถประยุกต์ใช้กับอุปกรณ์อิเล็กโทรโครมิกได้