JPH0892766A - Production of nickel oxide film by plasma oxidation - Google Patents

Production of nickel oxide film by plasma oxidation

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JPH0892766A
JPH0892766A JP25885694A JP25885694A JPH0892766A JP H0892766 A JPH0892766 A JP H0892766A JP 25885694 A JP25885694 A JP 25885694A JP 25885694 A JP25885694 A JP 25885694A JP H0892766 A JPH0892766 A JP H0892766A
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JP
Japan
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oxide film
nickel
nickel oxide
film
carbon
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JP25885694A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiyuki Sato
義幸 佐藤
Shigeji Tamura
繁治 田村
Shoichi Mochizuki
昭一 望月
Toshiyuki Mihara
敏行 三原
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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Publication of JPH0892766A publication Critical patent/JPH0892766A/en
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Abstract

PURPOSE: To prepare a nickel oxide film high in speed of response and less deteriorated when used as an oxidation color developing material of an electrochromic element by plasma-oxidizing a composite film consisting of metallic nickel and carbon. CONSTITUTION: A composite film consisting of metallic nickel and carbon is formed on a substrate consisting of a conductive or nonconductive material by vacuum deposition, sputtering, etc. The nickel-carbon composite film is preferably treated with the low-temp. plasma using a cylindrical plasma etching device and oxidized. By this method, a transparent nickel oxide film is obtained at 0.05-2Torr vacuum without heating the substrate. This nickel oxide film exhibits a remarkable electrolytic-oxidation color developability and a stable electrochemical characteristic, and hence the film is useful as an electrochromic element, etc.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、酸化状態において発色
する“電解酸化発色性”を有する酸化ニッケル膜の製造
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a nickel oxide film having "electrolytic oxidative coloring" which develops a color in an oxidized state.

【0002】[0002]

【従来技術とその問題点】正または負の電荷をもつイオ
ンの注入により、薄膜状物体が変色もしくは発色−消色
する現象は、エレクトロクロミズムと呼ばれ、この現象
は、例えばエレクトロクロミック素子において利用され
ている。
2. Description of the Related Art The phenomenon in which a thin film-like object undergoes discoloration or color development-bleaching due to the implantation of ions having a positive or negative charge is called electrochromism. This phenomenon is utilized in, for example, electrochromic devices. Has been done.

【0003】典型的なエレクトロクロミック素子は、酸
化タングステンなどの還元発色性を示す還元発色性エレ
クトロクロミック材料、電解質および酸化イリジウム、
酸化ニッケルなどの酸化発色性エレクトロクロミック材
料を主要構成要素として構成されている。
A typical electrochromic device is a reductive color forming electrochromic material such as tungsten oxide, an electrolyte and iridium oxide,
It is composed mainly of an oxidative coloring electrochromic material such as nickel oxide.

【0004】全固体エレクトロクロミック素子の中で最
も広く研究が行われているのは、酸化タングステン/酸
化イリジウム系素子である。しかしながら、酸化イリジ
ウムは、高価であり、着色効率が悪いので、これに代わ
る材料として、酸化ニッケルが近年盛んに研究されてい
る。エレクトロクロミック素子用の酸化発色性材料とし
ては、実用化の観点から、応答速度が早く、劣化が少な
いことが好ましい。また、還元発色性材料としての酸化
タングステン膜と組み合わせて素子化する場合、真空蒸
着法、塗布法などの方法で作製される酸化タングステン
膜は、作製時の状態ではイオンは注入されておらず、透
明であることから、酸化発色性エレクトロクロミック材
料も、透明な状態にする必要がある。
The most widely studied of all solid-state electrochromic devices is a tungsten oxide / iridium oxide based device. However, since iridium oxide is expensive and has poor coloring efficiency, nickel oxide has been actively studied in recent years as an alternative material. From the viewpoint of practical use, it is preferable that the oxidative coloring material for the electrochromic device has a fast response speed and little deterioration. Further, when a device is combined with a tungsten oxide film as a reduction coloring material, a vacuum deposition method, a tungsten oxide film manufactured by a method such as a coating method, ions are not implanted in the manufacturing state, Since it is transparent, the oxidative coloring electrochromic material also needs to be in a transparent state.

【0005】エレクトロクロミズムを示す酸化ニッケル
膜は、1986年にスベンソン(Svensson)とグランク
ビスト(Granqvist)が、“Applied Physics Letters”
Vol.64 にスパッタ法で作製した酸化ニッケルのエレク
トロクロミズムの報告を行って以来、種々の方法で作製
できることが知られている。すなわち、酸化ニッケル膜
を得る方法として、これまでにスパッタ法、真空蒸着
法、電着法、ゾルゲル法などが知られているが、それぞ
れに解決すべき問題があった。
Nickel oxide films exhibiting electrochromism were first described in 1986 by Svensson and Granqvist in "Applied Physics Letters".
It has been known that various methods can be used since the electrochromism of nickel oxide prepared by sputtering method was reported in Vol.64. That is, as a method for obtaining a nickel oxide film, a sputtering method, a vacuum deposition method, an electrodeposition method, a sol-gel method and the like have been known so far, but each has a problem to be solved.

【0006】電着法は、例えば、硝酸ニッケル水溶液中
において陰極上に酸化ニッケル膜を形成するものである
が、1987年発行の“Solar Energy Materials”Vol.
16に掲載されているカーペンター(Carpenter)らの論
文によれば、この方法で得られた酸化ニッケル膜は、5
00回程度の着消色の繰り返しにより、消色時の透過率
が初期の90%を超える状態から500サイクル後には
50%以下になるという顕著な特性の劣化が認められて
いる。また、応答速度も着色に7秒、消色に5秒を要し
ている。
The electrodeposition method is, for example, to form a nickel oxide film on the cathode in an aqueous solution of nickel nitrate, which is published in "Solar Energy Materials" Vol.
According to a paper by Carpenter et al., Published in 16, a nickel oxide film obtained by this method is 5
It has been confirmed that, by repeating the coloring and erasing operation about 100 times, the transmittance at the time of erasing exceeds 50% after the initial state of 50% or less, but 50% or less after 500 cycles. In addition, the response speed requires 7 seconds for coloring and 5 seconds for erasing.

【0007】1989年に行われた“第8回エネルギー
効率化及び太陽エネルギー変換のための光学材料技術会
議”の会議録(SPIE Vol.1149 Optical Materials Tech
nology for Energy Efficiency and Solar Energy Conv
ersion VIII)に掲載されているランパート(Lampert)
およびキャロン−ポポビッチ(Caron-Popowich)の論文
によれば、ゾルゲル法により得られた酸化ニッケル膜で
は、200回程度の着消色の繰り返しにより、消色時の
透過率が初期の80%を超える状態から200サイクル
後では50%以下になるという顕著な特性の劣化が認め
られている。彼らは、その他にも、スパッタ法や真空蒸
着法により得られた酸化ニッケル膜の特性に関して、応
答速度が数〜10秒間であると報告している。
Proceedings of "The 8th Technical Meeting on Optical Materials for Energy Efficiency and Solar Energy Conversion" held in 1989 (SPIE Vol.1149 Optical Materials Tech
nology for Energy Efficiency and Solar Energy Conv
ersion VIII) Lampert
According to a paper by Caron-Popowich, the nickel oxide film obtained by the sol-gel method has a transmittance of more than 80% at the time of bleaching due to repeated erasing / decoloring about 200 times. After 200 cycles from the state, a remarkable deterioration of the characteristics of 50% or less is recognized. In addition, they report that the response speed is several to 10 seconds regarding the characteristics of the nickel oxide film obtained by the sputtering method or the vacuum deposition method.

【0008】前述したスベンソンとグランクビストの論
文によれば、スパッタ法により得られた酸化ニッケル膜
では10000回程度の寿命が報告されているが、電気
化学的特性は不明であった。1992年発行の“Solar
Energy Materials and SolarCells”Vol.25に掲載され
ているコーネル(Conell)らの論文によれば、スパッタ
法により得られた酸化ニッケル膜については2500回
を超える着消色寿命が報告されている。彼らの報告によ
れば、初期に比べて2500サイクル後では、消色時の
透過率が可視光の領域で数%程度の減少にとどまってい
る。
According to the above-mentioned article by Svenson and Grankvist, the nickel oxide film obtained by the sputtering method has a life of about 10,000 times, but its electrochemical characteristics have not been clarified. "Solar, published in 1992.
According to a paper by Conell et al. Published in Energy Materials and Solar Cells ”Vol.25, a nickel oxide film obtained by the sputtering method has been reported to have a coloration / erasing life of more than 2500 times. According to the report, after 2500 cycles, the transmittance at the time of bleaching is reduced to about several percent in the visible light region as compared with the initial period.

【0009】上述した様に、スパッタ法により得られた
酸化ニッケル膜が最も劣化が少ないことが分かっている
が、通常の酸素雰囲気下でのスパッタでは、作製時の状
態での透過率の高い酸化ニッケル膜は得られていない。
また、早い応答速度と劣化が少ないという2つの優れた
特性を併せ持つ酸化ニッケル膜を得る方法は、知られて
いない。
As described above, it is known that the nickel oxide film obtained by the sputtering method has the least deterioration. However, in the sputtering under the normal oxygen atmosphere, the oxidation with the high transmittance in the state of fabrication is performed. No nickel film was obtained.
Further, there is no known method for obtaining a nickel oxide film having two excellent characteristics of fast response speed and little deterioration.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明の主な目的は、
エレクトロクロミック素子の酸化発色性材料として使用
する場合に、応答速度が早く且つ劣化が少ない酸化ニッ
ケル膜の製造方法を提供することにある。
The main object of the present invention is to:
It is an object of the present invention to provide a method for producing a nickel oxide film which has a fast response speed and little deterioration when used as an oxidative coloring material for an electrochromic device.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の如き
技術の現状に鑑みて種々研究を重ねた結果、先に出願し
た特願平6−155137号明細書に記載されている様
に、基板上に予め形成した、ニッケルと炭素からなる複
合膜を大気中で加熱酸化したところ、加熱酸化温度40
0℃、加熱酸化時間10〜30分間という簡便な加熱処
理により、透明な酸化ニッケル膜が得られるという新規
な事実を見出すに至った。
The present inventor has conducted various studies in view of the current state of the art as described above, and as a result, as described in Japanese Patent Application No. 6-155137 filed earlier. When a composite film made of nickel and carbon formed in advance on the substrate was heated and oxidized in the atmosphere, the heating and oxidation temperature was 40
We have found a new fact that a transparent nickel oxide film can be obtained by a simple heat treatment of 0 ° C. and a heat oxidation time of 10 to 30 minutes.

【0012】これまでに知られている酸化ニッケル膜の
製造方法においては、高温に保持した基板上での膜作製
時または作製後の高温での熱処理により、酸化ニッケル
膜のエレクトロクロミック特性が劣化することが認めら
れている。例えば、1990年に行われた“第9回エネ
ルギー効率化及び太陽エネルギー変換のための光学材料
技術会議”の会議録(SPIE Vol.1272 Optical Material
s Technology for Energy Efficiency and Solar Energ
y Conversion IX)に掲載されているアンダーソン(Ande
rsson)らの論文には、スパッタ法では、作製時の基板温
度が120℃以上において劣化が認められ、また400
℃で40時間のアニールによってエレクトロクロミック
特性が失われると述べられている。また、平成4年度
日本太陽エネルギー学会・日本風力エネルギー協会 合
同研究発表会講演論文集に掲載された三木らの論文に
は、電解法では、300℃以上の焼成により特性の劣化
が認められると述べられている。したがって、ニッケル
と炭素とからなる複合膜を大気中400℃程度の温度で
加熱酸化することにより、良好なエレクトロクロミズム
を示す酸化ニッケル膜が得られることは、従来技術から
は予見できないことであった。
In the known methods for producing a nickel oxide film, the electrochromic properties of the nickel oxide film are deteriorated by heat treatment at a high temperature during or after film formation on a substrate kept at a high temperature. Is recognized. For example, the proceedings of the "9th Optical Material Technology Conference for Energy Efficiency and Solar Energy Conversion" held in 1990 (SPIE Vol.1272 Optical Material
s Technology for Energy Efficiency and Solar Energ
And Conversion (Ande)
In the paper by rsson) et al., deterioration was observed in the sputtering method at a substrate temperature of 120 ° C. or higher during fabrication.
It is stated that electrochromic properties are lost by annealing at 40 ° C. for 40 hours. Also, 1992
The paper by Miki et al., Published in the proceedings of the joint research presentation of the Japan Solar Energy Society and the Japan Wind Energy Association, states that degradation of characteristics is observed by the electrolysis method by firing at 300 ° C or higher. Therefore, it was unpredictable from the prior art that a nickel oxide film exhibiting good electrochromism can be obtained by heating and oxidizing a composite film made of nickel and carbon in the atmosphere at a temperature of about 400 ° C. .

【0013】以上に述べた如く、先に出願した特願平6
−155137号の内容は、新規な発見に基づくもので
はあるが、エレクトロクロミック素子としての応答性を
高めるために用いられる、基板上に予め形成された透明
導電膜が高温で劣化することが知られており、より低温
で酸化ニッケル膜を形成する方法の完成が望まれるとこ
ろである。例えば、酸化インジウム透明導電膜の導電特
性は、室温から300℃程度の温度範囲では、可逆的で
あるが、400℃以上での変化は大きく、例えば、大気
中450℃で1時間保持した場合には、非可逆的に変化
することが知られている。従って、透明性が最も優れた
酸化インジウム透明導電膜上にその特性を劣化させるこ
となく、酸化ニッケル膜を形成させるためには、300
℃以下で形成操作を行う必要がある。
As described above, Japanese Patent Application No.
Although the content of No. 155137 is based on a new discovery, it is known that a transparent conductive film formed in advance on a substrate, which is used to enhance responsiveness as an electrochromic element, deteriorates at high temperature. Therefore, it is desired to complete a method for forming a nickel oxide film at a lower temperature. For example, the conductive characteristics of the indium oxide transparent conductive film are reversible in the temperature range from room temperature to about 300 ° C., but the change at 400 ° C. or higher is large, and for example, when held in the air at 450 ° C. for 1 hour. Is known to change irreversibly. Therefore, in order to form a nickel oxide film on an indium oxide transparent conductive film having the highest transparency without deteriorating its characteristics, 300
It is necessary to perform the forming operation at a temperature of ℃ or below.

【0014】本発明者は、上記の如き技術の現状に鑑み
て種々研究を重ねた結果、以下のような事項を発見し
た。すなわち、特願平6−155137号記載の方法に
従って大気中での熱処理により酸化ニッケル膜を形成す
るには、少なくとも300℃以上の加熱が必要であった
のに対し、基板上に予め形成した、ニッケルと炭素から
なる複合膜を、プラズマエッチング装置を用いてプラズ
マ酸化したところ、酸素雰囲気下で真空度0.9から
1.1Torr程度、400〜500 W程度の条件におい
て、基板を加熱することなく、10〜30分間の処理に
よって透明な酸化ニッケル膜が得られるという新規な事
実を見出した。
The present inventor has found the following matters as a result of various studies in view of the current state of the art as described above. That is, in order to form the nickel oxide film by the heat treatment in the atmosphere according to the method described in Japanese Patent Application No. 6-155137, it was necessary to heat at least 300 ° C. or higher, whereas it was previously formed on the substrate. When a composite film made of nickel and carbon was plasma-oxidized using a plasma etching apparatus, the substrate was not heated in an oxygen atmosphere under vacuum conditions of about 0.9 to 1.1 Torr and about 400 to 500 W. , A novel fact that a transparent nickel oxide film is obtained by the treatment for 10 to 30 minutes has been found.

【0015】本発明は、この様な新規な知見に基づいて
完成されたものであり、下記の酸化ニッケルの製造方法
を提供するものである;1.金属ニッケルと炭素とから
なる複合膜をプラズマ酸化することを特徴とする酸化ニ
ッケル膜の製造方法。
The present invention has been completed on the basis of such novel findings, and provides the following method for producing nickel oxide; A method for producing a nickel oxide film, which comprises subjecting a composite film of metallic nickel and carbon to plasma oxidation.

【0016】本発明においては、まず、基板上にニッケ
ル−炭素複合膜を形成させる。基板としては、導電性を
有する材料、例えば金属のみならず、ガラス、磁器など
の非導電性材料も使用可能である。
In the present invention, first, a nickel-carbon composite film is formed on a substrate. As the substrate, not only a conductive material such as metal but also non-conductive material such as glass and porcelain can be used.

【0017】ニッケル−炭素複合膜の形成は、公知の薄
膜製造において一般に採用されている真空下での蒸着
法、例えば真空蒸着法、またはスパッタ法などにより行
うことができる。より具体的には、(i)ニッケルと炭素
とを別々の蒸発源から蒸発させ、同一基板上に複合膜を
形成させる共蒸着法、(ii)炭素上にニッケルを配置した
ものをターゲットとして、アルゴンガス中でスパッタを
行うことにより複合膜を形成させる方法などが挙げられ
る。
The nickel-carbon composite film can be formed by a vacuum evaporation method which is generally adopted in the known thin film production, for example, a vacuum evaporation method or a sputtering method. More specifically, (i) a co-evaporation method of evaporating nickel and carbon from different evaporation sources to form a composite film on the same substrate, (ii) targeting nickel on carbon, Examples include a method of forming a composite film by performing sputtering in argon gas.

【0018】蒸発源を制御することによって、任意の組
成比をもつニッケル−炭素複合膜が得られるが、プラズ
マ酸化を行ったとき、複合膜におけるニッケルの炭素に
対する組成比(Ni/C;原子比)が0.2〜1.1程
度の範囲において、酸化ニッケル膜の形成が良好に行わ
れた。
By controlling the evaporation source, a nickel-carbon composite film having an arbitrary composition ratio can be obtained. When plasma oxidation is performed, the composition ratio of nickel to carbon in the composite film (Ni / C; atomic ratio) is obtained. In the range of 0.2 to 1.1, the nickel oxide film was well formed.

【0019】なお、非導電性のガラス、磁器などを基板
とする場合には、エレクトロクロミック素子としての応
答性を高めるために、基板上に予め透明導電膜または導
電性金属膜を設け、その上にニッケル−炭素複合膜を形
成することが好ましい。
When a non-conductive glass, porcelain or the like is used as the substrate, a transparent conductive film or a conductive metal film is previously provided on the substrate in order to enhance the response as an electrochromic device. It is preferable to form a nickel-carbon composite film.

【0020】本発明においては、次いで、上記の如くし
て基板上に形成されたニッケル−炭素複合膜を酸素雰囲
気下でプラズマ酸化することによって、所望の酸化ニッ
ケル膜を得る。プラズマ酸化させる方法乃至装置には、
特に制限はないが、物理的なエッチングにより、ニッケ
ルがスパッタされるのを防ぐためには、円筒型のプラズ
マエッチング装置を使用する低温プラズマでの処理が好
ましい。圧力としては、プラズマが安定に発生する真空
度0.05〜2Torr程度の範囲が好ましい。
In the present invention, the nickel-carbon composite film formed on the substrate as described above is then plasma-oxidized in an oxygen atmosphere to obtain a desired nickel oxide film. The method and apparatus for plasma oxidation include
There is no particular limitation, but in order to prevent nickel from being sputtered by physical etching, it is preferable to use low-temperature plasma treatment using a cylindrical plasma etching apparatus. The pressure is preferably in the range of a vacuum degree of 0.05 to 2 Torr at which plasma is stably generated.

【0021】本発明方法によって得られる酸化ニッケル
膜は、顕著な電解酸化発色性を示すとともに、安定な電
気化学特性を示すので、エレクトロクロミック素子、p
Hセンサ、電池の正極材料などとして極めて有用であ
る。
The nickel oxide film obtained by the method of the present invention exhibits remarkable electrolytic oxidative coloring and stable electrochemical characteristics.
It is extremely useful as an H sensor and a positive electrode material for batteries.

【0022】エレクトロクロミック素子における透明導
電膜としては、公知の酸化インジウム膜、酸化錫膜など
を使用することができる。
A known indium oxide film, tin oxide film or the like can be used as the transparent conductive film in the electrochromic device.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明によれば、以下の如き効果が奏さ
れる。
According to the present invention, the following effects can be obtained.

【0024】(1)酸化インジウムなどの透明導電膜が
劣化しない、低温度域での酸化プラズマ処理により、透
明な酸化ニッケル膜を形成させることができる。
(1) A transparent nickel oxide film can be formed by an oxidative plasma treatment in a low temperature range in which a transparent conductive film such as indium oxide does not deteriorate.

【0025】(2)絶縁性基板上に酸化ニッケル膜を形
成させることも可能である。
(2) It is also possible to form a nickel oxide film on the insulating substrate.

【0026】(3)透明であるために、素子化する際に
電気化学的に消色状態とする必要がない。
(3) Since it is transparent, it is not necessary to electrochemically decolorize it when it is formed into a device.

【0027】[0027]

【実施例】以下に実施例および比較例を示し、本発明の
特徴とするところをより一層明らかにする。
EXAMPLES Examples and comparative examples will be shown below to further clarify the features of the present invention.

【0028】実施例1および比較例1酸化ニッケル膜の製造 電子銃を加熱源として炭素を、W-ボートを用いた抵抗
加熱によりニッケルを、それぞれ蒸発させる真空蒸着法
により、ニッケル−炭素複合膜を得た。成膜に要する時
間は数分間から15分間程度であった。基板としてはガ
ラス板上に予め酸化錫透明導電膜を形成したものを使用
した。
Example 1 and Comparative Example 1 Production of Nickel Oxide Film A nickel-carbon composite film was formed by a vacuum vapor deposition method in which carbon was evaporated using an electron gun as a heating source, and nickel was evaporated by resistance heating using a W-boat. Obtained. The time required for film formation was several minutes to 15 minutes. As the substrate, a glass plate on which a tin oxide transparent conductive film was previously formed was used.

【0029】次いで、ニッケル−炭素複合膜を、円筒形
のプラズマエッチング装置を用いて、酸素雰囲気下で真
空度0.9〜1.1Torr、400〜500Wの条件下に
おいて、基板を加熱することなく10分間処理すること
により、酸化ニッケル膜を得た。
Then, the nickel-carbon composite film is heated in a cylindrical plasma etching apparatus under an oxygen atmosphere at a vacuum degree of 0.9 to 1.1 Torr and a temperature of 400 to 500 W without heating the substrate. A nickel oxide film was obtained by processing for 10 minutes.

【0030】なお、比較のために、同様にして作製した
ニッケル−炭素複合膜を大気中で300〜500℃の温
度で10分間または20分間にわたり加熱酸化したとこ
ろ、300℃×20分間での熱処理では、炭素の脱離が
不十分であり、低い透過率を示した。熱処理温度と透過
率との関係を示す図1から明らかな様に、大気中での酸
化処理においては、少なくとも350℃での加熱処理が
必要であることが分かる。これに対し、プラズマ酸化に
より得られた酸化ニッケル膜の透過率は、大気中400
℃での熱処理で得られる膜の透過率と同程度またはそれ
以上であった。
For comparison, when a nickel-carbon composite film prepared in the same manner was heated and oxidized in the air at a temperature of 300 to 500 ° C. for 10 minutes or 20 minutes, a heat treatment at 300 ° C. × 20 minutes was performed. Showed insufficient desorption of carbon and showed low transmittance. As is clear from FIG. 1 showing the relationship between the heat treatment temperature and the transmittance, it is understood that the heat treatment at 350 ° C. is necessary for the oxidation treatment in the atmosphere. On the other hand, the transmittance of the nickel oxide film obtained by plasma oxidation is 400
The transmittance was similar to or higher than that of the film obtained by the heat treatment at ℃.

【0031】上記の酸化ニッケル膜を得るために使用し
たニッケル−炭素複合膜の膜厚は、約100nmであり、
膜中のニッケルの炭素に対する割合(Ni/C;原子
比)は、光電子分光分析の結果0.8〜1.1の範囲に
あった。また、加熱酸化後の膜の構造をX線回折法によ
り調べた結果、NiOの立方晶構造に対応する回折パタ
ーンのみを示し、金属ニッケルに対応する回折パターン
は消失していた。本発明においては、ニッケルと炭素と
を別々の蒸発源から蒸発させるので、任意の組成比を有
するニッケル−炭素複合膜を得ることができるが、膜中
のニッケルの炭素に対する割合が3程度以上の場合に
は、炭素の脱離が不十分のため、透過率の高い膜は得ら
れなかった。発消色試験 本発明で得られた酸化錫透明電極上に作製した酸化ニッ
ケル膜を1モルの水酸化カリウム水溶液に浸漬し、飽和
甘コウ電極を基準電極として0.6〜−0.5Vの範囲
で電位を走査させたところ、薄膜の発消色が認められ
た。
The thickness of the nickel-carbon composite film used to obtain the nickel oxide film is about 100 nm,
The ratio of nickel to carbon in the film (Ni / C; atomic ratio) was in the range of 0.8 to 1.1 as a result of photoelectron spectroscopy. Further, as a result of investigating the structure of the film after the thermal oxidation by the X-ray diffraction method, only the diffraction pattern corresponding to the cubic structure of NiO was shown, and the diffraction pattern corresponding to metallic nickel disappeared. In the present invention, since nickel and carbon are evaporated from different evaporation sources, a nickel-carbon composite film having an arbitrary composition ratio can be obtained, but the ratio of nickel to carbon in the film is about 3 or more. In this case, a film having a high transmittance could not be obtained due to insufficient desorption of carbon. Coloring and decoloring test The nickel oxide film prepared on the tin oxide transparent electrode obtained in the present invention was dipped in a 1 molar aqueous solution of potassium hydroxide, and a saturated sweet-kou electrode was used as a reference electrode at 0.6 to -0.5 V. When the potential was scanned in the range, color development and decoloration of the thin film was recognized.

【0032】図2および図3は、電位走査を行った時の
電流密度変化および波長633nmにおける透過率変化
をそれぞれ示す。電位走査速度は100mV/秒であっ
た。なお、図3における曲線d、eおよびfは、それぞ
れ図2における曲線a、bおよびcに対応する透過率変
化を示す。曲線aおよびdは電位走査直後の、曲線bお
よびeは電位走査開始後100サイクル目の、また曲線
cおよびfは電位走査開始後500サイクル目の電流密
度変化および透過率変化をそれぞれ示す。図2から明ら
かなように、100mV/秒という比較的早い電位走査
速度において、明瞭な酸化−還元のピーク電流がそれぞ
れ0.4〜0.5V付近および0.2〜0.3V付近に
観察されており、酸化ニッケル膜中のイオンの拡散が速
やかに起きていることが分かる。また、図3に示すよう
に、本発明による酸化ニッケル膜においては、電位走査
開始直後において、すでに80%を超える消色状態とす
ることが可能である。さらに、図2および図3から明ら
かなように、電位走査の繰り返しとともに、電流密度変
化及び透過率変化が大きくなっており、両特性の劣化は
認められない。
FIGS. 2 and 3 show changes in current density and changes in transmittance at a wavelength of 633 nm when a potential scan is performed. The potential scanning speed was 100 mV / sec. Note that curves d, e, and f in FIG. 3 represent changes in transmittance corresponding to the curves a, b, and c in FIG. 2, respectively. Curves a and d show changes in current density and changes in transmittance immediately after potential scanning, curves b and e at 100th cycle after starting potential scanning, and curves c and f at 500th cycle after starting potential scanning, respectively. As is clear from FIG. 2, at a relatively high potential scanning speed of 100 mV / sec, clear oxidation-reduction peak currents were observed near 0.4 to 0.5 V and 0.2 to 0.3 V, respectively. Therefore, it can be seen that diffusion of ions in the nickel oxide film occurs quickly. Further, as shown in FIG. 3, the nickel oxide film according to the present invention can be already in a decoloring state of more than 80% immediately after the start of potential scanning. Further, as is clear from FIGS. 2 and 3, the change in current density and the change in transmittance increase as the potential scanning is repeated, and neither characteristic is deteriorated.

【0033】さらに引き続いて、1000サイクルまで
継続して電位走査の繰り返しを行ったが、電着法、ゾル
−ゲル法などにより製造した酸化ニッケル膜において報
告されている、消色状態での“消え残り”、サイクリッ
クボルタモグラムの大きな変化などは、観察されなかっ
た。
Subsequently, the potential scanning was repeated continuously up to 1000 cycles, and the "disappearance" in the decolored state reported in the nickel oxide film produced by the electrodeposition method, the sol-gel method or the like was reported. The rest ', no significant changes in the cyclic voltammogram were observed.

【0034】応答特性 本実施例で得られた酸化ニッケル膜の応答特性を調べる
ために、飽和甘コウ電極を基準電極として、この酸化ニ
ッケル膜に±0.5Vの範囲で周期4秒のステップ電圧
の印加を行った。図4に波長633nmにおける透過率
変化を示す。消色時の応答速度は、0.4秒程度であ
り、早い応答速度を示すことが明らかである。
[0034] To investigate the response characteristics of the obtained nickel oxide film in response this embodiment, as a reference electrode saturated calomel electrode, the step voltage cycle 4 seconds within a range of ± 0.5V to nickel oxide film Was applied. FIG. 4 shows the change in transmittance at a wavelength of 633 nm. The response speed at the time of erasing is about 0.4 seconds, and it is clear that the response speed is high.

【0035】比較例1 実施例1と同様にして作製したニッケル−炭素複合膜を
大気中で400℃の温度で10分間加熱することによ
り、酸化錫透明電極上に酸化ニッケル膜を形成させた。
1モルの水酸化カリウム水溶液に浸漬し、飽和甘コウ電
極を基準電極として0.6〜−0.5Vの範囲で電位を
走査させたところ、薄膜の発消色が認められた。
Comparative Example 1 The nickel-carbon composite film produced in the same manner as in Example 1 was heated in the atmosphere at a temperature of 400 ° C. for 10 minutes to form a nickel oxide film on the tin oxide transparent electrode.
When the film was immersed in an aqueous solution of 1 mol of potassium hydroxide and the potential was scanned in the range of 0.6 to -0.5 V with the saturated sweet koh electrode as a reference electrode, color development and decoloration of the thin film was recognized.

【0036】図5および図6は、電位走査を行った時の
電流密度変化および波長633nmにおける透過率変化
をそれぞれ示す。電位走査速度は100mV/秒であっ
た。なお、図6における曲線j、kおよびlは、それぞ
れ図5における曲線g、hおよびiに対応する透過率変
化を示す。曲線gおよびjは電位走査直後の、曲線hお
よびkは電位走査開始後100サイクル目の、また曲線
iおよびlは電位走査開始後500サイクル目の電流密
度変化および透過率変化をそれぞれ示す。
FIG. 5 and FIG. 6 show changes in current density and changes in transmittance at a wavelength of 633 nm, respectively, when potential scanning is performed. The potential scanning speed was 100 mV / sec. Curves j, k, and l in FIG. 6 represent changes in transmittance corresponding to curves g, h, and i in FIG. 5, respectively. Curves g and j show the change in current density and change in transmittance immediately after the potential scan, curves h and k at the 100th cycle after the start of the potential scan, and curves i and l at the 500th cycle after the start of the potential scan.

【0037】図2および図3と図5および図6とを比較
すれば、プラズマ酸化により形成した酸化ニッケル膜
は、大気中で酸化した酸化ニッケル膜と同等の特性を示
すことが明らかである。
Comparing FIGS. 2 and 3 with FIGS. 5 and 6, it is clear that the nickel oxide film formed by plasma oxidation exhibits the same characteristics as the nickel oxide film oxidized in the atmosphere.

【0038】実施例2 実施例1と同様な方法でニッケル−炭素複合膜を得た。
基板としては、ガラス板上に予め酸化錫透明導電膜を形
成したものを使用した。ニッケル−炭素複合膜の膜厚
は、約100nmであり、膜中のニッケルに対する炭素
の割合は、光電子分光分析の結果、0.2〜0.4の範
囲内にあった。
Example 2 A nickel-carbon composite film was obtained in the same manner as in Example 1.
As the substrate, a glass plate on which a tin oxide transparent conductive film was previously formed was used. The film thickness of the nickel-carbon composite film was about 100 nm, and the ratio of carbon to nickel in the film was in the range of 0.2 to 0.4 as a result of the photoelectron spectroscopy analysis.

【0039】次いで、得られたニッケル−炭素複合膜を
円筒形のプラズマエッチング装置を用いて、酸素雰囲気
下で真空度0.9〜1.1Torr、400〜500Wの条
件下において、基板を加熱することなく30分間処理す
ることにより、酸化ニッケル膜を得た。
Then, the obtained nickel-carbon composite film is heated in a cylindrical plasma etching apparatus in an oxygen atmosphere under the conditions of a vacuum of 0.9 to 1.1 Torr and a vacuum of 400 to 500 W. Without treatment, a nickel oxide film was obtained.

【0040】次いで、酸化錫透明電極上に作製した酸化
ニッケル膜を1モルの水酸化カリウム水溶液に浸漬し、
飽和甘コウ電極を基準電極として0.7〜−0.3Vの
範囲で電位を走査させたところ、薄膜の発消色が認めら
れた。
Then, the nickel oxide film formed on the tin oxide transparent electrode was immersed in a 1 molar aqueous solution of potassium hydroxide,
When the potential was scanned in the range of 0.7 to -0.3 V with the saturated sweet koh electrode as a reference electrode, color development and decoloration of the thin film was recognized.

【0041】また、プラズマ酸化により得られた酸化ニ
ッケル膜の波長633nmにおける透過率は、初期状態
では81%であった。電位走査速度100mv/秒で2
00回の走査を行ったところ、87%〜47%の透過率
の変化が得られた。電位走査の繰り返しとともに電流密
度変化および透過率変化が大きくなり、両特性の劣化は
認められなかった。
The transmittance of the nickel oxide film obtained by plasma oxidation at a wavelength of 633 nm was 81% in the initial state. 2 at potential scanning speed of 100 mV / sec
When 00 scans were performed, a change in transmittance of 87% to 47% was obtained. As the potential scanning was repeated, the change in current density and the change in transmittance increased, and no deterioration in both characteristics was observed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明と比較するために、本発明実施例と同時
に作製した炭素−ニッケル複合膜を大気中において30
0〜500℃の温度範囲で10または20分間加熱酸化
し、得られた酸化ニッケル膜の波長550nmにおける
透過率を測定した結果を示すグラフである。
FIG. 1 shows a carbon-nickel composite film prepared at the same time as an example of the present invention in air for comparison with the present invention.
It is a graph which shows the result of having measured the transmittance | permeability in wavelength 550nm of the nickel oxide film obtained by heat-oxidizing for 10 or 20 minutes in the temperature range of 0-500 degreeC.

【図2】本発明実施例による酸化ニッケル膜について、
初期、100サイクル後および500サイクル後に測定
した、電位走査速度が100mV/秒における電流密度
変化を示すグラフである。
FIG. 2 shows a nickel oxide film according to an embodiment of the present invention,
It is a graph which shows the electric current density change in a potential scanning speed of 100 mV / sec measured at the initial stage, after 100 cycles, and after 500 cycles.

【図3】本発明実施例による酸化ニッケル膜について、
初期、100サイクル後および500サイクル後に測定
した、電位走査速度が100mV/秒における波長63
3nmでの透過率変化を示すグラフである。
FIG. 3 shows a nickel oxide film according to an embodiment of the present invention,
A wavelength of 63 at a potential scanning rate of 100 mV / sec, which was measured initially, after 100 cycles, and after 500 cycles.
It is a graph which shows the transmittance | permeability change in 3 nm.

【図4】本発明実施例による酸化ニッケル膜について、
ステップ電圧を印加した場合の波長638nmにおける
透過率変化を示すグラフである。
FIG. 4 shows a nickel oxide film according to an embodiment of the present invention,
It is a graph which shows the transmittance | permeability change in wavelength 638nm at the time of applying a step voltage.

【図5】本発明比較例による酸化ニッケル膜について、
初期、100サイクル後および500サイクル後に測定
した、電位走査速度が100mV/秒における波長63
3nmでの透過率変化を示すグラフである。
FIG. 5 shows a nickel oxide film according to a comparative example of the present invention.
A wavelength of 63 at a potential scanning rate of 100 mV / sec, which was measured initially, after 100 cycles, and after 500 cycles.
It is a graph which shows the transmittance | permeability change in 3 nm.

【図6】本発明比較例による酸化ニッケル膜について、
初期、100サイクル後および500サイクル後に測定
した、電位走査速度が100mV/秒における波長63
3nmでの透過率変化を示すグラフである。
FIG. 6 shows a nickel oxide film according to a comparative example of the present invention,
A wavelength of 63 at a potential scanning rate of 100 mV / sec, which was measured initially, after 100 cycles, and after 500 cycles.
It is a graph which shows the transmittance | permeability change in 3 nm.

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成6年11月11日[Submission date] November 11, 1994

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図4[Name of item to be corrected] Fig. 4

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図4】本発明実施例による酸化ニッケル膜について、
ステップ電圧を印加した場合の波長633nmにおける
透過率変化を示すグラフである。
FIG. 4 shows a nickel oxide film according to an embodiment of the present invention,
7 is a graph showing a change in transmittance at a wavelength of 633 nm when a step voltage is applied.

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図5[Name of item to be corrected] Figure 5

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図5】本発明比較例による酸化ニッケル膜について、
初期、100サイクル後および500サイクル後に測定
した、電位走査速度が100mV/秒における電流密度
変化を示すグラフである。
FIG. 5 shows a nickel oxide film according to a comparative example of the present invention.
It is a graph which shows the electric current density change in a potential scanning speed of 100 mV / sec measured at the initial stage, after 100 cycles, and after 500 cycles.

フロントページの続き (72)発明者 三原 敏行 大阪府池田市緑丘1丁目8番31号 工業技 術院大阪工業技術研究所内Continued Front Page (72) Inventor Toshiyuki Mihara 1-831 Midorigaoka, Ikeda City, Osaka Prefecture Industrial Technology Institute Osaka Institute of Industrial Technology

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】金属ニッケルと炭素とからなる複合膜をプ
ラズマ酸化することを特徴とする酸化ニッケル膜の製造
方法。
1. A method for producing a nickel oxide film, which comprises subjecting a composite film of metallic nickel and carbon to plasma oxidation.
JP25885694A 1994-09-27 1994-09-27 Production of nickel oxide film by plasma oxidation Pending JPH0892766A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107460438A (en) * 2017-07-04 2017-12-12 北京化工大学 A kind of method that the super flat NiO films of large area are prepared based on vapour deposition process
CN114380512A (en) * 2022-01-21 2022-04-22 浙江大学 Nickel oxide electrochromic film with high lithium storage capacity and preparation method and application thereof

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JPS62103622A (en) * 1985-10-30 1987-05-14 Agency Of Ind Science & Technol Production of thin metallic oxide film

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