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Hydrogen incorporation and gasochromic coloration of tungsten oxide films

酸化タングステン膜への水素導入とガスクロミック着色

永田 晋二*; 井上 愛知; 山本 春也; 土屋 文*; 高野 勝昌; 藤 健太郎*; 四竈 樹男*

Nagata, Shinji*; Inoue, Aichi; Yamamoto, Shunya; Tsuchiya, Bun*; Takano, Katsuyoshi; To, Kentaro*; Shikama, Tatsuo*

触媒金属を表面に担持した酸化タングステン膜は、水素と反応することにより着色することが知られている(ガスクロミック現象)。しかしながら、水素によるガスクロミック着色の詳細なメカニズムは、未だに明らかになっていない。本研究では、ガスクロミック着色のメカニズムを解明することを目的に、種々の組成の酸化タングステン膜を作製し、酸化タングステン膜中の水素の挙動と着色現象の関係について調べた。反応性スパッター法により成膜中の酸素分圧を制御し、O/W原子数比を2.5$$sim$$3.0まで変化させた酸化タングステン膜を作製した。薄膜試料中の水素は、ヘリウムイオンビームを用いた反跳粒子検出法により評価した。実験の結果、O/W原子数比が3.0近傍の酸化タングステン膜が最も良い着色性能を示した。さらに、水素に曝して着色させると薄膜中の水素濃度が2割程度増加することが確認できた。これより、この着色がタングステンブロンズ(HWO$$_{3}$$)の形成と関連していることがわかった。

The effect of the composition of non-stoichiometric WO$$_{3}$$ films on the gasochromic coloration are investigated. The films are prepared by a reactive RF magnetron sputtering with varying oxygen partial pressure. To determine the quantitative composition of deposited films, Rutherford backscattering spectroscopy (RBS) and Elastic recoil detection (ERD) are employed. Gasochromic coloration of the films coated with Pd catalyst is examined by optical transmission in hydrogen gas. O/W atomic ratio of the films increases from 0.25 to 3.0 with increasing the oxygen partial pressure in the sputtering gas. H/W ratio increases up to 0.7 with increasing the O/W ration. As regards gasochromic coloration, the film with O/W atomic ratio of 3.0 shows superior coloration performance comparing with that of less than 3.0. Therefore, it is assumed that the good gasochromic coloration of tungsten oxide films is realized by near-stoichiometric WO$$_{3}$$. In addition, gasochromic coloration state, increasing of hydrogen concentration in WO$$_{3}$$ films is observed. It indicates that gasochromic coloration of WO$$_{3}$$ is relate to formation of HWO$$_{3}$$ structure.

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分野:Chemistry, Physical

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